冷熱交換器在三山島金礦深部采場降溫中的應用

周　堯　左漢勇　王明斌　王鵬飛　趙洪凱　彭友杰

(山東黃金礦業(萊州)有限公司三山島金礦)

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冷熱交換器在三山島金礦深部采場降溫中的應用

周堯左漢勇王明斌王鵬飛趙洪凱彭友杰

(山東黃金礦業(萊州)有限公司三山島金礦)

摘要三山島金礦井下存在大量的恒溫水源，涌水溫度18～23 ℃，該恒溫水源可作為冷源對掘進工作面的風流進行降溫。詳細分析了利用冷熱交換器冷卻風流方案的可行性，并對該方案的相關參數進行了計算，應用結果表明：采用冷熱交換器省去了壓縮機制冷部分，不但節約了設備成本而且避免了壓縮機產熱省去了冷凝熱排放系統，使得整個風流冷卻系統更為簡單，布置方式也更為靈活多樣。

關鍵詞冷熱交換器恒溫水源冷凝熱排放系統風流冷卻系統

近年來，隨著三山島金礦直屬礦區采礦工作面逐步向深部發展，原巖溫度逐漸升高，開采過程中熱害問題逐步顯現。深部-600 m水平以下新增至-780 m 水平的幾個中段巖溫較高且有大量熱涌水。-645 m水平的工作面已出現34.5 ℃的高溫，-780 m 水平的工作面溫度可達40 ℃，由于通風不暢導致深部熱量淤積，使得深部工作面環境極其惡劣，井下熱害已成為制約其向深部開采的最主要因素。為創造安全舒適的工作環境，提高井下生產效率，須采取通風降溫等措施改善井下氣候條件[1]?？紤]到井下空間大、系統風井施工滯后、超前施工難度大、費用高，進行全面降溫，投資大，難以實現，可采取加強通風為主、局部水冷降溫為輔的熱害治理方式。根據三山島金礦直屬礦區的實際情況，采用恒溫水源冷卻風流的方案將井下低溫涌水直接作為載冷劑通過換熱器與風流發生熱交換，從而達到降低風溫的目的。

1冷熱交換器冷卻風流方案

1.1可行性分析

三山島金礦井下空間大，進行全面降溫難度較大，為此，選用局部恒溫水源冷卻降溫的熱害治理方案在-690 m中段S15164采場進行試點。使用水冷設備(冷熱交換器[2-6])。對空氣進行制冷，使用局扇將冷卻后的空氣通過剛性風筒直接送至工作區域，降溫設計流程如圖1所示。

(1)采用冷熱交換器冷卻系統可節約礦山生產成本。因三山島金礦井下存在大量的恒溫水源，涌水溫度為18～23 ℃，該恒溫水源可作為冷源對掘進工作面的風流進行降溫，在等壓等濕過程中1 kg的水溫度升高1℃，可使1 kg的濕空氣溫度降低3.895 ℃，故在三山島金礦深部采用恒溫水源冷卻風流系統可大大降低礦山降溫成本。

圖1　通風降溫設計

(2)對礦山原有井巷進行改造后可充當臨時風井。三山島金礦西山礦區深部(-600 m以下)北翼僅有主斜坡道1條進風井，受地熱影響，入風溫度達30 ℃，無系統回風井。為此，將靠近-600 m進風井碼頭門的1620線管纜井改造為臨時進風井(待進風井延伸至-780 m后，再重新設計)，就近供給深部采區低溫的新鮮風流。

(3)冷熱交換器可應用到單采場降溫改造中。三山島金礦西山礦區深部F3斷層中涌出大量熱水，從北巷流入各聯通中段的倒段泄水井，流至-690 m 水平，進入-690 m南巷的水泵房。水溫高達42 ℃，嚴重影響了供給北巷各作業面的新鮮風流溫度，影響了作業效率。為此，利用人工制冷方式降低新鮮風溫度。為滿足工人勞動強度較高區域的氣溫要求，使用水冷設備對該區域的空氣進行制冷，使用局扇將冷卻后的空氣通過剛性風筒直接送至工作區域。風機布置于1620線管纜井出口處，換熱器設置于風機后方，風流通過風機后流經換熱器得到冷卻后的風流，經風筒送至工作區域。

1.2方案設計1.2.1基本參數

將35～40 ℃的風流溫度降至25 ℃左右；冷卻介質采用冷水，生產冷水溫度10～15 ℃；熱交換器采用翅片式換熱器；冷風風機及換熱器安裝于巷道進風口(圖2)，采用直徑600 mm的玻璃鋼風筒。

1.2.2冷卻通風參數計算

冷卻通風的相關參數計算結果見表1。據表1，選取翅片換熱器型號為SRZ5×6D(10 m2/片)，共需7片SRZ5×6D型換熱器片；選擇風機型號JK67-1No.4.5，流量10 800 m3/h，風壓2 276 Pa。扇風機主要參數見表2，本研究涉及的設備類型及價格見表3。

圖2　-690 m S15164采場冷熱交換器布置示意

熱交換器換熱面積/m2冷卻水所需流量/(kg/h)采場需風量/(m3/s)風筒通風阻力/Pa64.540003.15460.96

表2　選用扇風機主要參數

表3　設備類型及價格

2工程應用

以三山島金礦靠近北翼1620線管纜井附進的-690 m中段S15164采場為試點，首先將來自-600 m 進風井石門巷的新鮮風流通過1620線管纜井送至-690 m水平的管纜井出口；然后通過局扇—冷熱交換器—剛性風筒—柔性風筒輸送至采場工作面。采場溫度由31.5 ℃降至26.7 ℃，有效改善了井下通風環境，提高了作業場所的空氣質量，工人勞動效率顯著提升，提高了單采場生產效率50%，出礦量增加50 t/d，新增利潤110萬元。

3結語

三山島金礦將井下低溫涌水直接作為載冷劑，通過換熱器與風流發生熱交換達到了降低風溫的目的，在低成本投入的基礎上有效改善了井下氣溫條件，為一線員工創造了安全舒適的工作環境，提高了勞動生產率。冷熱交換器在三山島金礦的成功應用，為礦山通風管理、改善井下環境條件帶來了新的技術支持，對于礦山單采場降溫改造有一定的參考價值。

參考文獻

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[6]左金寶，呂品，程國軍.高溫礦井熱源分析與制冷降溫技術應用[J].煤礦安全，2008(11)：46-49.

(收稿日期2016-01-05)

周堯(1989—)，男，助理工程師，261442 山東省萊州市三山島街。