紅透山礦深部開(kāi)采井下高溫環(huán)境治理*

李印洪 ，姚銀佩 ，范文濤，耿彥軍

(1.湖南有色冶金勞動(dòng)保護(hù)研究院， 湖南 長(zhǎng)沙市 410014；2.非煤礦山通風(fēng)防塵湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖南 長(zhǎng)沙市 410014；3.西部礦業(yè)錫鐵山鉛鋅礦， 青海 大柴旦行委 816203；4.峪耳崖金礦, 河北 寬城市 067600)

0 引 言

撫順紅透山銅礦紅坑口自1958年秋開(kāi)坑以來(lái)，井下已開(kāi)拓到-827 m中段，深度已達(dá)1100多米，是我國(guó)有色金屬礦山開(kāi)采最深的礦山之一。目前井下多中段局部作業(yè)面，尤其是東部通風(fēng)分區(qū)的作業(yè)面，出現(xiàn)了高溫、高濕的現(xiàn)象，部分掘進(jìn)工作面的溫度高達(dá)30℃，有的采場(chǎng)甚至高達(dá)32℃～34℃，熱害已經(jīng)出現(xiàn)。

1 紅透山礦高溫成因

造成每個(gè)礦山井下開(kāi)采作業(yè)面溫度高的原因都相似，都是源于原巖溫度高放熱，空氣自壓縮，機(jī)械設(shè)備放熱，人體放熱，照明設(shè)備放熱等，為準(zhǔn)確掌握紅透山礦井下溫度高的原因，進(jìn)行了巖溫調(diào)查和作業(yè)面溫度調(diào)查。

1.1 巖溫調(diào)查

本次對(duì)巖溫的調(diào)查采用淺孔測(cè)溫方式，使用的設(shè)備為電子數(shù)顯溫度計(jì)（帶探頭）。淺化測(cè)溫是在井下連續(xù)掘進(jìn)的巖巷工作面，利用迎頭的炮眼或臨時(shí)專門(mén)打的測(cè)溫鉆孔（深度一般為2.5 m），及時(shí)將電子溫度計(jì)探頭送到孔底，進(jìn)行封孔，連續(xù)測(cè)溫直至穩(wěn)定值即為該處原始巖溫，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

1.2 作業(yè)面空氣環(huán)境溫度調(diào)查

本次對(duì)作業(yè)面空氣環(huán)境溫度的調(diào)查使用的設(shè)備為便攜式電子數(shù)顯溫度計(jì)，調(diào)查的中段有-827 m中段、-767 m中段、-707 m中段、-647 m中段、-587 m中段、-527 m中段。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2～表7。

表1 紅透山井下原巖溫度測(cè)定表

1.3 作業(yè)面空氣環(huán)境溫度高原因分析

雖然井下礦山產(chǎn)生熱害的原因大多相似，但是每個(gè)礦山產(chǎn)生熱害的主要因素各有側(cè)重。紅透山礦井下產(chǎn)生高溫有其自己的獨(dú)特現(xiàn)象：

（1）因紅透礦為含硫礦床，且開(kāi)采深度高達(dá)1100余米，故深部原巖放熱、空氣自壓縮、礦石氧化放熱的因素都在作業(yè)環(huán)境空氣溫度中有所體現(xiàn)，即深部中段石門(mén)風(fēng)溫較上部中段石門(mén)風(fēng)溫低，礦房溫度較運(yùn)輸巷道溫度低。

表2 -827中段溫度、濕度測(cè)試

表3 -767中段溫度、濕度測(cè)試

表4 -707中段溫度、濕度測(cè)試

表5 -647中段溫度、濕度測(cè)試

表6 -587中段溫度、濕度測(cè)試

表7 -527中段溫度、濕度測(cè)試

（2）紅透山礦井下通風(fēng)系統(tǒng)為地溫冬季預(yù)熱模式，為有色礦山少有。在炎熱季節(jié)其冬季預(yù)熱時(shí)保留在1，2號(hào)38萬(wàn)m2空區(qū)的冷量得以釋放出來(lái)，對(duì)入風(fēng)存在預(yù)冷作用，使得夏季-827 m中段的入風(fēng)溫度也不高，其獨(dú)特的通風(fēng)方式使得中央入風(fēng)井（含混合井、小豎井）的入風(fēng)溫度常年低于回風(fēng)井溫度，入風(fēng)端風(fēng)溫常年低于26℃，自然風(fēng)壓均有利于主扇通風(fēng)，但冬季自然風(fēng)壓較夏季大些。

