礦井降溫技術(shù)現(xiàn)狀及問題探討

曹 龍

（長春黃金設計院有限公司，吉林 長春 130012）

近年來，我國經(jīng)濟發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)價值發(fā)揮著巨大的作用。從工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀來看，中國的工業(yè)發(fā)展對礦產(chǎn)資源的依賴性比較大，所以在目前的發(fā)展中，更多的是重視礦產(chǎn)資源的開采，但是礦井降溫技術(shù)的探索也具有十分重要的意義。

1 礦井降溫技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

從礦井降溫技術(shù)的現(xiàn)狀來看，降溫技術(shù)的進步主要包括三個方面:一是加強技術(shù)的綜合利用。目前礦井的降溫不僅要從增加工作面風速入手，還要考慮機械制冷技術(shù)，這樣才能大大提高降溫效果。在礦山生產(chǎn)中，安全問題一直受到重視，但近年來，礦山安全生產(chǎn)中仍存在一些問題。深井熱害是安全生產(chǎn)中需要解決的重要問題。

近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對金屬礦產(chǎn)生產(chǎn)的需求越來越大，金屬礦山資源的開發(fā)也越來越困難。鑒于礦產(chǎn)資源的開發(fā)條件越來越復雜，礦產(chǎn)資源的開發(fā)技術(shù)和技術(shù)也多樣化，導致各礦山企業(yè)發(fā)展不平衡，因此我國金屬礦山的技術(shù)與環(huán)境問題一直伴隨著存在。因此，在未來幾年，國家應對金屬礦山資源的安全開發(fā)和環(huán)境生態(tài)的發(fā)展進行調(diào)查，明確未來金屬礦山的技術(shù)領(lǐng)域和關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展方向，從而保證國家金屬礦產(chǎn)資源采礦業(yè)的持續(xù)平穩(wěn)發(fā)展。

2 能源利用現(xiàn)狀及節(jié)能潛力

2.1 制冷部分

制冷壓縮機主要有活塞式、螺桿式、離心式、旋渦式等。螺桿式和離心式機組多用于集中降溫過程。由于引進國外技術(shù)和國內(nèi)創(chuàng)新發(fā)展，生產(chǎn)制造技術(shù)相對成熟，可以滿足降溫工藝的要求。能效比一般在3.5～5.0之間，重點是工藝設計和選擇的技術(shù)經(jīng)濟合理性。制冷機組的功耗占系統(tǒng)功率的60%以上。改進了驅(qū)動密封方式，提高了操作管理水平。采用局部補償節(jié)能技術(shù)和變頻技術(shù)對制冷部分進行節(jié)能優(yōu)化。降溫系統(tǒng)的節(jié)能潛力為3%～5%。

2.2 降溫部分

主要包括降溫塔、水泵、管道及附件。該產(chǎn)品的生產(chǎn)制造技術(shù)比較成熟，能夠滿足降溫工藝的要求。重點是直井管道的保溫技術(shù)、處理和安裝費用。豎井管道需要保溫處理，無論是輸送制冷劑還是降溫劑。無論是在現(xiàn)有豎井上鋪設管道，還是在新鉆的管道上鋪設管道，豎井管道的安裝投資都非常高，平均占降溫系統(tǒng)投資的0%左右。一般情況下，施工方為了減少投資，對管道輸送能力進行了最大限度的設計，這對系統(tǒng)效率的實現(xiàn)是非常不利的。電耗約占系統(tǒng)功率的10%，降溫系統(tǒng)的節(jié)能潛力為15%～0%。

2.3 降溫傳動部分

主要是水泵、管路及附件。這部分是施工方、設計者和施工方最容易忽略的，系統(tǒng)被認為是非常簡單的。冷管1000m越少，4000m～5000m越多。如果能像住宅加熱管那樣設計和施工，降溫部分和降溫部分的效率將會提高。保溫工藝處理和安裝費用也存在問題。電耗約占系統(tǒng)功率的0%，降溫系統(tǒng)的節(jié)能潛力為15%～5%。

3 降溫技術(shù)分析

目前礦井的降溫分為機械式(人工)降溫和非機械式(非人工)降溫。非機械降溫主要是通過通風技術(shù)的方法發(fā)展而來的。機械降溫是增加制冷設備，形成降溫系統(tǒng)，服務于礦山高溫熱損傷的處理。所有的機械降溫系統(tǒng)包括四個部分，即降溫部分，降溫傳動部分和分散降溫部分。

