紅透山礦受控循環風水浴絲降溫技術研究與實踐

■　王志　劉偉強　李印洪　姚銀佩

（1湖南有色冶金勞動保護研究院湖南長沙410014；2非煤礦山通風防塵湖南省重點實驗室湖南長沙410014）

紅透山礦受控循環風水浴絲降溫技術研究與實踐

■王志1,2劉偉強1,2李印洪1,2姚銀佩1,2

（1湖南有色冶金勞動保護研究院湖南長沙410014；2非煤礦山通風防塵湖南省重點實驗室湖南長沙410014）

利用受控循環風與水浴絲聯合技術對紅透山銅礦1337m深井進行了通風系統優化與降溫技術改造，討論了礦井熱害產生的主要途徑與紅透山礦受控循環風與水浴絲聯合降溫系統的布置形式，得出通過增大井巷風量，利用水浴噴淋的方式，可以達到有效降低深井工作面環境溫度的目的，保障礦山的安全健康發展。

降溫技術深井熱害受控循環風水浴絲

0　引言

隨著紅透山礦開采深度的不斷增加，熱負荷越來越大，需要對井下空氣頻繁進行冷卻，或者增加采區供風量，在不采取制冷等措施的情況下，工作面風溫高達32℃。可以預見，在機械化水平的不斷提高，作業面逐漸增加的情況下，礦井熱害的形勢將日益嚴峻。因此研究礦山深井熱害問題，保障礦山的持續健康發展，具有重大意義。

1　紅透山礦井熱源分析

紅透山礦地處長白山西脈端，地表空氣進入井下后，空氣的溫度會發生很大的變化。影響井下空氣狀態發生變化的因素主要有空氣的自壓縮、圍巖的散熱、爆破熱和機電設備放熱等，而這些因素本身又是多變的。對高溫礦井熱害因素分析，必須依據礦井實際條件，整體分析各熱源產生的原因，從而提出合理的治理措施。

1.1空氣的自壓縮

空氣進入井筒并沿之下行，壓力和溫度都要有所上升，這就是“自壓縮”過程。若此過程中空氣與外界不發生換熱、換濕，且氣體流速也不變化，根據能量守恒定律，可得：i1-i2=g(z1-z2) （1）。式中：i1與i2—分別為風流起點與終點時的焓值，J/kg；z1與z2—分別為風流在始點與終點處的標高，m；g—重力加速度，取9.8m/s2。

由式（1）可知，已知風量，風流往下壓縮熱，用下式計算：Qr=0. 00981MΔH（2）。式中：Qr—自壓縮熱，kw；M—井筒進風量，kg/s；ΔH—風流自上向下流動的高差，m。

由式（2）可推算出自壓縮引起的溫升值為：Δt=0.0098ΔH (3)。由式（3）可知空氣進入礦井后，深度每增加100米，氣溫上升約1℃，反之，當空氣上升時，每上升100米，將降低約1℃。

1.2圍巖散熱

井下圍巖傳熱主要是通過熱傳導自巖體深處向圍巖壁面傳熱。井巷圍巖與風流間的傳熱量可按下式計算：Qrr=KtULtrm-t（4）。式中：Qr—井巷圍巖散熱量，kw；U—井巷周長，m；L—井巷長度，m；trm—巷道始末兩端平均原始巖溫，℃；t—流經巷道始末端平均氣溫，℃。—圍巖與風流間的不穩定換熱系數，w/（m2·℃），它表示巷道圍巖與空氣之間溫差為1時，單位時間從1m2巷道壁面上向空氣放出的熱量，可用下式計算：

式中：K—巖石導熱率，；—巖石的熱擴散率，m2/s；—通風時間，s；b—通風時間系數，當<1年，b=0.27；當>1年，b=0.4；—付立葉準則數，反映不穩態導熱過程的無因次時間，其準則關系為：

式中：—巷道水力半徑，=0.546，m；S—巷道斷面積，m2；—巖壁與空氣的對流換熱系數，。

影響圍巖與空氣的熱交換的一個重要因素是巖壁上的水分。水分的存在能夠加快這種熱交換。

1.3機電設備的散熱

機電設備放熱可大致分為兩部分，一是采掘設備放熱，而是其他電動設備放熱。

采掘設備運轉放熱一般可按下式計算：Qch=N（7）

式中：Qch—風流所吸收的熱量，kw；Ф—采掘設備運轉放熱中風流的吸熱比例系數；N—采掘設備實耗功率，kw。

其他電動設備的散熱量可按下式計算：Qe=(1-ηt)ηmN（8）

式中：N—電動機組的總額定功率，kw；ηt—提升設備的機械效率；ηm—電動機的綜合效率，包括負荷率、每日運轉時間和電動機效率等因素。

2　紅透山礦受控循環風水浴絲降溫技術

2.1受控循環風的工程布置

所謂受控循環風，即是將采區廢風經過凈化冷卻后再送回作業點的一種通風技術。在高溫礦井中，從地面引進的風量越大，井巷巖石對空氣的散熱量越大，從降低高溫礦井的風溫角度考慮，應盡量減少從地面引進的風量。研究表明：若從地面增加風量，則會大大增加扇風機動力，風量增加26%，扇風機動力就要增加100%。因此利用循環通風技術減少礦井總進風量對改善高溫礦井的熱環境是有益的。

紅透山礦利用井下-287m至-467m中段的大量廢棄采空區和已有巷道工程作為新的并聯通風回路，極大降低了風阻，實現了總風量增加的目標。在循環風路的初始段-467m中段和末段-287m中段，充分利用長距離的封閉巷道和采空區，集中安設水浴絲噴淋裝置，并輔以其它物質吸附措施，實現井下熱環境的降溫與污風的全流程多重凈化。

2.2水浴絲降溫凈化

循環風風道水平長達350余米，其中可用于水浴絲霧化降溫凈化段達150米。在此距離上安設數十組水霧噴淋裝置；配合過濾網、折流板以強化降溫凈化效果。延長風流通過時間、增加污風與水的融合性。降溫與有害氣體主要凈化的介質載體都是水。而污風凈化系統裝置需設置在距離較長的廢棄巷道中，保證污風經過時有充分時間與水霧接觸融合，達到較好的降溫與凈化效果。

3　結論

紅透山礦深井受控循環風水浴絲降溫凈化技術，歷經5年的改造實施，目前已在井下生產中成功應用。

[1]袁梅芳，石長巖，李志超等.紅透山礦深井開采通風系統循環風研究與應用 [J].金屬礦山，2012，438（12）.

[2]宮銳，石長巖.系統可控循環風技術在紅透山礦的應用實踐 [J].有色礦冶. 2012，28（6）.

F407.1[文獻碼]B

1000-405X（2016）-3-119-1

王志（1985～），男，碩士，研究方向為礦山安全與通風技術。