冬瓜山铜矿矿井通风降温技术方案优化研究

姚道春

（铜陵有色金属集团股份有限公司冬瓜山铜矿， 安徽铜陵市 244000）

冬瓜山铜矿矿井通风降温技术方案优化研究

姚道春

（铜陵有色金属集团股份有限公司冬瓜山铜矿， 安徽铜陵市 244000）

结合冬瓜山铜矿深井开采的情况，阐述了深井开采通风技术的特点，简要地介绍了深井开采通风方法。根据冬瓜山矿床的矿石含硫量高、矿床埋藏深、开采过程中面临热害等特点，对深井开采通风系统的选择、风速风量的确定、制冷系统的设置、自然风压能的利用、工作面的通风和防尘等进行了优化，取得了较好的效果。

高温深井矿山；通风降温；通风优化；冬瓜山铜矿

1 工程概况

冬瓜山铜矿作为铜陵有色金属集团股份有限公司的最大生产矿山，是国内率先迈入深部开采的金属矿山。冬瓜山铜矿的采深接近千米，矿石平均含硫16.7%，矿床所处岩层的原岩温度达30～39.8℃。矿区恒温带深度20±5m，恒温带温度17.5℃，平均地温梯度2.2℃／100m。矿区属亚热带湿润季风气候，年平均气温16.2℃，夏季最高月平均气温27.4℃，主风向为东风。冬瓜山铜矿床赋存于狮子山铜矿带深部，是长江中下游已探明的大型铜、硫矿床。矿山设计生产规模1.2万t／d。矿体赋存标高为－680～－1000m，倾角为缓倾角，矿体平均厚度约32m。在基建期间测得深度1000～1050m井巷地温为38.92℃，790m石门工作面气温达31～34℃。因此冬瓜山铜矿的通风系统设计除了满足向井下输送新鲜的风流、排除炮烟和粉尘外，还必须有效地带出井下热源释放的热量。在矿山设计时曾提出选择合理的通风系统、加大工作面的风速与风量的措施，并利用整体通风降温技术。

冬瓜山铜井下包括上部老区矿段与深部冬瓜山矿段两部分，冬瓜山矿段开拓系统包括冬主井（Φ5.6m）、冬副井（Φ6.5m）、专用进风井（Φ6.9 m）、冬辅助井（Φ4.5m）、大团山副井（Φ5.6m）及冬瓜山专用回风井（Φ7.4m）共6条竖井以及主斜坡道（－670～－875m）和－875m主运输水平的环形运输巷，采区包括－670，－730，－790，－850m中段和－875m运输水平，各中段之间通过斜坡道联络。设计生产能力330万t／a，2009年安排采矿233.4万t，出矿233.84万t，日产7310t。采矿方法为阶段空场嗣后充填采矿法。目前回采作业主要集中在－730m和－790m中段。

2 冬瓜山矿段通风系统

冬瓜山矿段采用多级机站方式的侧翼对角式通风系统，新鲜风流主要由专用进风井和冬瓜山副井进入，回风井回风，同时主井和辅助井也负担部分进风。

冬瓜山矿段进风机站为－670m两台K40－6－№17风机，－730m两台K40－6－№16风机，－790，－850m和－875m均为两台K40－6－№18风机，回风机站设置在－790，－850m回风巷，选用同型号风机K45－6－№19，在回风巷中均两两串并联。2008年夏季通风系统测定，冬瓜山矿段回风量501m3／s，专用进风井进风373m3／s，冬副井、团山副井进风80m3／s，主井进风27m3／s，冬辅助井进风25m3／s。

3 通风系统存在的问题

冬瓜山采区专用进风井部分风源以前由老区上部采空区、废旧巷道及＋50m预冷坑道进入，夏天高温季节起到一定的预冷作用，加上前几年冬瓜山矿段的生产规模比现在小，夏季矿井高温问题还不严重。2008年由于上部－40，－80m等巷道作为充填排放点，充填排放水中的H2S气体严重影响了冬瓜山采区进风的风质，因此在2008年封闭了上部采空区与冬瓜山专用进风井相连的巷道。

现在冬瓜山采区的进风主要从地表通过专用进风井直接进入井下，在2008年夏季高温季节，井口地表平均气温超过30℃，直接造成冬瓜山采区主要进风通道专用进风井风温偏高，加上冬瓜山采区属于超深矿井，随着开采深度和强度的不断增加，岩石本身温度就高，以及大量的无轨设备、矿石氧化散热、爆破散热和作业人员散热等因素影响，井下工作环境处于高温高湿状态，有的采掘工作面环境温度甚至超过了35℃，严重影响了工人的身体健康与工作效率，给矿山的安全生产和日常管理带来极大的威胁，冬瓜山铜矿夏季矿井高温热害已经成为一个不容忽视且亟需解决的问题。

4 矿井降温方案

目前国内外比较常用的几种高温矿井降温方法是：加强通风、冷水喷雾、隔离热源、人工制冷。根据相关资料，排除特殊高温矿井外，加强通风在1700～2300m深度有最大经济效益。根据国内外深井开采通风经验，通风降温一般在原岩温度小于45℃时比较有效。根据国内外矿山生产实践经验，并结合冬瓜山矿特殊的通风环境（冬瓜山铜矿体埋藏在狮子山铜矿体的下部，而且狮矿已基本开采完毕），在夏季高温季节充分利用上部的废旧巷道、进行空区预冷进风。预冷风流进入专用进风井后，降低了专用进风井风温，风量增大，也使单位风量吸收的热量减少，单位风量的温升有所下降。因此确定冬瓜山铜矿矿井的通风降温采用加强通风为主、局部制冷降温为辅的方案。