降溫部分的效率制約制冷部分的效率，降溫部分的效率制約降溫部分的效率，降溫部分的效率制約降溫部分的效率。降溫部分的效率決定了降溫系統(tǒng)的效果，也就是最終目標的實現(xiàn)。從局部地下技術(shù)到地下集中技術(shù)再到地面集中技術(shù)的降溫過程的發(fā)展過程，大致是在地下條件限制制冷系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)效率的情況下不斷向地面轉(zhuǎn)移的過程。集中降溫技術(shù)(包括地面和地下)既能解決局部熱損傷，又能解決綜合熱損傷，而局部降溫過程只能解決局部熱損傷。礦井的降溫措施有兩種，一種是非機械降溫，另一種是機械降溫。僅靠通風措施解決高溫熱損傷是不夠的，需要采取機械降溫措施。措施如下。

3.1 掘進工作面風冷器

由于掘進工作面的空冷器制冷量大，尺寸較大，移動頻繁，因此掘進工作面的空冷器采用地板移動式，進出風口采用法蘭式連接，以便與風管連接。冷風器及其風機設置在局部風機附近。掘進工作面風冷器設置在每個掘進工作面的局部風機上。由空氣降溫器降溫的空氣從雙風道連接到掘進面。隨著航向的向前移動，只有風道可以直接增大;當正面溫度較高時，空冷器及其風扇也會適當向前移動?？绽淦魉芘c制冷劑水管均用金屬軟管連接。在開挖面選擇局部風機時，應在克服風道阻力的同時增加空冷器阻力，用空冷器風機代替空冷器風機。當航向接近局部風機時，旋流器中的一個電機打開，反之，遠距時兩個電機打開，以適應壓力變化?？諝饨禍仄鞯膬?yōu)點是空氣降溫器是安排在風道出口當?shù)氐那蛎裕瑳]有頻繁的移動與正面運動，只需要增加，空氣管和相應的連接管道也少，對生產(chǎn)影響不大。

3.2 降溫系統(tǒng)的研究

礦山機械采取降溫措施后，應測量冷水、降溫水、制冷劑和空調(diào)系統(tǒng)的參數(shù)。因此，在進行機械降溫后，應分析制冷、傳動、降溫傳遞、散熱等降溫系統(tǒng)各子系統(tǒng)的工作狀態(tài)和效率、降溫損失和能耗。在同一測點上，生產(chǎn)期的氣流熱參數(shù)基本高于維護期的相應參數(shù)。在采礦工作面的生產(chǎn)運行過程中，柴油機械設備運行、粉塵噴霧、水分源與工作面氣流不斷進行熱量、水分交換，使氣流的熱力學參數(shù)明顯增大。不同時期的氣流焓值比較表明，生產(chǎn)活動對工作面的加熱加濕效果明顯。測量時，每個風管長度以10m計算，從84號風管開始，風管出風口距機頭約5m。根據(jù)這一估算，總距離約為1065m。每個測點的坐標距離可以從84號風道原點得到。在高溫礦山中，掘進工作面經(jīng)常暴露在高溫圍巖中，是最嚴重的熱破壞場所之一。但在系統(tǒng)正常運行后，隧道內(nèi)空氣溫度可控制在8℃以下，隧道內(nèi)氣流最大溫差不超過10℃，有效改善了隧道的氣候環(huán)境。根據(jù)風溫預測軟件計算出的采礦工作面冷量需求，分別設計了降溫系統(tǒng)、降溫系統(tǒng)、降溫傳輸裝置和排熱系統(tǒng)，并選擇了制冷機組、降溫管道、空氣降溫器和降溫塔建成。分析了制冷系統(tǒng)的工作狀態(tài)、制冷系數(shù)、制冷效率和降溫損失，如制冷、輸送、降溫傳輸和散熱。對采礦工作面的風溫等風熱參數(shù)進行測量和分析。因此，根據(jù)上述工作，該降溫系統(tǒng)的主要優(yōu)點如下：①制冷機組可布置在不同區(qū)域，盡可能靠近熱負荷中心，降溫損失?。虎谙到y(tǒng)簡單，無高低壓轉(zhuǎn)換設備，且低壓降溫水循環(huán)較少，和系統(tǒng)降溫損失??；③降溫水管(光管)是鋪設在鉆孔，不保溫，施工和安裝方便；④設備在地面降溫房間小，面積??；⑤整個系統(tǒng)有一個小的投資。

4 未來的發(fā)展趨勢

4.1 制冷效果的檢查

在礦山企業(yè)的管理系統(tǒng)中，降溫系統(tǒng)必須主要由一般的國防專業(yè)來控制，機電、安裝、礦山施工、土建、造價等專業(yè)的配合才能完成，否則同樣會被忽略。因為制冷效果是需要對通風參數(shù)實施的，節(jié)能的前提也是達到制冷效果。從通風參數(shù)上談制冷機組的高效、制冷劑和制冷劑，只是“見樹不見林”。

