芻議深井高溫金屬礦開采降溫方案的選擇

聶進(jìn)學(xué)

【摘要】隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國礦產(chǎn)資源被大幅度開采，礦井的類型也隨之越來越多。最有效解決礦石供給緊張的問題就是通過深井開采，然而，開采的礦山越深礦井熱害問題就越嚴(yán)重，威脅著井下工人的安全與健康，因此，礦井的熱害問題急需得到重視，并提出相應(yīng)的降溫方案，以便治理深井下的熱害危害。

【關(guān)鍵詞】深井；高溫金屬礦開采；降溫方案

社會(huì)進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)發(fā)展都離不開礦井資源方面的物質(zhì)基礎(chǔ)。淺部礦產(chǎn)資源隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展已逐漸消耗殆盡，因此，以后最主要的開采對象就是對深井礦產(chǎn)的開采。深井開采一般為地表以下800米到1000米之間。然而許多國家包括我國在內(nèi)，對深井的開采以達(dá)到地表1000米以下，甚至有的國家將開采深度延伸至地表3000米以下。采礦作業(yè)由于開采的深度加深，其面臨的作業(yè)環(huán)境就越嚴(yán)峻，然而，目前最有效解決礦產(chǎn)資源缺乏的方式就是深井開采，因此深井開采技術(shù)與深井熱害問題備受關(guān)注。

1.對深井高溫金屬礦開采的研究

所謂熱害，是指地下開采礦山所面臨的惡劣的熱環(huán)境。我國對井下作業(yè)地點(diǎn)的溫度有其相關(guān)條例的規(guī)定溫度須在26度以下，若超過30度必須停止作業(yè)。自20世紀(jì)80年代開始深井熱害的問題日益嚴(yán)峻。南非的深井開采技術(shù)一直處于世界先進(jìn)行列，且其也是研究深井熱害最早的國家。而我國相比于其他國家對熱害問題的研究較晚一些。從總體上看，對礦井礦井熱害的控制各國都取得了一定的成效。根據(jù)實(shí)踐證明深井作業(yè)點(diǎn)的氣溫與工傷的發(fā)生率存在直接的聯(lián)系，過高的深井氣溫，工傷發(fā)生率越高，反之則越低。由此可見，熱害嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的效率，威脅了工人的健康。

2.深井高溫的成因

深井高溫的成因主要分為三類，一種是受周圍氣溫的影響：圍巖散熱、井下高溫水散熱和地表大氣；一種是受深井作業(yè)機(jī)器的影響：機(jī)電設(shè)備放熱、內(nèi)燃機(jī)廢氣放熱；最后一種是人為因素：人體散熱、爆破產(chǎn)熱，除此以外，還有深井空氣自壓縮產(chǎn)熱導(dǎo)致的高溫。其中，導(dǎo)致熱害產(chǎn)生比重最高的要屬圍巖散熱，其散熱量將近占整體熱量產(chǎn)生的百分之五十左右。圍巖散熱主要是通過裂隙水借助于對流或自巖體深部熱傳導(dǎo)將熱量傳給井巷，使深井氣溫升高。導(dǎo)致深井熱害的另一個(gè)主要因素就是空氣自壓縮產(chǎn)熱，其散熱量占深井總熱量的百分之二十左右，其是由地面壓氣站把空氣加壓，經(jīng)過井筒傳遞到每個(gè)用風(fēng)的地點(diǎn)，這個(gè)過程受重力勢能的影響，將空氣轉(zhuǎn)化成了熱能。機(jī)電設(shè)備放熱也是產(chǎn)生熱害的因素之一，深井中大中型機(jī)械隨著采礦技術(shù)的不斷提升其接受的電能設(shè)備也不斷的增多，設(shè)備產(chǎn)生的熱量主要是由于線路只有部分有用功，剩下的全部被轉(zhuǎn)化為熱能散發(fā)到深井之中。除此以外，剩下其他的熱量產(chǎn)生的因素僅占整體深井高溫的極少部分。

3.深井高溫金屬礦開采降溫的方案

3.1通風(fēng)降溫

降低空氣的熱含量可以通過增加風(fēng)量的方法，其降溫的方式十分的有效。經(jīng)一日本學(xué)者研究實(shí)驗(yàn)證實(shí)了通風(fēng)降溫的有效性，如果通風(fēng)量增大，可以促進(jìn)氣流的溫度在很大程度上下降，并且在通風(fēng)量大到一定量時(shí)溫度呈極速下降的趨勢，若在此程度上再增加風(fēng)量，那么氣流溫度的下降速度便會(huì)逐漸緩慢，通風(fēng)量是井巷的0.56倍到0.84倍之間是最為經(jīng)濟(jì)的?？偠灾黾语L(fēng)量降低深井溫度在礦井熱害不嚴(yán)重的條件下是最有效的。通過減少風(fēng)阻、增加扇風(fēng)機(jī)的功率、減少漏風(fēng)、加強(qiáng)通風(fēng)管理、合理輔助風(fēng)路和分風(fēng)通風(fēng)法等措施，可以有效加大深井的通風(fēng)量，使通風(fēng)系統(tǒng)得到改善。雖然風(fēng)量的增加可以有效的降溫，但增加的風(fēng)量是受風(fēng)速的規(guī)定和降溫成本所限制的。

