某鎢礦井熱害分析及通風降溫技術研究

（贛州有色冶金研究所 江西 贛州 341000）

贛南素有“世界鎢都”的美譽，是我國重要的鎢礦資源生產基地[1]。隨著鎢礦山的不斷開采，淺層資源逐漸消耗，礦床開拓不斷加深，引發諸多安全生產問題。贛南某鎢礦經過近50年的開采，已形成19個開采中段，由于礦井開采深度的增加，開采區域的擴大，局部地質條件的變化以及通風效率的降低等諸多因素，使得井下圍巖溫度和作業區域環境溫度深高，產生較嚴重熱害現象，部分采區溫度高達30℃～34℃，嚴重影響礦山安全生產，因此，需分析礦井熱害因素，并研究降溫技術方案。

1 礦井熱害分析

1.1 礦井概況

該礦地處亞熱帶季風氣候區，極端氣溫高達41℃，平均地溫梯度2.2℃/100 m，為含硫礦床。礦區采用平窿、盲豎井和盲斜井聯合開拓方式，歷史上共開拓已有19個中段，從630m～-145 m中段，中段高度主要為25～50m，淺孔留礦法和全面采礦法采礦。礦區現有通風系統隨著礦體東西走向不斷的向深部往東開采，已經由中央進風單翼回風的抽出式通風系統逐步轉變為單翼進風單翼回風的抽出式通風系統，主扇安裝在井下165中段。新風從450m主平窿進入，清洗工作面后的污風通過165中段以上的采空區、倒段回風井等排至地表。

1.2 礦井熱源調查

金屬礦井熱源主要包括圍巖散熱、機電設備放熱、礦井水散熱、礦石氧化放熱、充填體散熱、空氣的自壓縮散熱、進風流溫度、爆破散熱以及人體散熱等[2]，結合該礦實際情況，采用熱球式風速儀、熱電偶探頭、電位差計、干濕球溫度計、紅外線測溫儀、流速計等儀器，對主要進回風巷道、采準掘進作業面、礦石氧化區域的巖溫、水溫、井下熱環境參數和通風參數進行調查測定，分析礦井熱源。調查礦區中深部主要中段進風主巷、回風道和作業面溫度參數見表1。

分析表1調查結果，該礦井下作業面溫度偏高，超出安全規程允許值，按年產量該礦屬于小型礦井，小爆破集中作業，采用有軌機車運輸，無充填，所以井下主要熱源如下：

（1）礦石氧化放熱：各中段主要進風巷道氣候條件舒適，作業面和回風道溫度較高，主要因為采場新暴露礦石含硫量較高，發生氧化散熱，而進風量較少，致使熱量難以及時排除，作業面悶熱，是該礦的主要熱源。

（2）巷道圍巖放熱：實際測定各中段平均巖溫比按地溫梯度和恒溫帶溫度計算出的巖溫普遍要高出 1 ℃～2 ℃，且測點巖溫普遍高于風溫，可見巷道圍巖是熱源之一。

（3）地表大氣熱：地表大氣溫度對井下中上部中段風溫也有一定的影響，特別是夏季高溫季節，其影響較明顯。

（4）其他：通過對礦井水溫的測定，普遍低于風溫，所以放熱較少；井下采用小型作業和通風設備，功率較小，放熱量不大。

1.3 熱害分析

分析熱源并結合礦井通風效果，主要由于作業面風量不足，采場熱量積聚，對作業人員和礦井安全生產危害較大。

（1）危害作業人員健康：井下作業環境溫度偏高時，會導致作業人員體溫升高，產生頭暈、惡心、嘔吐甚至暈厥等，嚴重時還會危及生命，身體健康受到嚴重危害。

（2）影響安全生產：井下工人長期在高溫環境下持續作業，其注意力、判斷力及反應能力均會逐漸減退，并隨著環境條件的惡化而加劇，往往會誘發井下事故，對礦山的安全生產構成極大的威脅。

（3）降低工作效率：惡劣的熱環境直接損害工人身心健康，勞動時間減少或出現各種疾病，降低出勤率，以及機電設備在高溫高濕條件下散熱困難，或設備溫升過高而損壞，從而影響整個礦山的生產效率。

2 通風降溫技術研究

2.1 通風系統分析

整體通風系統的運行效果對礦井熱害影響明顯，所以分析通風系統現狀，為降溫方案提供研究基礎。通過測定主要通風網絡、通風動力、作業環境風流參數等數據，分析通風現狀見表2，存在的問題如下：

