辰州矿业沃溪坑口井下排热降温的探索与思考

赵雄飞

(湖南辰州矿业股份有限公司, 湖南沅陵县 419607)

辰州矿业沃溪坑口井下排热降温的探索与思考

赵雄飞

(湖南辰州矿业股份有限公司, 湖南沅陵县 419607)

对沃溪坑口井下地热产生及其危害进行了分析。根据国内外高温矿井热害治理经验和新的通风理念、矿山现有情况,提出利用风、水排热的构想和综合治理方案,对沃溪矿区排热降温系统的建设提出了建议。

深井开采;地热;排热降温;沃溪坑口

0 前 言

辰州矿业沃溪坑口井下开采已有近百年的历史,2010年预计第3期工程开拓到42平,“十二·五”期间第4期工程计划向更深的52平开拓。矿体开采斜深超过3000m,垂直深度超过1000m,沃溪坑口已进入深井开采。深部区域原岩温度高(52中段-1010m,原岩温度预计为47.8℃),作业环境恶劣,地热、高温问题已成为制约沃溪坑口下一步开拓、探采、发展的瓶颈。

1 沃溪坑口井下地热现状

一个区域的地热增温率与当地地质年代和岩浆活动时间有关,正常情况下地热增温率为3℃/100 m。经测定沃溪矿区为1℃/39.5m,空气在向井下流动过程中每下降100m空气温度上升1℃。

2 深井排热降温方法

降温是将井下高温作业区域过多的热量人为转移至低温区或地表,但热是一种能量没有固定的形态,只能依附于媒质。目前国内、外矿山井下采用风或水作为降温媒质,所有的降温方法和措施都是围绕着风和水展开。

利用风的方法是将低温风流送至井下作业区,吸热升温后排至低温区或地表,低温风流可以是人为的也可是自然的;利用水的方法是将低温的水或冰用管路或容器输至井下,吸热升温后排至低温区或地表,冰、冷水可以是人为的也可以是自然的。风、水降温方法可单独、并列、交叉使用。如将冰或冷水送至井下某一点,将井下风流冷却,再将冷风流输至深部作业点;或将人工或自然制造的冷风、冷水、冰直接送到深部作业点。

2.1 排热降温基础工作

(1)建立健全井下温度测控体系,将所得资料进行线性回归分析、存档保存,查明环境温度与进出风焓、流量、流速、流经时间的关系。

(2)寻找适合我矿区地热计算方法,为与排热降温相关的各系统设计提供理论依据。

我公司在2006年曾对沃坑井下热量作过系统的计算,计算结果预计达到42平后,井下放热量为4738kJ/s。

2.2 排热降温措施

(1)通风排热。通风可为井下作业人员提供新鲜空气,排除粉尘,排走有毒有害气体,排热降温。深部通风在深井排热降温中扮演着极为重要的角色,排热降温效果可真实的反映通风系统的优劣。优化通风系统、改善通风效果是降温工作的重点。

(2)作业面压风降温。压风通风有两个作用,一是提供新鲜空气,二是压风膨胀吸热降温。在井下极端作业环境之中,压风通风是一种有效的通风方法。

判断心肌缺血程度的常用手段之一即心肌酶学检查，心肌酶LDH和CK正常情况下存在于心肌细胞的胞浆中，当MI/RI发生时，心肌受损导致细胞膜的通透性升高，LDH和CK溢出胞外进入血清，因而血清LDH和CK活力能够从侧面反映出心肌细胞的坏死程度［9］。本研究结果发现，模型组MI/RI动物血清中LDH、CK活力明显上升，提示MI/RI发生时的心肌细胞处于较严重的受损状态；丹酚酸B预处理给药可明显降低血清LDH活力和CK活力，提示丹酚酸B保护MI/RI受损的心肌组织可能与改善心肌细胞膜的稳定性有关，这与宋延平等［10］的报道结果类似。

(3)供、排水排热。供水是将低温水由井上向井下放(流);排水是将高温水从井下往井上排。水的比热高,利用供、排水的温差能大量排除深部地热,从而达到排热降温的目的。水的比热高,而下放(流)与抽排方便,来源广,清洁,环保,在矿井排热降温中承担非常重要的任务,是不可或缺的媒质。

(4)制冷排热。从经验上看,原岩温度低于42℃的矿山降温方案可考虑用单一通风(主要是通风成本)办法,而沃溪坑口井下在42平以下原岩温度已超过此极限,单一通风排热降温满足不了生产要求,必须建立矿井制冷系统。制冷站有地面和井下两种。制冷站建立在地表管路长,冷(热)量沿程损失大,而建在井下又必须通过其他系统(通风、排水)将其集中的热量排出地表,具体采用何种方案均因条件而定。

