某钨矿井热害分析及通风降温技术研究

（赣州有色冶金研究所 江西 赣州 341000）

赣南素有“世界钨都”的美誉，是我国重要的钨矿资源生产基地[1]。随着钨矿山的不断开采，浅层资源逐渐消耗，矿床开拓不断加深，引发诸多安全生产问题。赣南某钨矿经过近50年的开采，已形成19个开采中段，由于矿井开采深度的增加，开采区域的扩大，局部地质条件的变化以及通风效率的降低等诸多因素，使得井下围岩温度和作业区域环境温度深高，产生较严重热害现象，部分采区温度高达30℃～34℃，严重影响矿山安全生产，因此，需分析矿井热害因素，并研究降温技术方案。

1 矿井热害分析

1.1 矿井概况

该矿地处亚热带季风气候区，极端气温高达41℃，平均地温梯度2.2℃/100 m，为含硫矿床。矿区采用平窿、盲竖井和盲斜井联合开拓方式，历史上共开拓已有19个中段，从630m～-145 m中段，中段高度主要为25～50m，浅孔留矿法和全面采矿法采矿。矿区现有通风系统随着矿体东西走向不断的向深部往东开采，已经由中央进风单翼回风的抽出式通风系统逐步转变为单翼进风单翼回风的抽出式通风系统，主扇安装在井下165中段。新风从450m主平窿进入，清洗工作面后的污风通过165中段以上的采空区、倒段回风井等排至地表。

1.2 矿井热源调查

金属矿井热源主要包括围岩散热、机电设备放热、矿井水散热、矿石氧化放热、充填体散热、空气的自压缩散热、进风流温度、爆破散热以及人体散热等[2]，结合该矿实际情况，采用热球式风速仪、热电偶探头、电位差计、干湿球温度计、红外线测温仪、流速计等仪器，对主要进回风巷道、采准掘进作业面、矿石氧化区域的岩温、水温、井下热环境参数和通风参数进行调查测定，分析矿井热源。调查矿区中深部主要中段进风主巷、回风道和作业面温度参数见表1。

分析表1调查结果，该矿井下作业面温度偏高，超出安全规程允许值，按年产量该矿属于小型矿井，小爆破集中作业，采用有轨机车运输，无充填，所以井下主要热源如下：

（1）矿石氧化放热：各中段主要进风巷道气候条件舒适，作业面和回风道温度较高，主要因为采场新暴露矿石含硫量较高，发生氧化散热，而进风量较少，致使热量难以及时排除，作业面闷热，是该矿的主要热源。

（2）巷道围岩放热：实际测定各中段平均岩温比按地温梯度和恒温带温度计算出的岩温普遍要高出 1 ℃～2 ℃，且测点岩温普遍高于风温，可见巷道围岩是热源之一。

（3）地表大气热：地表大气温度对井下中上部中段风温也有一定的影响，特别是夏季高温季节，其影响较明显。

（4）其他：通过对矿井水温的测定，普遍低于风温，所以放热较少；井下采用小型作业和通风设备，功率较小，放热量不大。

1.3 热害分析

分析热源并结合矿井通风效果，主要由于作业面风量不足，采场热量积聚，对作业人员和矿井安全生产危害较大。

（1）危害作业人员健康：井下作业环境温度偏高时，会导致作业人员体温升高，产生头晕、恶心、呕吐甚至晕厥等，严重时还会危及生命，身体健康受到严重危害。

（2）影响安全生产：井下工人长期在高温环境下持续作业，其注意力、判断力及反应能力均会逐渐减退，并随着环境条件的恶化而加剧，往往会诱发井下事故，对矿山的安全生产构成极大的威胁。

（3）降低工作效率：恶劣的热环境直接损害工人身心健康，劳动时间减少或出现各种疾病，降低出勤率，以及机电设备在高温高湿条件下散热困难，或设备温升过高而损坏，从而影响整个矿山的生产效率。

2 通风降温技术研究

2.1 通风系统分析

整体通风系统的运行效果对矿井热害影响明显，所以分析通风系统现状，为降温方案提供研究基础。通过测定主要通风网络、通风动力、作业环境风流参数等数据，分析通风现状见表2，存在的问题如下：

