辰州礦業(yè)沃溪坑口井下排熱降溫的探索與思考

趙雄飛

(湖南辰州礦業(yè)股份有限公司, 湖南沅陵縣 419607)

辰州礦業(yè)沃溪坑口井下排熱降溫的探索與思考

趙雄飛

(湖南辰州礦業(yè)股份有限公司, 湖南沅陵縣 419607)

對沃溪坑口井下地熱產(chǎn)生及其危害進行了分析。根據(jù)國內外高溫礦井熱害治理經(jīng)驗和新的通風理念、礦山現(xiàn)有情況,提出利用風、水排熱的構想和綜合治理方案,對沃溪礦區(qū)排熱降溫系統(tǒng)的建設提出了建議。

深井開采;地熱;排熱降溫;沃溪坑口

0 前 言

辰州礦業(yè)沃溪坑口井下開采已有近百年的歷史,2010年預計第3期工程開拓到42平,“十二·五”期間第4期工程計劃向更深的52平開拓。礦體開采斜深超過3000m,垂直深度超過1000m,沃溪坑口已進入深井開采。深部區(qū)域原巖溫度高(52中段-1010m,原巖溫度預計為47.8℃),作業(yè)環(huán)境惡劣,地熱、高溫問題已成為制約沃溪坑口下一步開拓、探采、發(fā)展的瓶頸。

1 沃溪坑口井下地熱現(xiàn)狀

一個區(qū)域的地熱增溫率與當?shù)氐刭|年代和巖漿活動時間有關,正常情況下地熱增溫率為3℃/100 m。經(jīng)測定沃溪礦區(qū)為1℃/39.5m,空氣在向井下流動過程中每下降100m空氣溫度上升1℃。

2 深井排熱降溫方法

降溫是將井下高溫作業(yè)區(qū)域過多的熱量人為轉移至低溫區(qū)或地表,但熱是一種能量沒有固定的形態(tài),只能依附于媒質。目前國內、外礦山井下采用風或水作為降溫媒質,所有的降溫方法和措施都是圍繞著風和水展開。

利用風的方法是將低溫風流送至井下作業(yè)區(qū),吸熱升溫后排至低溫區(qū)或地表,低溫風流可以是人為的也可是自然的;利用水的方法是將低溫的水或冰用管路或容器輸至井下,吸熱升溫后排至低溫區(qū)或地表,冰、冷水可以是人為的也可以是自然的。風、水降溫方法可單獨、并列、交叉使用。如將冰或冷水送至井下某一點,將井下風流冷卻,再將冷風流輸至深部作業(yè)點;或將人工或自然制造的冷風、冷水、冰直接送到深部作業(yè)點。

2.1 排熱降溫基礎工作

(1)建立健全井下溫度測控體系,將所得資料進行線性回歸分析、存檔保存,查明環(huán)境溫度與進出風焓、流量、流速、流經(jīng)時間的關系。

(2)尋找適合我礦區(qū)地熱計算方法,為與排熱降溫相關的各系統(tǒng)設計提供理論依據(jù)。

我公司在2006年曾對沃坑井下熱量作過系統(tǒng)的計算,計算結果預計達到42平后,井下放熱量為4738kJ/s。

2.2 排熱降溫措施

(1)通風排熱。通風可為井下作業(yè)人員提供新鮮空氣,排除粉塵,排走有毒有害氣體,排熱降溫。深部通風在深井排熱降溫中扮演著極為重要的角色,排熱降溫效果可真實的反映通風系統(tǒng)的優(yōu)劣。優(yōu)化通風系統(tǒng)、改善通風效果是降溫工作的重點。

(2)作業(yè)面壓風降溫。壓風通風有兩個作用,一是提供新鮮空氣,二是壓風膨脹吸熱降溫。在井下極端作業(yè)環(huán)境之中,壓風通風是一種有效的通風方法。

判斷心肌缺血程度的常用手段之一即心肌酶學檢查，心肌酶LDH和CK正常情況下存在于心肌細胞的胞漿中，當MI/RI發(fā)生時，心肌受損導致細胞膜的通透性升高，LDH和CK溢出胞外進入血清，因而血清LDH和CK活力能夠從側面反映出心肌細胞的壞死程度［9］。本研究結果發(fā)現(xiàn)，模型組MI/RI動物血清中LDH、CK活力明顯上升，提示MI/RI發(fā)生時的心肌細胞處于較嚴重的受損狀態(tài)；丹酚酸B預處理給藥可明顯降低血清LDH活力和CK活力，提示丹酚酸B保護MI/RI受損的心肌組織可能與改善心肌細胞膜的穩(wěn)定性有關，這與宋延平等［10］的報道結果類似。

(3)供、排水排熱。供水是將低溫水由井上向井下放(流);排水是將高溫水從井下往井上排。水的比熱高,利用供、排水的溫差能大量排除深部地熱,從而達到排熱降溫的目的。水的比熱高,而下放(流)與抽排方便,來源廣,清潔,環(huán)保,在礦井排熱降溫中承擔非常重要的任務,是不可或缺的媒質。

(4)制冷排熱。從經(jīng)驗上看,原巖溫度低于42℃的礦山降溫方案可考慮用單一通風(主要是通風成本)辦法,而沃溪坑口井下在42平以下原巖溫度已超過此極限,單一通風排熱降溫滿足不了生產(chǎn)要求,必須建立礦井制冷系統(tǒng)。制冷站有地面和井下兩種。制冷站建立在地表管路長,冷(熱)量沿程損失大,而建在井下又必須通過其他系統(tǒng)(通風、排水)將其集中的熱量排出地表,具體采用何種方案均因條件而定。