3.2深井工人個(gè)體防護(hù)

深井工人身著冷卻服是個(gè)體防護(hù)的主要措施。適用范圍廣是冷卻服最為顯著的特征，深井中操作各種設(shè)備的人員或是中央制冷空調(diào)未被采用時(shí)游動(dòng)于深井中的工作人員和生產(chǎn)管理者都可使用。尤其是冷卻服的成本較其他制冷辦法都低，所以各國都開展研制冷卻服。冷卻服的介質(zhì)方面可分為干冰、冷水、壓縮空氣，其重量多數(shù)為十斤多，最重的重達(dá)三十多斤，冷卻維持的時(shí)間為1-6小時(shí)，其中效果最好、質(zhì)量最可靠的要屬冰介質(zhì)冷卻服，但維持冷卻時(shí)間僅有2小時(shí)。個(gè)體防護(hù)的降溫措施最適用于不能采取集中降溫和分散的深井高溫作業(yè)地。

3.3應(yīng)用地溫預(yù)冷技術(shù)

利用地溫預(yù)冷井下風(fēng)流的新模式是由東北大學(xué)對深井高溫開采所提出的，由湘西金礦和長春黃金研究所合作改造通風(fēng)系統(tǒng)中嘗試的。湘西金礦深井作業(yè)點(diǎn)巖層溫度的測定，且井下溫度高達(dá)32攝氏度以上，進(jìn)行恒溫層處大量廢氣坑道入風(fēng)風(fēng)流預(yù)冷降溫。經(jīng)實(shí)際測量表明，由入風(fēng)井直接進(jìn)入深井的入風(fēng)流的溫度比地溫巖層預(yù)冷的入風(fēng)流溫度高3至5攝氏度。地溫預(yù)冷技術(shù)與局部濕式循環(huán)降溫和增加通風(fēng)的措施相互配合，能夠很好的解決深井高溫的問題，同時(shí)，其技術(shù)的發(fā)展對深井降溫具有重要的影響。

3.4減少熱量的來源

首先，提高設(shè)備效率并安裝位置合理是減少機(jī)電設(shè)備排熱的重要手段；其次，避免圍巖放熱，可以通過涂敷絕熱材料與圍巖之上，其作用最大時(shí)便是巖溫較高時(shí)，但其功效在一段時(shí)間以后便會(huì)消失；再次，也可在巷道壁面上涂敷隔熱材料，以便減少原巖放熱量的實(shí)現(xiàn)；最后，疏于地下水源要提前，將疏干的熱水經(jīng)過隔熱的蓋板引入水倉，再由隔熱管道排到地面上，以實(shí)現(xiàn)深井熱水產(chǎn)生的熱蒸汽與熱量的減少。減少熱源的方案可被絕大多數(shù)的深井采用。

3.5人工制冷降溫

事實(shí)證明，減少熱源與增強(qiáng)通風(fēng)并不能完全解除熱害的問題，采用人工制冷也是一種有效的方法。首先，冷卻局部的風(fēng)流，其方法有：冰塊、壓氣引射器、局部制冷等。操作步驟主要為，先使用空調(diào)機(jī)冷卻水，將冷卻水通過管路供給冷凝器，用局扇經(jīng)雙層隔熱風(fēng)簡把冷卻的空氣送達(dá)作業(yè)點(diǎn)，其可達(dá)到降溫4攝氏度左右的效果。其次，深井中的集中降溫，其項(xiàng)目耗資大且耗動(dòng)力強(qiáng)，所以集中制冷是采用其他降溫方案都沒有效果不得已而為之的一種方案，而且對于集中制冷的方案目前還尚未有一套行之有效的良好的方式。

總結(jié)

綜合上述，金屬礦是社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，金屬礦開采的深度日益加深且深井熱害問題越來越嚴(yán)峻，因此，迫切需要一種可以有效的降溫的良好方案，以保障金屬礦的順利開采和工作人員的安全工作環(huán)境。深井開采所使用的方案，應(yīng)以其實(shí)際為出發(fā)點(diǎn)，選擇一項(xiàng)或聯(lián)合幾項(xiàng)的降溫方案。所以，深井高溫金屬礦開采降溫方案的探索具有其重要的意義。

參考文獻(xiàn)

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