（3）自-707 m中段往下，礦體向東部側(cè)伏明顯，設(shè)置于 27線的東部通風(fēng)分區(qū)主回風(fēng)井距離東部端部（41線）700多米，自-707 m中段往上，到-467 m中段時(shí)東部通風(fēng)分區(qū)主回風(fēng)井西移至 15線，東部通風(fēng)分區(qū)的主回風(fēng)井布設(shè)位置給通風(fēng)帶來(lái)困難，導(dǎo)致東部分區(qū) 15線以東通風(fēng)不良，從中段作業(yè)面溫度測(cè)定情況來(lái)看，其高溫作業(yè)面主要分布于東部分區(qū)，高溫作業(yè)面區(qū)域也自東往西發(fā)展，與東部回風(fēng)井的設(shè)置，通風(fēng)不良區(qū)域的重合痕跡十分明顯。

（4）深部開(kāi)采區(qū)域礦脈厚度變薄，需要更多的采場(chǎng)來(lái)維持井下出礦量，滿足選廠生產(chǎn)需求，使得井下生產(chǎn)需風(fēng)量大。然而上部回風(fēng)井為塌陷區(qū)所阻，人員難以到達(dá)，無(wú)法對(duì)現(xiàn)有的回風(fēng)井進(jìn)行刷大改造或在原位置重新掘進(jìn)，擴(kuò)大通風(fēng)斷面，提高井下東部通風(fēng)分區(qū)的供風(fēng)量。

綜上所述，紅透山井下作業(yè)面產(chǎn)生高溫的原因有多個(gè)，但最主要的因素是通風(fēng)系統(tǒng)不能滿足現(xiàn)有生產(chǎn)需求。

2 紅透山礦高溫治理技術(shù)

根據(jù)紅透山礦井下作業(yè)面高溫成因及主要因素分析，結(jié)合通風(fēng)系統(tǒng)自身獨(dú)有特點(diǎn)，擬定運(yùn)用區(qū)域可控循環(huán)風(fēng)技術(shù)，增加深部中段作業(yè)面供風(fēng)量，降低深部作業(yè)區(qū)域環(huán)境溫度，具體實(shí)施方式如下：

（1）合理規(guī)劃通風(fēng)分區(qū)，增加?xùn)|部分區(qū)供風(fēng)量。根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)檢測(cè)，東部通風(fēng)分區(qū)系統(tǒng)尚存在潛力可挖，將新購(gòu)500 kW對(duì)旋風(fēng)機(jī)安裝在東部通風(fēng)系統(tǒng)的-467中段，讓東部通風(fēng)系統(tǒng)擔(dān)負(fù)多一點(diǎn)作業(yè)區(qū)域，對(duì)東、西部?jī)蓚€(gè)通風(fēng)系統(tǒng)擔(dān)負(fù)區(qū)域進(jìn)行具體劃分，東部通風(fēng)系統(tǒng)作用區(qū)：-527中段的17線以東23采、24采、14采等采區(qū)；-587中段19線以東的14采～24采等采區(qū)；-647中段20線以東的35采～48采等采區(qū)；-707中段21線以東的23采～38采等采區(qū)；-767中段25線以東12采～25采等采區(qū)；-827中段25線以東4采～14采等采區(qū)，需風(fēng)量約90 m3/s。西部通風(fēng)系統(tǒng)作用區(qū)：-467中段炸藥庫(kù)；-527中段炸藥庫(kù)；-587中段19線以西的1采～14采等采區(qū)，炸藥庫(kù)；-647中段20線以西的1采～35采等采區(qū)，炸藥庫(kù)；-707中段21線以西1采～23采等采區(qū)；-767中段25線以西的1采～12采等采區(qū)，炸藥庫(kù)；-827中段的炸藥庫(kù)；需風(fēng)量約60 m3/s。

（2）利用空區(qū)進(jìn)行降阻通風(fēng)。根據(jù)紅坑口的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，雖然井下采空區(qū)進(jìn)行了充填，但充填后的井下各中段也存在上百條天井、礦石溜井等通達(dá)上部中段，在下部開(kāi)采活動(dòng)的影響下，原來(lái)施工的密閉都存在不同的損壞，這樣存在利用上部空區(qū)（裂隙）回風(fēng)的客觀可能。為了實(shí)施空區(qū)回風(fēng)，首先在-407建立一個(gè)隔離中段（對(duì)空區(qū)采取膠結(jié)充填、隔離、避讓等措施），防止主扇在空區(qū)形成短路風(fēng)流，同時(shí)可以防止自然風(fēng)流對(duì)生產(chǎn)作業(yè)中段的干擾。其次在隔離中段（-407中段）把東部、西部回風(fēng)平巷的密閉打開(kāi)，在-407中段維護(hù)好一條兩個(gè)回風(fēng)系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)道，方便污風(fēng)進(jìn)入空區(qū)及今后對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的檢查測(cè)試?？諈^(qū)降阻通風(fēng)方式形成后，將極大降低-827 m至-407 m中段用風(fēng)端阻力，有利于增加通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量。

