深井礦山通風技術(shù)研究應用現(xiàn)狀

許志發(fā)

摘要： 20世紀80年代起，我國對礦山深井通風技術(shù)進行研究，現(xiàn)已有近40多個（包括煤礦）礦井井下氣溫達到或超過30℃，開采深度600～1200m。文章詳述了我國礦山深井通風現(xiàn)狀，介紹了深井通風主要技術(shù)；根據(jù)我國目前礦山開采實際，目前采用采用通風降溫技術(shù)即可以解決目前礦井高溫高濕的問題。

Abstract： The research of mine deep well ventilation technology in China began in the 1980's. Now， more than 40 mines （including coal mines） have reached or exceeded the temperature of 30 ℃， and the mining depth is 600 ～ 1200m. The main technologies of deep well ventilation are introduced in detail. According to China's current mining practice， the current use of ventilation cooling technology that can solve the current problem of high temperature and humidity of the mine.

關(guān)鍵詞： 深井通風；通風降溫；應用現(xiàn)狀

Key words： deep well ventilation；ventilation and cooling；application status

中圖分類號：TD72 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）09-0112-03

0 引言

我國目前大多數(shù)礦山服役年限多為幾十年的老礦山，淺層礦產(chǎn)資源大多采完，轉(zhuǎn)入深層開采成了多數(shù)礦山的選擇。隨著愈來愈多的礦山進行深井開采，深井開采的通風、高溫、高濕環(huán)境、高地壓等各種問題也逐步顯現(xiàn)出來，這些問題的解決是做好深井安全穩(wěn)定開采的保障。目前我國的深井通風由于大多數(shù)是沿用淺層開采時所用的通風設施設備，通風降溫除濕能力遠遠無法滿足深井開采的要求?！兜V山安全》規(guī)定井下作業(yè)溫度不得高于26℃，現(xiàn)我國礦山隨著采深的增加，通風能力已無法滿足這一要求，學習國外礦山的制冷降溫新技術(shù)已成為趨勢，如果沒有對通風設施進行升級改造很難達到這個要求。

1 深井通風概況

我國礦山深井通風技術(shù)研究是于20世紀80年代開始的[1]，這一時期我國許多礦山開始進入深部開采，如遼寧紅透山、云南大紅山、甘肅金川、安徽冬瓜山等。各國對于深井開采的具有不同的定義，如表1所示。結(jié)合我國礦山開采實際情況和未來的發(fā)展，深井開采深度可界定為：金屬礦山1000～2000m，煤礦800～1500m[2]。當開采深度小于此深度時，通風降溫已經(jīng)能夠滿足要求，無需使用制冷降溫技術(shù)[3]。

西方發(fā)達國家如德國、美國、加拿大深井開采的時間比我國早100多年，而且其開采深度普遍達到1600m。印度科拉爾金礦于20世紀80年代中期采深已經(jīng)超過3000m，巖層溫度超過69℃[4]，高溫導致礦工正常工作受阻，通風降溫所能取得的效果不佳，因為采用費用較高的制冷降溫；南非在這個時期金礦采礦深度超過4000m[5]，巖層溫度達到70℃以上。地下的巖層溫度隨著開采深度的增加而升高，同一礦山、不同開采深度、不同國家、地區(qū)的巖層溫度都是不同的，如表2所示。國內(nèi)礦山深井大多采用通風降溫，如平頂山五礦三采區(qū)，總風量由91.7m3/s 提高到133.3m3/s，風量增加45% ，采掘工作面實測溫度降低了1.5～2.4℃[6]；舊店金礦，選擇增大風量，改善井下通風系統(tǒng)，實測溫度由局部40℃降到18℃左右[7]；遼寧紅透山銅，部分中段溫度達到28.2℃，通過對通風影響因素進行研究，增加中段2臺接力主扇，使得各中段的入風量分別提高10～13m3/s，深部作業(yè)環(huán)境得到了有效改善[8]。

2 中國金屬礦山深井通風概況

2.1 夏甸金礦深部開采制冷降溫

我國非煤礦山首個大型深井集中式制冷降溫系統(tǒng)，在夏甸金礦順利通過驗收[9]。夏甸金礦部分水平的掘進風筒出口處溫度已達33.8℃，回風豎井掘進頭溫度已達32.8℃，相對濕度均達到100%，存在高溫熱害問題[10]。

夏甸金礦熱害治理采用：礦井空調(diào)制冷降溫技術(shù)。工作原理的不同，使得風冷機組和水冷機組的擺放位置不同，前者應距離回風井較近，后者應距離水倉較近。通過對風冷和水冷兩種不同方案進行比較，前者的最大降溫為2.9℃/m3，制冷效果顯著，安裝和使用較為方便，井下作業(yè)環(huán)境的改善效果明顯。

2.2 沂南金礦金龍礦區(qū)深井多級機站通風降溫

沂南金礦隸屬山東黃金，為其主力生產(chǎn)礦山，包括3個礦區(qū)：金龍、金場和銅井。對角抽出式機械通風為其原采用的系統(tǒng)，采用DJK50型風機。

