深井高溫礦床熱害治理實踐

劉東銳,劉偉強,李印洪,王 志,李亞俊

(湖南有色冶金勞動保護研究院, 湖南長沙 410014)

深井高溫礦床熱害治理實踐

劉東銳,劉偉強,李印洪,王 志,李亞俊

(湖南有色冶金勞動保護研究院, 湖南長沙 410014)

針對某深部礦井溫度高的問題,對其井下的熱源進行了詳細的調(diào)查及分析,特別是進風段和用風段的熱源,并根據(jù)調(diào)查結(jié)果,針對性地制訂了相關(guān)的熱害治理措施,工程應(yīng)用表明,經(jīng)過治理后,工作面溫度降低了2℃,取得了良好的效果,適于在相關(guān)礦山推廣應(yīng)用。

深井開采;高溫礦井;熱源分析;熱害治理

0 前 言

隨著淺部礦產(chǎn)資源的不斷減少,國內(nèi)大多數(shù)礦山已進入中深部或深部資源開采,調(diào)查結(jié)果顯示,開采深度超過千米的金屬礦山有上百座。國外對礦井降溫理論研究較早,始于20世紀20年代,至今已形成完善的學科理論體系。研究對象由最初的整個系統(tǒng)降溫,逐步轉(zhuǎn)向?qū)Σ删蚬ぷ髅娼禍亍鴥?nèi)研究相對較晚,起步于20世紀50年代初期,我國學者在國外理論的基礎(chǔ)上,結(jié)合國內(nèi)礦山實際情況,開展了礦井降溫理論的研究,至今已形成了完善的礦井降溫體系[1-2]。目前對于深井開采的礦山,最行之有效的降溫方案為機械制冷,但由于國內(nèi)的礦山普遍深度較淺,采用較多的為增大風量降溫[3]。

某礦目前開采深度近1000m,屬硫化礦床,隨著開采深度的增加和采掘機械化程度的不斷提高,深部巷道及工作面高溫高濕突顯,工作面平均溫度為35.2℃,最高溫度為42℃,目前已成為制約企業(yè)經(jīng)濟效益和危害井下作業(yè)人員身心健康的重要因素。

本文針對該礦深部溫度高的問題,在對現(xiàn)場深入調(diào)查的基礎(chǔ)上,分析了礦井進風段及用風段的熱源,并根據(jù)分析,提出了相應(yīng)的治理措施,并取得了良好的降溫效果。

1 礦山現(xiàn)狀

某礦自上世紀90年代開始采礦,屬于硫化礦床,采用機械化上向水平分層采礦法。目前開采深度近1000m,通風系統(tǒng)由淺部的單翼對角式通風系統(tǒng),逐步演變?yōu)槟壳暗膬梢韺欠謪^(qū)不獨立通風系統(tǒng)。

根據(jù)《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》規(guī)定,井下作業(yè)點空氣的溫度不得超過28℃,超過時,應(yīng)該采取降溫措施或其他防護措施。調(diào)查組深入井下現(xiàn)場,對各個中段的作業(yè)面、休息點、中段巷道、斜坡道等處的溫度進行了測量,并對測量結(jié)果進行了平均(見圖1)。

圖1 中段－溫度變化圖

由圖1可知,隨著深度的增加,礦井空氣溫度逐漸增加,由于300m、250m中段均為封閉中段,無法進入工作面進行測量,此結(jié)果為在進風路中測量,溫度較低;進入－60m后,井下溫度即接近28℃,－250m中段空氣溫度達到34.7℃。平均溫度達35.2℃,最高工作面溫度達42℃。

2 礦山熱源調(diào)查分析

該礦井下熱源主要有:空氣自壓縮放熱、圍巖放熱、井下水放熱(－200m處有兩處熱水放熱)、機械設(shè)備放熱。由于礦山通風路線較長,因此將其從進風段和用風段分別分析礦山的熱源。

2.1 進風段熱源調(diào)查及分析

根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)程,金屬礦井井筒內(nèi)的溫度梯度為0.96℃。經(jīng)調(diào)查,200～690m豎井口溫度為13.2℃,200m中段石門口溫度為20.2℃,空氣自壓縮釋放的熱量為4.7℃,其他熱源放熱釋放的熱量為3.3℃;4＃盲斜井井口為25.9℃,井底溫度為28.7℃,空氣自壓縮釋放的熱量為2.5℃,其他熱源放熱為0.3℃;6＃盲斜井－60m井口石門溫度為27.9℃,－200m6＃盲斜井溫度為29.6℃,升高1.7℃,空氣自壓縮放熱為1.3℃,其他熱源放熱僅為0.4℃。

由實際調(diào)查及上述分析可知,除空氣自壓縮及巖石放熱外,進風段無其他明顯熱源,且進風段的主要熱源為空氣自壓縮放熱。

2.2 用風段熱源調(diào)查及分析

空氣進入深部后,經(jīng)石門、斜坡道及天井等井巷工程進入各個工作面,由于高程變化不明顯,機械設(shè)備作業(yè)增加,并有熱水熱量混入,巖石放熱效應(yīng)更加明顯。經(jīng)計算分析可知,各個熱源在井下用風段的百分比分別為圍巖放熱71%,水放熱15%,機械設(shè)備7%,空氣壓縮放熱7%。因此,風段主要熱源為圍巖放熱。