(5)其他降溫方法與熱源控制。井下作業(yè)環(huán)境中的人體、機械、電器、礦石氧化等均可放出熱量,如果處理不當會加劇深部熱害,具體的控制方法有:通過噴漿隔離的辦法控制礦石氧化;電器及大型的機電設備盡可能的安裝在上部中段或讓經(jīng)過該區(qū)域的風流直接進入風井;照明改用節(jié)能燈。

(6)冬季降溫。冬季將地表的冷風、水、冰直接流(放、運)入井下,以最小代價達到降溫的目的。

3 通風系統(tǒng)優(yōu)化與改造

3.1 通風系統(tǒng)優(yōu)化方案

(1)增大排風能力。沃坑通風系統(tǒng)改造首先要著重于解決排風量小這一瓶頸問題,此問題如不能解決,則沃坑的通風降溫效果不可能有根本好轉。在改擴建通風系統(tǒng)的同時,必須兼顧考慮將來井下制冷系統(tǒng)的配套建設。

(2)風流內循環(huán)。現(xiàn)流行的通風系統(tǒng)受控循環(huán)理論,即在不擴大系統(tǒng)排風能力的情況下,增大用風區(qū)的風速、風量,在污風排至非用風區(qū)時有控制的放出部分污風,放出的污風經(jīng)過凈化或與新鮮風源匯合后達到新鮮風源的風質標準,即可進入下部區(qū)域。其方法和理念可指導沃坑通風系統(tǒng)優(yōu)化改造,但如何操作,深部污風放出多少、從哪個區(qū)域放出需理論計算和實踐的檢驗,如果處理不當,極易造成井下污風串聯(lián)和地熱循環(huán)污染。

(3)增大進、出風焓差。采取措施降低進風焓值、增大出風焓值,最大限度的利用經(jīng)過深部的風流排熱降溫,降焓的方法有:降低空氣溫度;除濕(除去空氣中的水蒸氣含量)。

3.2 系統(tǒng)改造工程

(1)檢查、清理東部風井,復核、改造26平風機。

(2)從排熱降溫的角度上宏觀分析和利用西部風井工程,具體可從兩個方面考慮:西部下延至32平,及下延方案;利用西部風井后,其主風機通風方式是抽還是壓。

(3)增大排風能力,可考慮的方案有:擴刷東部風井,或利用東部風井附近的原廢棄的天井,以擴大東部風井的有效斷面;26平以下新建V3風井,26平以上平行東部風井上掘1條風井,改造26平風機;下掘豎風井至42平。

(4)因通風系統(tǒng)和今后新改造的系統(tǒng)不可能兼顧8#礦體,對8#礦體的采區(qū)須建立獨立的分區(qū)通風系統(tǒng)。

(5)盡快啟動16平V3w的殘礦回收方案,通過V3w的修窿修通與16平豎井石門的另1條人行通風通道,擴大16平豎井進風路線。管理、控制、利用0～16平以上區(qū)域的自然風流,降低進入深部區(qū)域的風源溫度。

4 供、排水系統(tǒng)改進

4.1 供、排水系統(tǒng)改進方案

(1)降低供水系統(tǒng)的供水溫度,工業(yè)與防塵用水兼用于降溫。

(2)對上排的深部高溫水采取隔熱措施,以免高溫水的熱量傳遞到新鮮風流中,防止熱循環(huán)污染。

(3)下放(流)水要有設計規(guī)劃,嚴格控制,防止能源損失。

4.2 改進工程

(1)沃坑下流至12平、16平的低溫水經(jīng)管路下放至32平吸熱升溫后,經(jīng)東部風井回流至20平或16平。

(2)設計一個系統(tǒng),冬季將地表的低溫水、冰、雪引流(輸送)至井下吸熱升溫后上排。

(3)對從深部向上排水的排水管加隔熱設施,平巷自流須走暗溝流入32平水倉,排至32平水倉的高溫水及時上排。

(4)32平空壓機房供水管路改走3#副井下放(流),經(jīng)機房后的高溫水必須上排至20平以上。

深部排熱降溫是一個龐大的系統(tǒng)工程,需要公司成立專業(yè)科題組長期進行研究;需要與科研院所、國內外同類礦山進行技術合作與交流。目前沃坑作為辰州大本營是公司對外擴張的技術、人力、財力的支柱,為穩(wěn)定現(xiàn)有生產(chǎn)能力及其今后的長足發(fā)展,地熱害的防治應引起高度重視。

[1]《采礦手冊》編輯委員會.采礦設手冊[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2005.

[2]王英敏,等.礦井通風與安全[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1978.

[3]長春黃金研究院,湘西金礦.沃溪礦區(qū)深井通風系統(tǒng)優(yōu)化降溫與研究[R].懷化:湖南辰州礦業(yè)股份有限公司,2000.

[4]瓦斯通風防滅火安全研究所.礦井降溫技術的50年歷程[J].煤礦安全,2003,34(S1):28～32.

2010-05-27)

趙雄飛(1973-),男,湖南邵東人,工程師,從事采礦技術工作,Email:zxf01211@163.com。