深部高溫開(kāi)掘工作面降溫技術(shù)研究與應(yīng)用

郝英杰，王春龍

（山東黃金礦業(yè)科技有限公司深井開(kāi)采實(shí)驗(yàn)室分公司，山東 煙臺(tái) 261442）

某礦區(qū)擁有幾十年的開(kāi)采歷史，作為大型金礦投產(chǎn)后，經(jīng)過(guò)多次擴(kuò)建，生產(chǎn)能力不斷提升，經(jīng)數(shù)據(jù)測(cè)算，自新中國(guó)成立以來(lái)該金礦的擴(kuò)建規(guī)模達(dá)三倍以上。在日常開(kāi)掘過(guò)程中由于開(kāi)掘深度不斷的延伸，開(kāi)掘地溫逐年增高，在炎熱季節(jié)的開(kāi)掘工作面溫度和濕度逐漸增高的過(guò)程中，給開(kāi)掘人員的工作帶來(lái)了極大的影響，嚴(yán)重時(shí)工作面的溫度可達(dá)30℃～35℃以上，而濕度高達(dá)90%～95%以上，這對(duì)于工人的身心健康有極大的影響，必須加以解決和改善。

1 深部高溫開(kāi)掘工作面高溫高濕因素分析

1.1 地溫隨埋深增大而不斷升高

金礦內(nèi)部的地溫梯度平均值為2.95℃/hm，金礦煤層底板在-450m 標(biāo)準(zhǔn)高度進(jìn)入到37℃溫度區(qū)域，經(jīng)過(guò)測(cè)量和平均值的測(cè)算，可以發(fā)現(xiàn)此時(shí)地面深部開(kāi)掘溫度，因?yàn)槁裆畹牟粩嘣龃?，而逐漸呈現(xiàn)出二級(jí)熱害區(qū)的特征[1]。尤其是井田的西北部地區(qū)，最高地面溫度可達(dá)44℃，如果實(shí)現(xiàn)煤層底板綜合測(cè)算可以發(fā)現(xiàn)，井田西部地區(qū)的低溫平均值為42℃到46℃之間。在這樣的高溫值區(qū)間之內(nèi)開(kāi)掘工作，將會(huì)因?yàn)榈販厣盥竦闹饾u增大而面臨著困難。

1.2 通風(fēng)系統(tǒng)存在著一定問(wèn)題

局部通風(fēng)系統(tǒng)的布局不夠合理，或者由于金礦開(kāi)采的時(shí)間較長(zhǎng)，通風(fēng)設(shè)備和通風(fēng)系統(tǒng)的升級(jí)換代速度較慢，配備的整體分量不夠，回風(fēng)系統(tǒng)不夠暢通等因素，都影響著深部開(kāi)掘工作面的降溫情況。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，可以發(fā)現(xiàn)在金礦深部的地溫不斷的增長(zhǎng)，而此時(shí)的通風(fēng)系統(tǒng)有多年的應(yīng)用歷史，雖然定期檢修和維護(hù)，但是整體通風(fēng)量不大[2]。與國(guó)內(nèi)外綜合數(shù)值相比，通風(fēng)量?jī)H為平均值的95%左右，這給工作人員和現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員帶來(lái)了一定的難度，通風(fēng)系統(tǒng)的不夠暢通會(huì)使得金礦深部開(kāi)掘工作面溫度降低、速度變慢。

1.3 設(shè)備功率大，散熱比較多

隨著機(jī)械化升級(jí)改造和地質(zhì)條件的復(fù)雜度不斷提升，設(shè)備的功率變大、散熱也變得更多，工作面設(shè)備配備功率將不斷的增加，這在很大程度上增加了散熱量，使得原本就溫度和濕度較高的工作面地溫工作溫度更加增加，大功率的設(shè)備和通風(fēng)系統(tǒng)的出風(fēng)口溫度過(guò)高，甚至有時(shí)能達(dá)到45℃～48℃以上，這給工作面的開(kāi)采工作也帶來(lái)了很大的難題。隨著目前開(kāi)掘設(shè)備和裝備的不斷升級(jí)，隨著金礦開(kāi)掘巷道的設(shè)計(jì)斷面不斷增加，隨著風(fēng)速的不斷降低，開(kāi)采工作的員工工作舒適度也出現(xiàn)了下降的情況。