通過對礦區(qū)通風狀況的詳細調(diào)查，分析了原系統(tǒng)存在的問題，決定采用入風不獨立深、淺分區(qū)多級機站通風方案，對井下高溫進行治理。礦區(qū)以淺部區(qū)域（-90m中段以上）和深部區(qū)域（-210m中段以下）分為兩個獨立的區(qū)域。新鮮風流通過盲斜井、斜井、主豎井壓入，形成不獨立的共同入風風路。

多級機站通風系統(tǒng)的采用，明顯改善井下作業(yè)環(huán)境，明顯降低作業(yè)溫度[11]。

2.3 丁集煤礦制冷降溫系統(tǒng)

丁集煤礦受地面高溫影響，采掘工作面進風溫度達30～34℃，回風溫度達36～40℃，部分工作面高達45℃，濕度始終在95%以上。在采煤工作面采用各種方式進行降溫，取得的效果都不顯著。

礦山投入資金建設礦井降溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括地面制冷和井下供冷兩個系統(tǒng)。其主要參數(shù)為：瓦斯發(fā)電先期總裝機功率3.6MW，每小時消耗1200m3純瓦斯量，利用產(chǎn)生的余熱制取飽和蒸汽3t/h；制冷總?cè)萘繛?1MW。采用的設備主要有：2臺1800kW（奧地利顏巴赫）高濃瓦斯發(fā)電機組，3臺制冷功率5MW（印度特邁斯）蒸汽式溴化鋰制冷機組，3臺單機制冷功率2MW（美國約克）離心式電制冷機組，1套交換能力為17.3MW（德國西馬格特寶）井下三腔冷媒分配設備。采取掘進工作面串接直供式的降溫方式后，各工作面平均掘進工作面溫度降到25℃左右，濕度降到83%左右[12]。

3 深井通風技術(shù)研究現(xiàn)狀

3.1 深井通風主要技術(shù)簡介

通風系統(tǒng)是向井下作業(yè)地點供給新鮮空氣、排出污濁空氣的通風網(wǎng)路、通風動力和通風控制設施的總稱[13]。井下各作業(yè)場所都需要通風系統(tǒng)的支持和保障，對全礦通風安全狀況具有全局性影響[14]。通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性可能因為多井筒的相互影響而造成井筒反風[15]，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性收到破壞。隨著我國礦山的采深不斷增長，單純靠通風降溫技術(shù)已無法取得明顯的效果，因此在某些礦山中必須采用制冷降溫技術(shù)[16]。

我國對深井通風技術(shù)的經(jīng)過幾十年的研究，經(jīng)過不斷地總結(jié)和創(chuàng)新，不論在設施設備、理論方法還是在計算機軟件方面都取得了長足的進步。新的設施設備不斷地應用于生產(chǎn)實踐，新的理論和方法指導現(xiàn)場工作人員精確地判斷和處理出現(xiàn)的問題，計算機軟件為整個系統(tǒng)運行提供了便利，起到輔助決策的作用。

3.2 通風降溫技術(shù)

深井開采經(jīng)驗表明，采深不超過1600m時，采用通風降溫就可滿足要求，但超過1600m時，就要采取人工制冷措施[17]。國內(nèi)礦山因為采深和成本原因，目前大多采用通風降溫，但是在通風設備設施、通風網(wǎng)絡設計等方面還是與普通的有所差異。

在沂南金礦通風系統(tǒng)布置中，采用入風不獨立深、淺分區(qū)多級機站通風方案，通過對通風量和通風量的計算得出，采用此方法能夠有效的降低工作面的溫度，達到通風的預期效果。在三山島金礦中，隨著開采深度的加深，原有的通風系統(tǒng)不能滿足需要，進行通風系統(tǒng)改造，改造后明顯改善作業(yè)環(huán)境，生產(chǎn)安全得到了有效保障。因此，通風降溫技術(shù)在目前的開采條件下，國內(nèi)的大多數(shù)礦山采用通風降溫技術(shù)還是可行的。

3.3 人工制冷降溫技術(shù)

隨著礦井開采深度的不斷加深，傳統(tǒng)的通風降溫已經(jīng)不能滿足通風要求，采用人工制冷降溫技術(shù)也被國內(nèi)大型深部開采的礦山所采用的，如湘西金礦、夏甸金礦等。

夏甸金礦采用空調(diào)制冷，在實際運用過程中，降溫效果顯著。湘西金礦在現(xiàn)場調(diào)查中，流進風流溫度為21.8℃，預冷后的溫度比流進的溫度低4.505℃。因此，人工制冷效果十分顯著[18]。

3.4 局部降溫技術(shù)

局部降溫技術(shù)作為輔助降溫措施在生產(chǎn)實際中也是必不可少的，與整體相輔相成，使得整體的降溫效果更為顯著。局部降溫可以分為個人降溫和局部冷卻風流。個人降溫主要是通過穿戴降溫服來實現(xiàn)、風流可以通過冰塊、壓氣引射器和局部制冷來實現(xiàn)對風流的冷卻。

4 結(jié)語

①目前我國礦山大多是老礦山，原有的通風系統(tǒng)不能滿足深井開采的需要，需要進行升級改造；

②由于開采深度和成本的原因，我國大多數(shù)礦山仍采用通風降溫，制冷降溫措施應用并不廣泛；

③我國深井開采通風系統(tǒng)的設計和通風效果和西方先進國家還是存在一定的差異，在設計和計算機軟件的應用上方面還需要投入更大的精力進行研究。

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