深井矿山通风技术研究应用现状

许志发

摘要： 20世纪80年代起，我国对矿山深井通风技术进行研究，现已有近40多个（包括煤矿）矿井井下气温达到或超过30℃，开采深度600～1200m。文章详述了我国矿山深井通风现状，介绍了深井通风主要技术；根据我国目前矿山开采实际，目前采用采用通风降温技术即可以解决目前矿井高温高湿的问题。

Abstract： The research of mine deep well ventilation technology in China began in the 1980's. Now， more than 40 mines （including coal mines） have reached or exceeded the temperature of 30 ℃， and the mining depth is 600 ～ 1200m. The main technologies of deep well ventilation are introduced in detail. According to China's current mining practice， the current use of ventilation cooling technology that can solve the current problem of high temperature and humidity of the mine.

关键词： 深井通风；通风降温；应用现状

Key words： deep well ventilation；ventilation and cooling；application status

中图分类号：TD72 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）09-0112-03

0 引言

我國目前大多数矿山服役年限多为几十年的老矿山，浅层矿产资源大多采完，转入深层开采成了多数矿山的选择。随着愈来愈多的矿山进行深井开采，深井开采的通风、高温、高湿环境、高地压等各种问题也逐步显现出来，这些问题的解决是做好深井安全稳定开采的保障。目前我国的深井通风由于大多数是沿用浅层开采时所用的通风设施设备，通风降温除湿能力远远无法满足深井开采的要求。《矿山安全》规定井下作业温度不得高于26℃，现我国矿山随着采深的增加，通风能力已无法满足这一要求，学习国外矿山的制冷降温新技术已成为趋势，如果没有对通风设施进行升级改造很难达到这个要求。

1 深井通风概况

我国矿山深井通风技术研究是于20世纪80年代开始的[1]，这一时期我国许多矿山开始进入深部开采，如辽宁红透山、云南大红山、甘肃金川、安徽冬瓜山等。各国对于深井开采的具有不同的定义，如表1所示。结合我国矿山开采实际情况和未来的发展，深井开采深度可界定为：金属矿山1000～2000m，煤矿800～1500m[2]。当开采深度小于此深度时，通风降温已经能够满足要求，无需使用制冷降温技术[3]。

西方发达国家如德国、美国、加拿大深井开采的时间比我国早100多年，而且其开采深度普遍达到1600m。印度科拉尔金矿于20世纪80年代中期采深已经超过3000m，岩层温度超过69℃[4]，高温导致矿工正常工作受阻，通风降温所能取得的效果不佳，因为采用费用较高的制冷降温；南非在这个时期金矿采矿深度超过4000m[5]，岩层温度达到70℃以上。地下的岩层温度随着开采深度的增加而升高，同一矿山、不同开采深度、不同国家、地区的岩层温度都是不同的，如表2所示。国内矿山深井大多采用通风降温，如平顶山五矿三采区，总风量由91.7m3/s 提高到133.3m3/s，风量增加45% ，采掘工作面实测温度降低了1.5～2.4℃[6]；旧店金矿，选择增大风量，改善井下通风系统，实测温度由局部40℃降到18℃左右[7]；辽宁红透山铜，部分中段温度达到28.2℃，通过对通风影响因素进行研究，增加中段2台接力主扇，使得各中段的入风量分别提高10～13m3/s，深部作业环境得到了有效改善[8]。

2 中国金属矿山深井通风概况

2.1 夏甸金矿深部开采制冷降温

我国非煤矿山首个大型深井集中式制冷降温系统，在夏甸金矿顺利通过验收[9]。夏甸金矿部分水平的掘进风筒出口处温度已达33.8℃，回风竖井掘进头温度已达32.8℃，相对湿度均达到100%，存在高温热害问题[10]。

夏甸金矿热害治理采用：矿井空调制冷降温技术。工作原理的不同，使得风冷机组和水冷机组的摆放位置不同，前者应距离回风井较近，后者应距离水仓较近。通过对风冷和水冷两种不同方案进行比较，前者的最大降温为2.9℃/m3，制冷效果显著，安装和使用较为方便，井下作业环境的改善效果明显。