表1 主要溫度測定結果

表2 通風系統分析

表3 技術方案模擬效果對比

（1）礦井總進風量不足：現場多次測定的礦井實際總進風量為27.9m3/s，對比礦區現階段的年生產能力，井下同時作業最大需風量為42.2m3/s，僅為實際生產需風量的66.3%；全礦總進風量不足，特別是深部主要作業面中段，作業面風量嚴重不足，深部采場的熱量難以及時排出。

（2）通風網絡復雜線路長阻力大：隨著不斷向深部開采，整體通風系統由原先上部的單翼進風單翼回風通風網絡改造為現在的深部中央進風兩翼回風再到上部單翼回風的復雜通風網絡；礦區開采縱深達775m（從地表出風口630m到最深-145m），而且深部的回風系統由原先上部采空區、回風井改造而成，最長通風線路達3800m，通風阻力大。

（3）風量分配不合理：由于部分進回風網絡未形成，采場開采順序不合理，通風構筑物不完善或破損，使得風流短路，需風中段進風量較少，而上部中段風流浪費，有效風量率偏低。

2.2 通風降溫技術方案

礦井通風是排除熱害、降低溫度、改善作業環境最常使用的方法，經濟方便效果顯著。結合該礦的熱害原因、通風效率及國內外礦山熱害防治經驗[3-4]，綜合考慮降溫成本和實施難度，優化通風系統，提高通風效率，增加作業面進風量，是該礦防治熱害的優選技術方案，并輔助局部隔絕熱源，即可降低中深部溫度，控制作業面熱害。

2.2.1 增加礦井總進風量

（1）在501中段增設DK-4-12型號主扇（功率60×2kW），與原主扇串聯，共同克服礦井通風阻力。

（2）調式原主扇，提高運行效率：主要通過優化主扇安裝方式，調整葉片安裝角為35°，調式主扇運行狀態，加強風機硐室門的密閉，提高風機運行效率，最大限度發揮主扇的作用。

（3）增加進風通道：人行安全出口從501地表通達各個中段，從165m中段往上作為輔助進風通道，增加礦井總進風通道（原系統僅450平窿為唯一進風口）。

2.2.2 增設進風和回風機站，加強深部通風

（1）在深部-15m中段盲斜井處增設硐室型風流調控裝置，作為進風機站，引射風流，加大深部通風動力，增加深部進風量。

（2）-65m中段E16分巷道附近增設回風機站，提高深部回風負壓，快速排出深部采場熱量，控制深部熱害。

2.2.3 優化回風網絡

（1）掘通-145m中段W十一至-115m中段W八的回風上山，掘通-145m中段E五至-115m中段E十二的通風天井，完善該中段回風網絡。

（2）新掘進-115m中段E五至-65m中段E八通風上山，-115m中段E十七至-65m中段E二十通風上山，加強深部回風。

2.2.4 調整礦塊回采順序，加強通風構筑物管理，增強局部風流調控

局部增設或更換輔扇，調控風流，增加個別采場進風量。

（1）更換-15m中段E4分巷處輔扇型號為15kW的K系列節能輔扇。

（2）-65m中段E十六分巷增設15kW輔扇。

（3）深部東區采場采用后退式回采順序，并及時密閉停止作業的采場，減少風流短路，提高通風有效率。

（4）加強上部中段的空區密閉，設置合理有效的通風構筑物，并加強管理，調控井下風流的分配，以便改善井下作業面的通風。

2.2.5 局部控制熱源降溫

在通風降溫基礎上，針對極端熱害區域可同時采取隔絕熱源措施，如在含硫量較大的圍巖上噴涂隔熱材料來減少放熱量，通過水淋噴霧降低空氣溫度，合理安排爆破時間和井下作業時間，有效控制熱量的釋放。

2.3 方案模擬分析

應用礦井三維通風仿真系統模擬解算通風網絡[5]，對井下熱源、冷源和濕源進行建模，在三維可視化環境中實現對礦井降溫效果定量分析。將dxf格式的礦山中段平面單線圖導入軟件，建立可視化的礦井通風網絡三維仿真平臺，進行通風網路優化，實現礦山通風網絡解算和降溫效果模擬，得出通風降溫技術方案的通風和降溫效果，主要中段作業面溫度結果見表3。從結算結果可知，該方案可降低作業面溫度，達到相關規程要求，同時增加作業面風量。

3 結 論

通過調查分析礦井熱源，了解礦井熱害形成原因，針對性的提出通風降溫技術方案，可有效降低作業面溫度，控制井下熱害。