表1 主要温度测定结果

表2 通风系统分析

表3 技术方案模拟效果对比

（1）矿井总进风量不足：现场多次测定的矿井实际总进风量为27.9m3/s，对比矿区现阶段的年生产能力，井下同时作业最大需风量为42.2m3/s，仅为实际生产需风量的66.3%；全矿总进风量不足，特别是深部主要作业面中段，作业面风量严重不足，深部采场的热量难以及时排出。

（2）通风网络复杂线路长阻力大：随着不断向深部开采，整体通风系统由原先上部的单翼进风单翼回风通风网络改造为现在的深部中央进风两翼回风再到上部单翼回风的复杂通风网络；矿区开采纵深达775m（从地表出风口630m到最深-145m），而且深部的回风系统由原先上部采空区、回风井改造而成，最长通风线路达3800m，通风阻力大。

（3）风量分配不合理：由于部分进回风网络未形成，采场开采顺序不合理，通风构筑物不完善或破损，使得风流短路，需风中段进风量较少，而上部中段风流浪费，有效风量率偏低。

2.2 通风降温技术方案

矿井通风是排除热害、降低温度、改善作业环境最常使用的方法，经济方便效果显著。结合该矿的热害原因、通风效率及国内外矿山热害防治经验[3-4]，综合考虑降温成本和实施难度，优化通风系统，提高通风效率，增加作业面进风量，是该矿防治热害的优选技术方案，并辅助局部隔绝热源，即可降低中深部温度，控制作业面热害。

2.2.1 增加矿井总进风量

（1）在501中段增设DK-4-12型号主扇（功率60×2kW），与原主扇串联，共同克服矿井通风阻力。

（2）调式原主扇，提高运行效率：主要通过优化主扇安装方式，调整叶片安装角为35°，调式主扇运行状态，加强风机硐室门的密闭，提高风机运行效率，最大限度发挥主扇的作用。

（3）增加进风通道：人行安全出口从501地表通达各个中段，从165m中段往上作为辅助进风通道，增加矿井总进风通道（原系统仅450平窿为唯一进风口）。

2.2.2 增设进风和回风机站，加强深部通风

（1）在深部-15m中段盲斜井处增设硐室型风流调控装置，作为进风机站，引射风流，加大深部通风动力，增加深部进风量。

（2）-65m中段E16分巷道附近增设回风机站，提高深部回风负压，快速排出深部采场热量，控制深部热害。

2.2.3 优化回风网络

（1）掘通-145m中段W十一至-115m中段W八的回风上山，掘通-145m中段E五至-115m中段E十二的通风天井，完善该中段回风网络。

（2）新掘进-115m中段E五至-65m中段E八通风上山，-115m中段E十七至-65m中段E二十通风上山，加强深部回风。

2.2.4 调整矿块回采顺序，加强通风构筑物管理，增强局部风流调控

局部增设或更换辅扇，调控风流，增加个别采场进风量。

（1）更换-15m中段E4分巷处辅扇型号为15kW的K系列节能辅扇。

（2）-65m中段E十六分巷增设15kW辅扇。

（3）深部东区采场采用后退式回采顺序，并及时密闭停止作业的采场，减少风流短路，提高通风有效率。

（4）加强上部中段的空区密闭，设置合理有效的通风构筑物，并加强管理，调控井下风流的分配，以便改善井下作业面的通风。

2.2.5 局部控制热源降温

在通风降温基础上，针对极端热害区域可同时采取隔绝热源措施，如在含硫量较大的围岩上喷涂隔热材料来减少放热量，通过水淋喷雾降低空气温度，合理安排爆破时间和井下作业时间，有效控制热量的释放。

2.3 方案模拟分析

应用矿井三维通风仿真系统模拟解算通风网络[5]，对井下热源、冷源和湿源进行建模，在三维可视化环境中实现对矿井降温效果定量分析。将dxf格式的矿山中段平面单线图导入软件，建立可视化的矿井通风网络三维仿真平台，进行通风网路优化，实现矿山通风网络解算和降温效果模拟，得出通风降温技术方案的通风和降温效果，主要中段作业面温度结果见表3。从结算结果可知，该方案可降低作业面温度，达到相关规程要求，同时增加作业面风量。

3 结 论

通过调查分析矿井热源，了解矿井热害形成原因，针对性的提出通风降温技术方案，可有效降低作业面温度，控制井下热害。