2.2 沂南金矿金龙矿区深井多级机站通风降温

沂南金矿隶属山东黄金，为其主力生产矿山，包括3个矿区：金龙、金场和铜井。对角抽出式机械通风为其原采用的系统，采用DJK50型风机。

通过对矿区通风状况的详细调查，分析了原系统存在的问题，决定采用入风不独立深、浅分区多级机站通风方案，对井下高温进行治理。矿区以浅部区域（-90m中段以上）和深部区域（-210m中段以下）分为两个独立的区域。新鲜风流通过盲斜井、斜井、主竖井压入，形成不独立的共同入风风路。

多级机站通风系统的采用，明显改善井下作业环境，明显降低作业温度[11]。

2.3 丁集煤矿制冷降温系统

丁集煤矿受地面高温影响，采掘工作面进风温度达30～34℃，回风温度达36～40℃，部分工作面高达45℃，湿度始终在95%以上。在采煤工作面采用各种方式进行降温，取得的效果都不显著。

矿山投入资金建设矿井降温系统，该系统主要包括地面制冷和井下供冷两个系统。其主要参数为：瓦斯发电先期总装机功率3.6MW，每小时消耗1200m3纯瓦斯量，利用产生的余热制取饱和蒸汽3t/h；制冷总容量为21MW。采用的设备主要有：2台1800kW（奥地利颜巴赫）高浓瓦斯发电机组，3台制冷功率5MW（印度特迈斯）蒸汽式溴化锂制冷机组，3台单机制冷功率2MW（美国约克）离心式电制冷机组，1套交换能力为17.3MW（德国西马格特宝）井下三腔冷媒分配设备。采取掘进工作面串接直供式的降温方式后，各工作面平均掘进工作面温度降到25℃左右，湿度降到83%左右[12]。

3 深井通风技术研究现状

3.1 深井通风主要技术简介

通风系统是向井下作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的通风网路、通风动力和通风控制设施的总称[13]。井下各作业场所都需要通风系统的支持和保障，对全矿通风安全状况具有全局性影响[14]。通风系统的稳定性可能因为多井筒的相互影响而造成井筒反风[15]，使系统的稳定性收到破坏。随着我国矿山的采深不断增长，单纯靠通风降温技术已无法取得明显的效果，因此在某些矿山中必须采用制冷降温技术[16]。

我国对深井通风技术的经过几十年的研究，经过不断地总结和创新，不论在设施设备、理论方法还是在计算机软件方面都取得了长足的进步。新的设施设备不断地应用于生产实践，新的理论和方法指导现场工作人员精确地判断和处理出现的问题，计算机软件为整个系统运行提供了便利，起到辅助决策的作用。

3.2 通风降温技术

深井开采经验表明，采深不超过1600m时，采用通风降温就可满足要求，但超过1600m时，就要采取人工制冷措施[17]。国内矿山因为采深和成本原因，目前大多采用通风降温，但是在通风设备设施、通风网络设计等方面还是与普通的有所差异。

在沂南金矿通风系统布置中，采用入风不独立深、浅分区多级机站通风方案，通过对通风量和通风量的计算得出，采用此方法能够有效的降低工作面的温度，达到通风的预期效果。在三山岛金矿中，随着开采深度的加深，原有的通风系统不能满足需要，进行通风系统改造，改造后明显改善作业环境，生产安全得到了有效保障。因此，通风降温技术在目前的开采条件下，国内的大多数矿山采用通风降温技术还是可行的。

3.3 人工制冷降溫技术

随着矿井开采深度的不断加深，传统的通风降温已经不能满足通风要求，采用人工制冷降温技术也被国内大型深部开采的矿山所采用的，如湘西金矿、夏甸金矿等。

夏甸金矿采用空调制冷，在实际运用过程中，降温效果显著。湘西金矿在现场调查中，流进风流温度为21.8℃，预冷后的温度比流进的温度低4.505℃。因此，人工制冷效果十分显著[18]。

