深井高温矿床热害治理实践

刘东锐,刘伟强,李印洪,王 志,李亚俊

(湖南有色冶金劳动保护研究院, 湖南长沙 410014)

深井高温矿床热害治理实践

刘东锐,刘伟强,李印洪,王 志,李亚俊

(湖南有色冶金劳动保护研究院, 湖南长沙 410014)

针对某深部矿井温度高的问题,对其井下的热源进行了详细的调查及分析,特别是进风段和用风段的热源,并根据调查结果,针对性地制订了相关的热害治理措施,工程应用表明,经过治理后,工作面温度降低了2℃,取得了良好的效果,适于在相关矿山推广应用。

深井开采;高温矿井;热源分析;热害治理

0 前 言

随着浅部矿产资源的不断减少,国内大多数矿山已进入中深部或深部资源开采,调查结果显示,开采深度超过千米的金属矿山有上百座。国外对矿井降温理论研究较早,始于20世纪20年代,至今已形成完善的学科理论体系。研究对象由最初的整个系统降温,逐步转向对采掘工作面降温。国内研究相对较晚,起步于20世纪50年代初期,我国学者在国外理论的基础上,结合国内矿山实际情况,开展了矿井降温理论的研究,至今已形成了完善的矿井降温体系[1-2]。目前对于深井开采的矿山,最行之有效的降温方案为机械制冷,但由于国内的矿山普遍深度较浅,采用较多的为增大风量降温[3]。

某矿目前开采深度近1000m,属硫化矿床,随着开采深度的增加和采掘机械化程度的不断提高,深部巷道及工作面高温高湿突显,工作面平均温度为35.2℃,最高温度为42℃,目前已成为制约企业经济效益和危害井下作业人员身心健康的重要因素。

本文针对该矿深部温度高的问题,在对现场深入调查的基础上,分析了矿井进风段及用风段的热源,并根据分析,提出了相应的治理措施,并取得了良好的降温效果。

1 矿山现状

某矿自上世纪90年代开始采矿,属于硫化矿床,采用机械化上向水平分层采矿法。目前开采深度近1000m,通风系统由浅部的单翼对角式通风系统,逐步演变为目前的两翼对角分区不独立通风系统。

根据《金属非金属矿山安全规程》规定,井下作业点空气的温度不得超过28℃,超过时,应该采取降温措施或其他防护措施。调查组深入井下现场,对各个中段的作业面、休息点、中段巷道、斜坡道等处的温度进行了测量,并对测量结果进行了平均(见图1)。

图1 中段－温度变化图

由图1可知,随着深度的增加,矿井空气温度逐渐增加,由于300m、250m中段均为封闭中段,无法进入工作面进行测量,此结果为在进风路中测量,温度较低;进入－60m后,井下温度即接近28℃,－250m中段空气温度达到34.7℃。平均温度达35.2℃,最高工作面温度达42℃。

2 矿山热源调查分析

该矿井下热源主要有:空气自压缩放热、围岩放热、井下水放热(－200m处有两处热水放热)、机械设备放热。由于矿山通风路线较长,因此将其从进风段和用风段分别分析矿山的热源。

2.1 进风段热源调查及分析

根据相关规范规程,金属矿井井筒内的温度梯度为0.96℃。经调查,200～690m竖井口温度为13.2℃,200m中段石门口温度为20.2℃,空气自压缩释放的热量为4.7℃,其他热源放热释放的热量为3.3℃;4＃盲斜井井口为25.9℃,井底温度为28.7℃,空气自压缩释放的热量为2.5℃,其他热源放热为0.3℃;6＃盲斜井－60m井口石门温度为27.9℃,－200m6＃盲斜井温度为29.6℃,升高1.7℃,空气自压缩放热为1.3℃,其他热源放热仅为0.4℃。

由实际调查及上述分析可知,除空气自压缩及岩石放热外,进风段无其他明显热源,且进风段的主要热源为空气自压缩放热。

2.2 用风段热源调查及分析

空气进入深部后,经石门、斜坡道及天井等井巷工程进入各个工作面,由于高程变化不明显,机械设备作业增加,并有热水热量混入,岩石放热效应更加明显。经计算分析可知,各个热源在井下用风段的百分比分别为围岩放热71%,水放热15%,机械设备7%,空气压缩放热7%。因此,风段主要热源为围岩放热。

