刍议深井高温金属矿开采降温方案的选择

聂进学

【摘要】随着经济的发展，我国矿产资源被大幅度开采，矿井的类型也随之越来越多。最有效解决矿石供给紧张的问题就是通过深井开采，然而，开采的矿山越深矿井热害问题就越严重，威胁着井下工人的安全与健康，因此，矿井的热害问题急需得到重视，并提出相应的降温方案，以便治理深井下的热害危害。

【关键词】深井；高温金属矿开采；降温方案

社会进步与经济发展都离不开矿井资源方面的物质基础。浅部矿产资源随着经济的快速发展已逐渐消耗殆尽，因此，以后最主要的开采对象就是对深井矿产的开采。深井开采一般为地表以下800米到1000米之间。然而许多国家包括我国在内，对深井的开采以达到地表1000米以下，甚至有的国家将开采深度延伸至地表3000米以下。采矿作业由于开采的深度加深，其面临的作业环境就越严峻，然而，目前最有效解决矿产资源缺乏的方式就是深井开采，因此深井开采技术与深井热害问题备受关注。

1.对深井高温金属矿开采的研究

所谓热害，是指地下开采矿山所面临的恶劣的热环境。我国对井下作业地点的温度有其相关条例的规定温度须在26度以下，若超过30度必须停止作业。自20世纪80年代开始深井热害的问题日益严峻。南非的深井开采技术一直处于世界先进行列，且其也是研究深井热害最早的國家。而我国相比于其他国家对热害问题的研究较晚一些。从总体上看，对矿井矿井热害的控制各国都取得了一定的成效。根据实践证明深井作业点的气温与工伤的发生率存在直接的联系，过高的深井气温，工伤发生率越高，反之则越低。由此可见，热害严重影响了生产的效率，威胁了工人的健康。

2.深井高温的成因

深井高温的成因主要分为三类，一种是受周围气温的影响：围岩散热、井下高温水散热和地表大气；一种是受深井作业机器的影响：机电设备放热、内燃机废气放热；最后一种是人为因素：人体散热、爆破产热，除此以外，还有深井空气自压缩产热导致的高温。其中，导致热害产生比重最高的要属围岩散热，其散热量将近占整体热量产生的百分之五十左右。围岩散热主要是通过裂隙水借助于对流或自岩体深部热传导将热量传给井巷，使深井气温升高。导致深井热害的另一个主要因素就是空气自压缩产热，其散热量占深井总热量的百分之二十左右，其是由地面压气站把空气加压，经过井筒传递到每个用风的地点，这个过程受重力势能的影响，将空气转化成了热能。机电设备放热也是产生热害的因素之一，深井中大中型机械随着采矿技术的不断提升其接受的电能设备也不断的增多，设备产生的热量主要是由于线路只有部分有用功，剩下的全部被转化为热能散发到深井之中。除此以外，剩下其他的热量产生的因素仅占整体深井高温的极少部分。

3.深井高温金属矿开采降温的方案

3.1通风降温

降低空气的热含量可以通过增加风量的方法，其降温的方式十分的有效。经一日本学者研究实验证实了通风降温的有效性，如果通风量增大，可以促进气流的温度在很大程度上下降，并且在通风量大到一定量时温度呈极速下降的趋势，若在此程度上再增加风量，那么气流温度的下降速度便会逐渐缓慢，通风量是井巷的0.56倍到0.84倍之间是最为经济的。总而言之，增加风量降低深井温度在矿井热害不严重的条件下是最有效的。通过减少风阻、增加扇风机的功率、减少漏风、加强通风管理、合理辅助风路和分风通风法等措施，可以有效加大深井的通风量，使通风系统得到改善。虽然风量的增加可以有效的降温，但增加的风量是受风速的规定和降温成本所限制的。

3.2深井工人个体防护

深井工人身着冷却服是个体防护的主要措施。适用范围广是冷却服最为显著的特征，深井中操作各种设备的人员或是中央制冷空调未被采用时游动于深井中的工作人员和生产管理者都可使用。尤其是冷却服的成本较其他制冷办法都低，所以各国都开展研制冷却服。冷却服的介质方面可分为干冰、冷水、压缩空气，其重量多数为十斤多，最重的重达三十多斤，冷却维持的时间为1-6小时，其中效果最好、质量最可靠的要属冰介质冷却服，但维持冷却时间仅有2小时。个体防护的降温措施最适用于不能采取集中降温和分散的深井高温作业地。

3.3应用地温预冷技术

利用地温预冷井下风流的新模式是由东北大学对深井高温开采所提出的，由湘西金矿和长春黄金研究所合作改造通风系统中尝试的。湘西金矿深井作业点岩层温度的测定，且井下温度高达32摄氏度以上，进行恒温层处大量废气坑道入风风流预冷降温。经实际测量表明，由入风井直接进入深井的入风流的温度比地温岩层预冷的入风流温度高3至5摄氏度。地温预冷技术与局部湿式循环降温和增加通风的措施相互配合，能够很好的解决深井高温的问题，同时，其技术的发展对深井降温具有重要的影响。

3.4减少热量的来源

首先，提高设备效率并安装位置合理是减少机电设备排热的重要手段；其次，避免围岩放热，可以通过涂敷绝热材料与围岩之上，其作用最大时便是岩温较高时，但其功效在一段时间以后便会消失；再次，也可在巷道壁面上涂敷隔热材料，以便减少原岩放热量的实现；最后，疏于地下水源要提前，将疏干的热水经过隔热的盖板引入水仓，再由隔热管道排到地面上，以实现深井热水产生的热蒸汽与热量的减少。减少热源的方案可被绝大多数的深井采用。

3.5人工制冷降温

事实证明，减少热源与增强通风并不能完全解除热害的问题，采用人工制冷也是一种有效的方法。首先，冷却局部的风流，其方法有：冰块、压气引射器、局部制冷等。操作步骤主要为，先使用空调机冷却水，将冷却水通过管路供给冷凝器，用局扇经双层隔热风简把冷却的空气送达作业点，其可达到降温4摄氏度左右的效果。其次，深井中的集中降温，其项目耗资大且耗动力强，所以集中制冷是采用其他降温方案都没有效果不得已而为之的一种方案，而且对于集中制冷的方案目前还尚未有一套行之有效的良好的方式。

总结

综合上述，金属矿是社会与经济发展的重要物质基础，金属矿开采的深度日益加深且深井热害问题越来越严峻，因此，迫切需要一种可以有效的降温的良好方案，以保障金属矿的顺利开采和工作人员的安全工作环境。深井开采所使用的方案，应以其实际为出发点，选择一项或联合几项的降温方案。所以，深井高温金属矿开采降温方案的探索具有其重要的意义。

参考文献

[1]杨竹周，李威.冀东.三山岛金矿深井通风降温治理技术研究.《金属矿山》，2011年11期

[2]孙浩.深井采空区和废旧巷道风流预冷降温研究.《金属矿山》，2012年11期