3 礦山熱害治理措施

礦井熱害治理方式主要可分為兩類:采用通風、隔熱等非機械降溫以及采用空氣冷卻器等機械降溫。目前國內(nèi)大部分存在深井熱害的礦山,均采取增大風量,增強通風,減少圍巖放熱等非機械的降溫方式,相比于機械降溫方式,該方式具有更好的經(jīng)濟

性[4-8]。

根據(jù)該礦井下溫度變化的特點,結(jié)合對井下熱源的調(diào)查及分析,較適合井下實際的是采用非機械降溫方式。

3.1 增大風量

增加風量可以大大降低空氣的含熱量,是一種有效的降溫措施。日本學者的試驗研究結(jié)果表明:增加通風量,則氣流溫度大幅度下降,并且該溫度的下降程度在通風量達到一定量時則有急劇加快之勢,如果風量再增加則氣流溫度的下降又逐漸緩慢下來,最經(jīng)濟的通風量為巷道的0.56～0.84倍。總之,在礦井熱害不太嚴重的情況下,加大風量降低井下溫度是有效的。改善通風系統(tǒng),增加井下通風量,可采用減少風阻、防止漏風、加大扇風機能力、采用合理分風與輔助風路通風法、加強通風管理等措施。但是,風量的增加不是無限制的,它受規(guī)定的風速和降溫成本的制約。據(jù)現(xiàn)場增風降溫的經(jīng)驗,高溫工作面的風量最低限應(yīng)為13.3～16.7m3/s,風速應(yīng)在0.5m/s以上。

根據(jù)前文的計算,該礦井下的作業(yè)面均未達到這一標準,需重新選擇風機,降低礦區(qū)風阻,提高礦區(qū)的通風效率。

3.2 個體防護

個體防護的主要措施是工人穿冷卻服。冷卻服的適用范圍很廣,適用于獨頭高溫作業(yè)面作業(yè),以及井下各種大型設(shè)備操作人員和未采用中央制冷空調(diào)時的井下游動工作人員和生產(chǎn)管理者。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,該礦礦體為高硫礦床,極易導(dǎo)致局部溫度偏高,區(qū)域間的溫差大等問題,個體防護特別適用于此種情況,建議為深部開拓及獨頭掘進工作面工作配備冷卻服,以保障井下一線工人的職業(yè)健康衛(wèi)生。

3.3 隔絕(減少)熱源

該礦井下主要的熱源有圍巖、熱水、機械放熱和空氣自壓縮。除空氣自壓縮放熱無法采用隔絕外,其他三種熱源均可采取相應(yīng)的措施,隔絕(減少)熱量的釋放。

減少圍巖放熱的方法有:通過在巷道壁面涂上一層隔熱材料能降低巷道壁面與空氣熱傳導(dǎo)系數(shù)的物質(zhì)、盡可能把開拓工程布置在熱傳導(dǎo)系數(shù)較小的圍巖中、改良采礦方法,盡量減少暴露面積等。

減少熱水對井下空氣影響的主要為超前疏干,將熱水經(jīng)有隔熱蓋板的水溝導(dǎo)入水倉,再用隔熱管路排至地面。

機械放熱可通過改用小功率的機械或采用效率更高的機械進行礦石和廢石的運輸工作,比如,將無軌運輸改用有軌運輸。

4 結(jié) 論

通過對該礦實際情況的調(diào)查,總結(jié)及分析出了礦井熱源,即空氣自壓縮放熱、圍巖放熱、井下水放熱、機械設(shè)備放熱,并針對礦山實際特點,對井下的進風段和用風段的熱源進行了單獨分析,評價礦井的熱害程度。

根據(jù)分析,針對性的制定了礦井降溫措施,并應(yīng)用于礦山實踐,作業(yè)面溫度較之前降低了2℃,取得了良好的效果。

[1]胡漢華.金屬礦山熱害控制技術(shù)研究[D].長沙:中南大學, 2008.

[2]劉曉明,羅周全,夏長念,等.深井高溫礦山熱害控制新技術(shù)[J].安全與環(huán)境工程,2006(01):85-88.

[3]張維濱,郭樹林,等.中國金屬礦山深井通風技術(shù)研究現(xiàn)狀綜述[J].黃金,2009(09):26-29.

[4]謝賢平.深井降溫技術(shù)中的新方法[J].江西有色金屬,1996 (01):7-10.

[5]樊滿華.深井開采通風技術(shù)[J].黃金科學技術(shù),2001(06):36-42.

[6]文 艷.深井降溫技術(shù)的研究和應(yīng)用與發(fā)展[J].有色礦山, 1992(04):16-20.

[7]胡漢華.深井高溫礦山通風與降溫技術(shù)研究動態(tài)[J].金屬礦山,1999(07):40-42,47.

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2017-04-26)