2 金礦深部高溫開(kāi)掘工作面降溫的重要性

2.1 維護(hù)員工身心健康的需要

通過(guò)國(guó)內(nèi)外的大量研究文獻(xiàn)調(diào)查顯示，當(dāng)?shù)V井下的作業(yè)溫度空氣平均溫度超過(guò)28℃以上，已經(jīng)對(duì)于員工的身心健康有所影響，而超過(guò)35℃以上，對(duì)于員工的身體健康將會(huì)有非常明顯的危害。為了保證特種作業(yè)工作人員的身心健康，我國(guó)專門出臺(tái)了《礦山安全條例》，其中對(duì)于礦井下的平均溫度做出了明確規(guī)定，井下工作地點(diǎn)的空氣溫度整體不應(yīng)超過(guò)28℃。而如果深度測(cè)量后的機(jī)電設(shè)備超過(guò)30℃，可能會(huì)縮短超地溫地點(diǎn)工作人員的工作時(shí)間，而且也會(huì)造成開(kāi)采人員身體不適的情況[3]。雖然目前大部分金礦在深部高溫開(kāi)掘工作面溫度超標(biāo)時(shí)，會(huì)給予工作人員適當(dāng)?shù)墓ぷ餮a(bǔ)貼，高溫保健待遇以及輪班及縮短工作時(shí)間等一系列的特殊安排，但是有熱害的金礦礦井還是應(yīng)當(dāng)在溫度超過(guò)35℃時(shí)停止作業(yè)、適當(dāng)整改，或采用非機(jī)械式制冷降溫設(shè)備，盡可能達(dá)到環(huán)境溫度的要求，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候使用機(jī)械制冷降溫措施予以輔助，切實(shí)保證開(kāi)采工作人員的身心健康。

2.2 提高礦井開(kāi)采人員勞動(dòng)生產(chǎn)率的需要

大型金礦礦產(chǎn)開(kāi)采地區(qū)需要考慮開(kāi)采利潤(rùn)，但是當(dāng)開(kāi)采工人在高溫礦井作業(yè)時(shí)，人體的熱平衡遭到嚴(yán)重破壞，不僅將會(huì)損害開(kāi)采人員的身體健康，而且還會(huì)對(duì)于對(duì)流、輻射和蒸發(fā)等方式有高溫人體反應(yīng)，這些人體體溫自動(dòng)調(diào)節(jié)及消化系統(tǒng)失衡的情況將會(huì)大大影響高溫環(huán)境下工人的生理和心理健康。為了能夠使得工人的動(dòng)作更加具有準(zhǔn)確性，反應(yīng)速度保持正常，肌肉的工作協(xié)調(diào)能力足以應(yīng)付礦山開(kāi)采的需要，考慮到人體在高溫情況下的神經(jīng)中樞運(yùn)行規(guī)律，降低深部高溫開(kāi)掘工作面的溫度勢(shì)在必行，因?yàn)橹挥羞@樣，才會(huì)避免人在高溫情況下感到神經(jīng)恍惚、精神疲勞、周身無(wú)力、昏昏沉沉，改善工人的工作環(huán)境才使得勞動(dòng)生產(chǎn)率維持正?；虿粩嗵岣?，杜絕安全事故的發(fā)生。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，礦井開(kāi)掘工作面的溫度過(guò)高將會(huì)大大降低勞動(dòng)生產(chǎn)率，當(dāng)溫度區(qū)間在17℃到23℃之時(shí)，開(kāi)采事故發(fā)生頻率最低，而超過(guò)這個(gè)范圍的事故頻率明顯增加，呈現(xiàn)出非常顯著的波動(dòng)數(shù)值規(guī)律。

3 深部高溫開(kāi)掘工作面降溫技術(shù)及方法

3.1 通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化

為了使得開(kāi)掘工作面的溫度降低，可以適當(dāng)?shù)脑黾语L(fēng)量，通過(guò)局部通風(fēng)機(jī)的選型以及適當(dāng)升級(jí)，根據(jù)地溫及生產(chǎn)條件的情況配置大功率的對(duì)旋風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)功率配備為2×45kw×2，這個(gè)配置可以直接將通風(fēng)孔徑的直徑增加至1000mm 當(dāng)工作面有配備風(fēng)機(jī)，可以使風(fēng)速提高到每分鐘600m3～800m3，從而保證回風(fēng)系統(tǒng)的通暢。此時(shí)如果金礦的深部開(kāi)掘掘進(jìn)面回風(fēng)系統(tǒng)正常、通風(fēng)切面合理、局部通風(fēng)機(jī)位置擺放得當(dāng)，那么風(fēng)量足、低溫度、低濕度的巷道將非常適用于通風(fēng)機(jī)的擺放。工作人員可以選擇局部通風(fēng)機(jī)布置合理點(diǎn)位，減少皮帶機(jī)運(yùn)行散熱對(duì)于進(jìn)風(fēng)風(fēng)流溫度的影響，可以把皮帶機(jī)向道作為局部通風(fēng)機(jī)擺放的首選位置。