3 矿山热害治理措施

矿井热害治理方式主要可分为两类:采用通风、隔热等非机械降温以及采用空气冷却器等机械降温。目前国内大部分存在深井热害的矿山,均采取增大风量,增强通风,减少围岩放热等非机械的降温方式,相比于机械降温方式,该方式具有更好的经济

性[4-8]。

根据该矿井下温度变化的特点,结合对井下热源的调查及分析,较适合井下实际的是采用非机械降温方式。

3.1 增大风量

增加风量可以大大降低空气的含热量,是一种有效的降温措施。日本学者的试验研究结果表明:增加通风量,则气流温度大幅度下降,并且该温度的下降程度在通风量达到一定量时则有急剧加快之势,如果风量再增加则气流温度的下降又逐渐缓慢下来,最经济的通风量为巷道的0.56～0.84倍。总之,在矿井热害不太严重的情况下,加大风量降低井下温度是有效的。改善通风系统,增加井下通风量,可采用减少风阻、防止漏风、加大扇风机能力、采用合理分风与辅助风路通风法、加强通风管理等措施。但是,风量的增加不是无限制的,它受规定的风速和降温成本的制约。据现场增风降温的经验,高温工作面的风量最低限应为13.3～16.7m3/s,风速应在0.5m/s以上。

根据前文的计算,该矿井下的作业面均未达到这一标准,需重新选择风机,降低矿区风阻,提高矿区的通风效率。

3.2 个体防护

个体防护的主要措施是工人穿冷却服。冷却服的适用范围很广,适用于独头高温作业面作业,以及井下各种大型设备操作人员和未采用中央制冷空调时的井下游动工作人员和生产管理者。

根据现场调查,该矿矿体为高硫矿床,极易导致局部温度偏高,区域间的温差大等问题,个体防护特别适用于此种情况,建议为深部开拓及独头掘进工作面工作配备冷却服,以保障井下一线工人的职业健康卫生。

3.3 隔绝(减少)热源

该矿井下主要的热源有围岩、热水、机械放热和空气自压缩。除空气自压缩放热无法采用隔绝外,其他三种热源均可采取相应的措施,隔绝(减少)热量的释放。

减少围岩放热的方法有:通过在巷道壁面涂上一层隔热材料能降低巷道壁面与空气热传导系数的物质、尽可能把开拓工程布置在热传导系数较小的围岩中、改良采矿方法,尽量减少暴露面积等。

减少热水对井下空气影响的主要为超前疏干,将热水经有隔热盖板的水沟导入水仓,再用隔热管路排至地面。

机械放热可通过改用小功率的机械或采用效率更高的机械进行矿石和废石的运输工作,比如,将无轨运输改用有轨运输。

4 结 论

通过对该矿实际情况的调查,总结及分析出了矿井热源,即空气自压缩放热、围岩放热、井下水放热、机械设备放热,并针对矿山实际特点,对井下的进风段和用风段的热源进行了单独分析,评价矿井的热害程度。

根据分析,针对性的制定了矿井降温措施,并应用于矿山实践,作业面温度较之前降低了2℃,取得了良好的效果。

[1]胡汉华.金属矿山热害控制技术研究[D].长沙:中南大学, 2008.

[2]刘晓明,罗周全,夏长念,等.深井高温矿山热害控制新技术[J].安全与环境工程,2006(01):85-88.

[3]张维滨,郭树林,等.中国金属矿山深井通风技术研究现状综述[J].黄金,2009(09):26-29.

[4]谢贤平.深井降温技术中的新方法[J].江西有色金属,1996 (01):7-10.

[5]樊满华.深井开采通风技术[J].黄金科学技术,2001(06):36-42.

[6]文 艳.深井降温技术的研究和应用与发展[J].有色矿山, 1992(04):16-20.

[7]胡汉华.深井高温矿山通风与降温技术研究动态[J].金属矿山,1999(07):40-42,47.

[8]王运敏,陈宜华,贾敏涛.金属矿山深井高温巷道通风预冷降温技术[J].金属矿山,2013(02):143-146.

2017-04-26)