(5)其他降温方法与热源控制。井下作业环境中的人体、机械、电器、矿石氧化等均可放出热量,如果处理不当会加剧深部热害,具体的控制方法有:通过喷浆隔离的办法控制矿石氧化;电器及大型的机电设备尽可能的安装在上部中段或让经过该区域的风流直接进入风井;照明改用节能灯。

(6)冬季降温。冬季将地表的冷风、水、冰直接流(放、运)入井下,以最小代价达到降温的目的。

3 通风系统优化与改造

3.1 通风系统优化方案

(1)增大排风能力。沃坑通风系统改造首先要着重于解决排风量小这一瓶颈问题,此问题如不能解决,则沃坑的通风降温效果不可能有根本好转。在改扩建通风系统的同时,必须兼顾考虑将来井下制冷系统的配套建设。

(2)风流内循环。现流行的通风系统受控循环理论,即在不扩大系统排风能力的情况下,增大用风区的风速、风量,在污风排至非用风区时有控制的放出部分污风,放出的污风经过净化或与新鲜风源汇合后达到新鲜风源的风质标准,即可进入下部区域。其方法和理念可指导沃坑通风系统优化改造,但如何操作,深部污风放出多少、从哪个区域放出需理论计算和实践的检验,如果处理不当,极易造成井下污风串联和地热循环污染。

(3)增大进、出风焓差。采取措施降低进风焓值、增大出风焓值,最大限度的利用经过深部的风流排热降温,降焓的方法有:降低空气温度;除湿(除去空气中的水蒸气含量)。

3.2 系统改造工程

(1)检查、清理东部风井,复核、改造26平风机。

(2)从排热降温的角度上宏观分析和利用西部风井工程,具体可从两个方面考虑:西部下延至32平,及下延方案;利用西部风井后,其主风机通风方式是抽还是压。

(3)增大排风能力,可考虑的方案有:扩刷东部风井,或利用东部风井附近的原废弃的天井,以扩大东部风井的有效断面;26平以下新建V3风井,26平以上平行东部风井上掘1条风井,改造26平风机;下掘竖风井至42平。

(4)因通风系统和今后新改造的系统不可能兼顾8#矿体,对8#矿体的采区须建立独立的分区通风系统。

(5)尽快启动16平V3w的残矿回收方案,通过V3w的修窿修通与16平竖井石门的另1条人行通风通道,扩大16平竖井进风路线。管理、控制、利用0～16平以上区域的自然风流,降低进入深部区域的风源温度。

4 供、排水系统改进

4.1 供、排水系统改进方案

(1)降低供水系统的供水温度,工业与防尘用水兼用于降温。

(2)对上排的深部高温水采取隔热措施,以免高温水的热量传递到新鲜风流中,防止热循环污染。

(3)下放(流)水要有设计规划,严格控制,防止能源损失。

4.2 改进工程

(1)沃坑下流至12平、16平的低温水经管路下放至32平吸热升温后,经东部风井回流至20平或16平。

(2)设计一个系统,冬季将地表的低温水、冰、雪引流(输送)至井下吸热升温后上排。

(3)对从深部向上排水的排水管加隔热设施,平巷自流须走暗沟流入32平水仓,排至32平水仓的高温水及时上排。

(4)32平空压机房供水管路改走3#副井下放(流),经机房后的高温水必须上排至20平以上。

深部排热降温是一个庞大的系统工程,需要公司成立专业科题组长期进行研究;需要与科研院所、国内外同类矿山进行技术合作与交流。目前沃坑作为辰州大本营是公司对外扩张的技术、人力、财力的支柱,为稳定现有生产能力及其今后的长足发展,地热害的防治应引起高度重视。

[1]《采矿手册》编辑委员会.采矿设手册[M].北京:冶金工业出版社,2005.

[2]王英敏,等.矿井通风与安全[M].北京:冶金工业出版社,1978.

[3]长春黄金研究院,湘西金矿.沃溪矿区深井通风系统优化降温与研究[R].怀化:湖南辰州矿业股份有限公司,2000.

[4]瓦斯通风防灭火安全研究所.矿井降温技术的50年历程[J].煤矿安全,2003,34(S1):28～32.

2010-05-27)

赵雄飞(1973-),男,湖南邵东人,工程师,从事采矿技术工作,Email:zxf01211@163.com。