4.2 高溫熱害的管理必須與燃氣、防火等災害的管理一樣嚴格

當?shù)V山嚴重損壞時，就會使用。如果不嚴重，不管是否問，都將擱置一旁。再次使用時，維護成本會更高。將高溫熱損傷的處理作為安全工作中的一項十分重要的任務是十分必要的。進入二次熱損害區(qū)的礦山應納入正常生產(chǎn)程序。當冬季熱損傷不嚴重時，可將冷量和維護設備壓縮調(diào)整，作為一種熱能資源使用。

4.3 降溫部件是未來降溫技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵

礦山的發(fā)展布局是重要的制約因素。不宜增加流量，減少管道直徑。泵揚程增大，降溫設備的紊流狀態(tài)不能得到保證。一般來說，載體送至末端，但降溫量還沒有完全交換為熱風，然后沿著回風管返回。如果降溫設備的流量由閥門控制，管頭會增大，流量會減小，流量也會減小，無法達到降溫能力。

4.4 自主創(chuàng)新能力的提升

總的來說，我國礦山的降溫技術(shù)在許多方面已經(jīng)接近或達到國際先進水平。這種差距主要體現(xiàn)在采礦設備規(guī)模大、自動化程度低、生產(chǎn)效率低、資源損失嚴重等方面。礦山降溫系統(tǒng)基本上是從國外引進的。這是制約我國礦業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題。只有在自主創(chuàng)新的基礎上，加大科技投入，充分利用后發(fā)揮優(yōu)勢，才能解決制約我國礦業(yè)發(fā)展進步的關(guān)鍵問題，實現(xiàn)我國金屬礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4.5 載冷劑純度提高

隨著地下環(huán)境和管理水平的提高，制冷劑一般為水，必須適合機組等設備的運行條件。短期內(nèi)放寬了對載冷劑的要求，降低了運行成本;長期以來，由于制冷劑不規(guī)范導致設備故障，增加了維護成本，降低了效率。成本不會被節(jié)省下來，而且可能會更多。生產(chǎn)一噸工業(yè)用水的成本遠遠低于生產(chǎn)一噸金屬的成本。

4.6 溫度檢測和一定的減摩處理

目前，井下生產(chǎn)大多采用機械化生產(chǎn)方式。由于機械操作的原因，容易產(chǎn)生摩擦或撞擊引起的火花。一旦這些火花遇到氣體，它們將不可避免地產(chǎn)生燃燒或爆炸。因此，機械生產(chǎn)設備需要進行必要的溫度檢測和一定的減摩處理。最后一件事是防止明火的點燃。在地下，因為開火將在點或設備由生產(chǎn)員工，開火是容易引起火災，必須嚴格控制和點火吸煙行為的安全生產(chǎn)，確保使用明火源。

4.7 設置隔爆或防爆裝置

使用防爆裝置或防爆裝置也是避免安全事故擴大化的有效措施。在采礦的實際生產(chǎn)中，也會因一些泄漏而發(fā)生瓦斯爆炸。然而，使用防爆裝置和防爆裝置可以有效地防止爆炸蔓延，或降低爆炸燃燒溫度，從而減小爆炸的影響范圍，控制火災蔓延趨。

4.8 金屬礦山數(shù)字化

數(shù)字化降溫。數(shù)據(jù)化和數(shù)字化建設具有重大的意義和作用。目前，中國正處于礦產(chǎn)品消費的高峰期。礦山企業(yè)必須抓住機遇，利用信息技術(shù)提高礦業(yè)安全控制措施。智能采礦是21世紀金屬礦山提高勞動生產(chǎn)率和競爭力的目標。西方發(fā)達國家從20世紀80年代開始實施地下工作面無人采礦，但目前我國許多礦山甚至無法完成機械化作業(yè)。加快我國自動智能采礦技術(shù)裝備的研究和應用還有很長的路要走。在過去的五年里，鋼鐵礦已經(jīng)取得了很大的進步，我生產(chǎn)的自動化和遠程控制智能操作研究，在學習，引進和采用現(xiàn)代高新技術(shù)的基礎上，同時全面推進數(shù)字礦山建設，以促進金屬礦山數(shù)字化的建設。

5 小結(jié)

中國是一個礦產(chǎn)資源大國。大力發(fā)展礦業(yè)是建材工業(yè)和其他各行業(yè)高速發(fā)展的需要，也是實現(xiàn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科技現(xiàn)代化的需要。在經(jīng)濟發(fā)展的過程中，對礦產(chǎn)原料的需求和依賴不斷增加，開采深度逐漸增加。與此同時，采礦條件越來越復雜，采礦成本也在不斷增加，構(gòu)成了影響國家工業(yè)化和現(xiàn)代化的根本制約因素。目前。在開采過程中，一些不安全因素會導致生產(chǎn)效率的降低，從而使開采周期變長，進而影響工業(yè)生產(chǎn)。在目前的形勢下，礦山熱害是對礦產(chǎn)資源生產(chǎn)的最嚴重威脅，因此在目前的礦山利用中，積極開展礦井降溫技術(shù)的改進十分有必要。