冷热交换器在三山岛金矿深部采场降温中的应用

周　尧　左汉勇　王明斌　王鹏飞　赵洪凯　彭友杰

(山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿)



冷热交换器在三山岛金矿深部采场降温中的应用

周尧左汉勇王明斌王鹏飞赵洪凯彭友杰

(山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿)

摘要三山岛金矿井下存在大量的恒温水源，涌水温度18～23 ℃，该恒温水源可作为冷源对掘进工作面的风流进行降温。详细分析了利用冷热交换器冷却风流方案的可行性，并对该方案的相关参数进行了计算，应用结果表明：采用冷热交换器省去了压缩机制冷部分，不但节约了设备成本而且避免了压缩机产热省去了冷凝热排放系统，使得整个风流冷却系统更为简单，布置方式也更为灵活多样。

关键词冷热交换器恒温水源冷凝热排放系统风流冷却系统

近年来，随着三山岛金矿直属矿区采矿工作面逐步向深部发展，原岩温度逐渐升高，开采过程中热害问题逐步显现。深部-600 m水平以下新增至-780 m 水平的几个中段岩温较高且有大量热涌水。-645 m水平的工作面已出现34.5 ℃的高温，-780 m 水平的工作面温度可达40 ℃，由于通风不畅导致深部热量淤积，使得深部工作面环境极其恶劣，井下热害已成为制约其向深部开采的最主要因素。为创造安全舒适的工作环境，提高井下生产效率，须采取通风降温等措施改善井下气候条件[1]。考虑到井下空间大、系统风井施工滞后、超前施工难度大、费用高，进行全面降温，投资大，难以实现，可采取加强通风为主、局部水冷降温为辅的热害治理方式。根据三山岛金矿直属矿区的实际情况，采用恒温水源冷却风流的方案将井下低温涌水直接作为载冷剂通过换热器与风流发生热交换，从而达到降低风温的目的。

1冷热交换器冷却风流方案

1.1可行性分析

三山岛金矿井下空间大，进行全面降温难度较大，为此，选用局部恒温水源冷却降温的热害治理方案在-690 m中段S15164采场进行试点。使用水冷设备(冷热交换器[2-6])。对空气进行制冷，使用局扇将冷却后的空气通过刚性风筒直接送至工作区域，降温设计流程如图1所示。

(1)采用冷热交换器冷却系统可节约矿山生产成本。因三山岛金矿井下存在大量的恒温水源，涌水温度为18～23 ℃，该恒温水源可作为冷源对掘进工作面的风流进行降温，在等压等湿过程中1 kg的水温度升高1℃，可使1 kg的湿空气温度降低3.895 ℃，故在三山岛金矿深部采用恒温水源冷却风流系统可大大降低矿山降温成本。

图1　通风降温设计

(2)对矿山原有井巷进行改造后可充当临时风井。三山岛金矿西山矿区深部(-600 m以下)北翼仅有主斜坡道1条进风井，受地热影响，入风温度达30 ℃，无系统回风井。为此，将靠近-600 m进风井码头门的1620线管缆井改造为临时进风井(待进风井延伸至-780 m后，再重新设计)，就近供给深部采区低温的新鲜风流。

(3)冷热交换器可应用到单采场降温改造中。三山岛金矿西山矿区深部F3断层中涌出大量热水，从北巷流入各联通中段的倒段泄水井，流至-690 m 水平，进入-690 m南巷的水泵房。水温高达42 ℃，严重影响了供给北巷各作业面的新鲜风流温度，影响了作业效率。为此，利用人工制冷方式降低新鲜风温度。为满足工人劳动强度较高区域的气温要求，使用水冷设备对该区域的空气进行制冷，使用局扇将冷却后的空气通过刚性风筒直接送至工作区域。风机布置于1620线管缆井出口处，换热器设置于风机后方，风流通过风机后流经换热器得到冷却后的风流，经风筒送至工作区域。

1.2方案设计1.2.1基本参数

将35～40 ℃的风流温度降至25 ℃左右；冷却介质采用冷水，生产冷水温度10～15 ℃；热交换器采用翅片式换热器；冷风风机及换热器安装于巷道进风口(图2)，采用直径600 mm的玻璃钢风筒。

1.2.2冷却通风参数计算

冷却通风的相关参数计算结果见表1。据表1，选取翅片换热器型号为SRZ5×6D(10 m2/片)，共需7片SRZ5×6D型换热器片；选择风机型号JK67-1No.4.5，流量10 800 m3/h，风压2 276 Pa。扇风机主要参数见表2，本研究涉及的设备类型及价格见表3。

图2　-690 m S15164采场冷热交换器布置示意

热交换器换热面积/m2冷却水所需流量/(kg/h)采场需风量/(m3/s)风筒通风阻力/Pa64.540003.15460.96

表2　选用扇风机主要参数

表3　设备类型及价格

2工程应用

以三山岛金矿靠近北翼1620线管缆井附进的-690 m中段S15164采场为试点，首先将来自-600 m 进风井石门巷的新鲜风流通过1620线管缆井送至-690 m水平的管缆井出口；然后通过局扇—冷热交换器—刚性风筒—柔性风筒输送至采场工作面。采场温度由31.5 ℃降至26.7 ℃，有效改善了井下通风环境，提高了作业场所的空气质量，工人劳动效率显著提升，提高了单采场生产效率50%，出矿量增加50 t/d，新增利润110万元。

3结语

三山岛金矿将井下低温涌水直接作为载冷剂，通过换热器与风流发生热交换达到了降低风温的目的，在低成本投入的基础上有效改善了井下气温条件，为一线员工创造了安全舒适的工作环境，提高了劳动生产率。冷热交换器在三山岛金矿的成功应用，为矿山通风管理、改善井下环境条件带来了新的技术支持，对于矿山单采场降温改造有一定的参考价值。

参考文献

[1]宝海忠，姜云，居伟伟.金属矿山深部开采水冷集中降温实践[J].现代矿业，2015(10)：180-182.

[2]刘鹏.矿井降温空调系统技术的探讨[J].煤矿安全，2009(8)：77-78.

[3]丁点点，李珠军.矿井降温技术发展与展望[J].山西建筑，2012(6)：63-64.

[4]安强.热回收技术在矿山上的应用探讨[J].中国矿业，2012(8)：99-100.

[5]耿俊俊，王新民，齐学元，等.矿山热环境空调降温技术研究[J].科技信息，2008(29)：655-656.

[6]左金宝，吕品，程国军.高温矿井热源分析与制冷降温技术应用[J].煤矿安全，2008(11)：46-49.

(收稿日期2016-01-05)

周尧(1989—)，男，助理工程师，261442 山东省莱州市三山岛街。