3.2 優(yōu)化掘進(jìn)技術(shù)

在金礦開(kāi)掘的巷道條件下，開(kāi)采人員可以優(yōu)先采用炮掘工藝。之所以選擇該工藝，是因?yàn)闄C(jī)械化作業(yè)線的散熱因素影響較大，如果能夠基于正常的機(jī)械工藝背景、盡量降低設(shè)備功率，采取通風(fēng)和降低功率同步進(jìn)行的辦法，就可以優(yōu)先采用風(fēng)動(dòng)設(shè)備來(lái)控制人為的巷道溫度[4]。炮掘工藝的作用是短時(shí)間內(nèi)選取合理的散熱點(diǎn)位，可以使得金礦掘進(jìn)工作呈現(xiàn)出階段性的溫度變化，這種波動(dòng)的溫度變化很容易通過(guò)通風(fēng)和散熱設(shè)備予以改善，巷道溫度不會(huì)在持續(xù)的工作中達(dá)到一個(gè)相對(duì)最大值。

3.3 采用機(jī)械制冷系統(tǒng)除溫除濕

為了降低深度高溫工作面的溫度，在優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)和決定工藝的基礎(chǔ)之上，考慮到機(jī)械降溫除濕系統(tǒng)的輔助性作用，比如：在金礦開(kāi)掘地下1000m 左右，開(kāi)掘面的垂直深度達(dá)到1070m，工作面凈斷面達(dá)到25m2，此時(shí)采用炮掘施工工藝并加入注漿支護(hù)，在礦井井筒和井底段的通風(fēng)線路長(zhǎng)達(dá)近2000m。此時(shí)礦井內(nèi)的總體負(fù)壓以局部通風(fēng)機(jī)增加風(fēng)量的方式來(lái)輔助溫度控制。由于巷道的影響，整體風(fēng)速和通風(fēng)線路的長(zhǎng)度受到了限制，通過(guò)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)算并估算出需要機(jī)械制冷設(shè)備除濕除溫的長(zhǎng)度，為了降低工作面的溫度，可以選用礦用制冷降溫系統(tǒng)，持續(xù)進(jìn)行氣溫調(diào)節(jié)。如：ZLF-600 礦用制冷降溫系統(tǒng)就成為比較適用的氣溫調(diào)節(jié)首選設(shè)備。

圖1 礦用降溫設(shè)備示意圖

ZLF-600 礦用制冷設(shè)備主要由制冷機(jī)蒸發(fā)器礦用隔爆型壓入式對(duì)旋軸流局部通風(fēng)器組成，在通風(fēng)機(jī)的作用之下，蒸發(fā)器內(nèi)產(chǎn)生了制冷劑的蒸發(fā)效用，其蒸發(fā)所需要的熱量達(dá)到了冷卻空氣的目的蒸發(fā)的氣體狀態(tài)，制冷劑被吸入到壓縮機(jī)之后，氣態(tài)的制冷劑在高壓作用下被重新液化[5]。ZLF-600 礦用制冷設(shè)備能夠很好的起到降溫作用，將制冷主機(jī)放置在皮帶上方的支架上，采用兩臺(tái)蒸發(fā)器，吊裝使蒸發(fā)器與地面下1000m 左右的回風(fēng)大缸，控制掘進(jìn)工作面溫度，保持供風(fēng)筒連接狀態(tài)冷卻后的風(fēng)流狀態(tài)，通過(guò)風(fēng)筒將降溫后的風(fēng)量送至金礦掘進(jìn)工作面，從而能夠使得并聯(lián)聯(lián)通的風(fēng)筒對(duì)專用換熱器實(shí)行強(qiáng)制對(duì)流通風(fēng)，最終達(dá)到降溫及除濕的良好效果。

4 結(jié)論

綜上所述，在金礦深部高溫開(kāi)掘工作面的工作環(huán)節(jié)內(nèi)，采用合理的通風(fēng)系統(tǒng)配合掘進(jìn)工地，可以完成工作面高溫狀況的良好改善，為了提高工作的安全系數(shù)，使工人的出勤率和工人的身心健康都得以保證，并切實(shí)保證金礦掘進(jìn)的工作效率，應(yīng)有效地采用礦井降溫除濕設(shè)備，緩解礦井的采掘接替難題等。金礦通風(fēng)除濕系統(tǒng)的設(shè)計(jì)打破常規(guī)，并且對(duì)于礦井熱害的預(yù)防給予了技術(shù)上的支持。