选择利用＋50m预冷巷道，老鸦岭－160m以上空区和－80，－160m巷道预冷风流后进入专用进风井，在＋50，－80m和－160m预冷巷道内安装合适风机，风流经过＋50，－80m和－160m预冷巷道预冷后进入专用进风井。该方案分为两种情况计算，第一种是不调整进风机站频率，第二种是调整进、回风机站频率。利用＋50m预冷巷道，老鸦岭－160m以上空区和－80，－160m巷道预冷风流后进入专用进风井，在＋50，－80，－160m预冷巷道内增加风机。

4.1 调整进风机站频率

根据巷道断面，按照经济风速8m／s计算，＋50 m预冷风量为100m3／s，－80m预冷风量为44 m3／s，－160m预冷风量为44m3／s，专用进风井井口进风量为212m3／s，专用进风井总进风量为400 m3／s。

预冷巷道阻力计算：H＋50预＝1.156×242＋0.082×1002＋0.01676×1002＝1653Pa；H－80预＝0.6981×442＝1351Pa；H－160预＝0.6820×442＝1320Pa。

根据风压及风量，需在＋50m预冷主巷增加2台K45－4－13号风机，安装叶片角40°；在－80m增加1台K45－4－13号风机，安装叶片角40°；在－160m增加1台K45－4－13号风机，安装叶片角40°。

－80m和－160m巷道预冷风流从老鸦岭上部空区或措施井进入，在夏季高温季节，到达－80 m或－160m巷道，经过上部空区或措施井预冷，平均温度不会超过30℃。岩壁温度按照实测t－80测＝17.5℃，t－160测＝21℃。对地表平均气温为28℃和35℃两种状态时，计算专用进风井的风温。

（1）地表平均气温t1＝28℃时，t14＝19.00℃，t54＝25.15℃，t46＝23.67℃，t6＝21.77℃，则：

＋50，－80，－160m预冷风量分别为100，44，44m3／s，专用进风井井口进风212m3／s，风流经过＋50，－80，－160m预冷巷道气温分别为21.77℃，17.8℃，21.2℃，最后预冷风流与专用进风井风流混合后为24.5℃，降低3.5℃。

（2）地表平均气温t1＝35℃时，t14＝19.004℃，t54＝29.92℃，t46＝27.3℃，t6＝23.93℃，则：

＋50，－80，－160m预冷风量分别为100，44，44m3／s，专用进风井井口进风212m3／s，风流经过＋50，－80，－160m预冷巷道气温分别为23.93℃，17.87℃，21.29℃，最后预冷风流与专用进风井风流混合后为28.8℃，降低6.2℃。

4.2 调整进、回风机站频率

＋50，－80，－160m预冷巷道内增加风机，同时略微增加总回风机站频率，使总回风量增加到550m3／s，进风机站频率减小到38Hz，使专用进风井总进风量减少到320m3／s，增加团山和冬瓜山副井进风量，两副井共进风160m3／s，冬辅助井和主井共进风70m3／s。通过进风机站风压调整，能够解决团山副井和冬副井深部反风问题。

岩壁温度实测t－80测＝17.5℃，t－160测＝21℃。按照这种进风情况，分别对地表平均气温为28℃和35℃时，计算专用进风井的风温。

（1）地表平均气温t1＝28℃时，t14＝19.002℃，t54＝25.15℃，t46＝23.67℃，t6＝21.77℃，则：

＋50，－80，－160m预冷风量分别为44，44，132m3／s。风流经过＋50，－80，－160m预冷巷道气温分别为21.77℃，17.8℃，21.2℃，最后预冷风流与专用进风井风流混合后为23.7℃，降低4.3℃。

（2）地表平均气温t1＝35℃时，t14＝19.004℃，t54＝29.92℃，t46＝27.3℃，t6＝23.93℃，则：

＋50，－80，－160m预冷风量分别为100，44，44m3／s，专用进风井井口进风132m3／s。风流经过＋50，－80，－160m预冷巷道气温分别为23.93℃，17.87℃，21.29℃，最后预冷风流与专用进风井风流混合后为27.29℃，降低7.71℃。

各方案的降温效果比较见表1。

表1 各方案降温效果比较

5 结 论

在不调整进风机站频率的情况下，增加能耗300kW，可基本解决专用进风井夏季高温问题，对现有通风系统没有影响；调整进回风机站的情况下，增加能耗300kW，可解决专用进风井高温问题，同时解决团山副井、冬瓜山副井、冬瓜山进风机站风压平衡问题。结合冬瓜山矿工程实际和生产需要，选用不调整进、回风机站频率的方案。在不影响现有通风系统的情况下，增加预冷进风风量，即利用＋50 m预冷巷道、－80m巷道、－160m巷道预冷进风流后进入进风井。根据风机风量、风压、井巷规格并考虑运输方便，在＋50m预冷主巷内安装2台K45－4－13号风机，在－80，－160m巷道内分别各安装1台K45－4－13，K45－4－13号风机。

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2012－01－04）

姚道春（1969－），男，安徽来安人，工程师，从事采矿工程研究与管理工作，Email：skwlh9204＠163.com。