3.4 局部降温技术

局部降温技术作为辅助降温措施在生产实际中也是必不可少的，与整体相辅相成，使得整体的降温效果更为显著。局部降温可以分为个人降温和局部冷却风流。个人降温主要是通过穿戴降温服来实现、风流可以通过冰块、压气引射器和局部制冷来实现对风流的冷却。

4 结语

①目前我国矿山大多是老矿山，原有的通风系统不能满足深井开采的需要，需要进行升级改造；

②由于开采深度和成本的原因，我国大多数矿山仍采用通风降温，制冷降温措施应用并不广泛；

③我国深井开采通风系统的设计和通风效果和西方先进国家还是存在一定的差异，在设计和计算机软件的应用上方面还需要投入更大的精力进行研究。

参考文献：

[1]张维滨.中国金属矿山深井通风技术研究现状综述[J].黄金，2009（09）：26-29.

[2]刘全生.浅谈煤矿深井开采通风要点[J].化工设计通讯，2016（01）：80，86.

[3]杨竹周，李威，冀东，李国栋.三山岛金矿深井通风降温治理技术研究[J].金属矿山，2011（11）：146-149.

[4]Dipankar， Chakraborti， Mohammad， Mahmudur， Rahmana， Matthew， Murrill， Reshmi， Das， Siddayyac， S， G， Patil， Atanu， Sarkar， Dadapeer， H， J， Saeed， Yendigerif， Rishad， Ahmedf， Kusal， K， Das. Environmental arsenic contamination and its health effects in a historic gold[J]. Hazardous Materials， 2013（262）： 1048-1055.

[5]Maria， T， Atanasova， Anastasia， Vyalikh， Ulrich， Scheler， Walter， W， Focke. Characterization of rectorite from the Beatrix Gold Mine in South Africa[J]. Applied Clay Science， 2016（216）： 7-16.

[6]张爱民，马俊生.深井大规模矿山通风制冷有效性研究[J]. 矿冶，2015（S1）：5-9.

[7]王良忠，张永亮，刘炳礼，史美芳.旧店金矿井下通风降温治理技术研究[J].黄金，2009（08）：19-23.

[8]周家红，张福群，王福成，石长岩.红透山铜矿东部通风系统改造及深部通风技术研究[J].金属矿山，2008（12）：145-147，156.

[9]招金矿业股份有限公司.国内首个非煤矿山大型深井集中式制冷降温系统顺利通过验收[J].黄金科学技术，2015（4）：85-85.

[10]宝海忠，姜云，居伟伟，等.夏甸金矿深部开采制冷机组应用实践[J].现代矿业，2015（5）：196-198.

[11]杜明忠，张永亮.热害矿井多级机站通风降温的实践[J].黄金，2014（9）：45-48.

[12]李宁.矿井制冷降温技术[EB/OL].http：//wenku.baidu.com/view/805f44b72f60ddccda38a0a7.html？from=search，2015-09-03.

[13]刘东锐，刘伟强，李印洪，姚银佩，王志.石湖金矿中深部通风系统改造方案[J].现代矿业，2016（08）：206-208.

[14]彭斌.大型复杂矿井通风系统优化研究[D].江西理工大学，2014.

[15]马奎，孙多润.深井基建期间自然风压对矿井通风系统的影响分析及对策[J].内蒙古煤炭经济，2012（12）：27-28.

[16]石乃敏，潘爱民，沈雁醒.某金属矿山深部开采人工制冷降温技术方案分析[J].中国矿业，2016（07）：161-165.

[17]刘召胜，朱坤磊，周育，等.极厚大矿床深井开采通风降温技术研究[J].金属矿山，2016（6）：144-148.

[18]杨洪新.低温岩层预冷入风流技术研究与应用[J].金属矿山，2001（1）：52-53.