（3）加強(qiáng)日常通風(fēng)管理，預(yù)防東部通風(fēng)分區(qū)端部串聯(lián)風(fēng)及局部循環(huán)風(fēng)流。新主扇（DK45-6NO20-500 kW）在-467中段安裝投入運(yùn)行后，新主扇的高負(fù)壓區(qū)作用于-467中段以下東部端部生產(chǎn)用風(fēng)部位，可以通過(guò)紅坑口的日常通風(fēng)管理，對(duì)污風(fēng)串出位置設(shè)置一些通風(fēng)構(gòu)筑物，防止污風(fēng)串聯(lián)；對(duì)下部負(fù)壓作用小還存在串聯(lián)風(fēng)的中段，可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況在上中段回風(fēng)道內(nèi)安裝輔扇，提高存在串聯(lián)風(fēng)中段回風(fēng)道內(nèi)的負(fù)壓，將回風(fēng)拉回到系統(tǒng)風(fēng)道中去。

（4）采用區(qū)域可控循環(huán)風(fēng)技術(shù)增加通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量。區(qū)域可控循環(huán)風(fēng)，就是將污風(fēng)凈化、冷卻后再送回作業(yè)面的一種通風(fēng)技術(shù)。通過(guò)采取定時(shí)爆破管理、向污風(fēng)風(fēng)流噴霧、空區(qū)自凈、慣性降塵等機(jī)理和措施，將部分回風(fēng)中的有毒物質(zhì)降低到標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)后，將這部分回風(fēng)風(fēng)流引入入風(fēng)系統(tǒng)，與地表進(jìn)入的新鮮風(fēng)流混合，送入作業(yè)區(qū)域。根據(jù)對(duì)紅透山礦井下生產(chǎn)系統(tǒng)調(diào)查，-407 m中段以上已經(jīng)停止作業(yè)，-287 m中段的下盤(pán)運(yùn)輸?shù)辣４嫱旰茫邆淞藢?shí)施區(qū)域可控循環(huán)風(fēng)的條件，最后決定在-287 m中段實(shí)施區(qū)域可控循環(huán)風(fēng)工程，具體有噴霧系統(tǒng)安裝，運(yùn)輸巷道清理，遠(yuǎn)程可控風(fēng)門(mén)安設(shè)等。

經(jīng)上述工程實(shí)施完畢后，重新進(jìn)行了井下通風(fēng)系統(tǒng)測(cè)試，結(jié)果較為理想，東部通風(fēng)分區(qū)在單開(kāi)井下-467 m中段主扇的情況下，系統(tǒng)風(fēng)量增加了28 m3/s，井下作業(yè)面溫度降低1℃～2℃。

3 結(jié) 論

經(jīng)過(guò)對(duì)紅透山礦通風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)查測(cè)定，通風(fēng)系統(tǒng)的阻力較高，通風(fēng)阻力過(guò)大的原因是通風(fēng)系統(tǒng)的線路長(zhǎng)、風(fēng)量大，回風(fēng)井巷斷面小，過(guò)大的通風(fēng)阻力導(dǎo)致主扇供風(fēng)量不能滿足生產(chǎn)用風(fēng)，導(dǎo)致部分作業(yè)面空氣環(huán)境溫度高。由于紅透山礦已開(kāi)采 50多年，若依傳統(tǒng)思路，對(duì)原有的老通風(fēng)系統(tǒng)改造非常困難，難以實(shí)施。只能運(yùn)用新思維方式進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化。紅透山井下高溫作業(yè)面經(jīng)治理完畢后，東部通風(fēng)分區(qū)主扇運(yùn)轉(zhuǎn)功率由580 kW降低至500 kW，在總運(yùn)轉(zhuǎn)功率節(jié)約80 kW的基礎(chǔ)上，成功的將井下東部通風(fēng)分區(qū)的風(fēng)量由 51 m3/s提高至 79 m3/s，井下作業(yè)面溫度普遍降低 1℃～2℃，整個(gè)項(xiàng)目的效果較為理想。