矿井降温技术现状及问题探讨

曹 龙

（长春黄金设计院有限公司，吉林 长春 130012）

近年来，我国经济发展迅速，产业价值发挥着巨大的作用。从工业发展的现状来看，中国的工业发展对矿产资源的依赖性比较大，所以在目前的发展中，更多的是重视矿产资源的开采，但是矿井降温技术的探索也具有十分重要的意义。

1 矿井降温技术的发展现状

从矿井降温技术的现状来看，降温技术的进步主要包括三个方面:一是加强技术的综合利用。目前矿井的降温不仅要从增加工作面风速入手，还要考虑机械制冷技术，这样才能大大提高降温效果。在矿山生产中，安全问题一直受到重视，但近年来，矿山安全生产中仍存在一些问题。深井热害是安全生产中需要解决的重要问题。

近年来，随着我国经济的快速发展，对金属矿产生产的需求越来越大，金属矿山资源的开发也越来越困难。鉴于矿产资源的开发条件越来越复杂，矿产资源的开发技术和技术也多样化，导致各矿山企业发展不平衡，因此我国金属矿山的技术与环境问题一直伴随着存在。因此，在未来几年，国家应对金属矿山资源的安全开发和环境生态的发展进行调查，明确未来金属矿山的技术领域和关键技术发展方向，从而保证国家金属矿产资源采矿业的持续平稳发展。

2 能源利用现状及节能潜力

2.1 制冷部分

制冷压缩机主要有活塞式、螺杆式、离心式、旋涡式等。螺杆式和离心式机组多用于集中降温过程。由于引进国外技术和国内创新发展，生产制造技术相对成熟，可以满足降温工艺的要求。能效比一般在3.5～5.0之间，重点是工艺设计和选择的技术经济合理性。制冷机组的功耗占系统功率的60%以上。改进了驱动密封方式，提高了操作管理水平。采用局部补偿节能技术和变频技术对制冷部分进行节能优化。降温系统的节能潜力为3%～5%。

2.2 降温部分

主要包括降温塔、水泵、管道及附件。该产品的生产制造技术比较成熟，能够满足降温工艺的要求。重点是直井管道的保温技术、处理和安装费用。竖井管道需要保温处理，无论是输送制冷剂还是降温剂。无论是在现有竖井上铺设管道，还是在新钻的管道上铺设管道，竖井管道的安装投资都非常高，平均占降温系统投资的0%左右。一般情况下，施工方为了减少投资，对管道输送能力进行了最大限度的设计，这对系统效率的实现是非常不利的。电耗约占系统功率的10%，降温系统的节能潜力为15%～0%。

2.3 降温传动部分

主要是水泵、管路及附件。这部分是施工方、设计者和施工方最容易忽略的，系统被认为是非常简单的。冷管1000m越少，4000m～5000m越多。如果能像住宅加热管那样设计和施工，降温部分和降温部分的效率将会提高。保温工艺处理和安装费用也存在问题。电耗约占系统功率的0%，降温系统的节能潜力为15%～5%。

3 降温技术分析

目前矿井的降温分为机械式(人工)降温和非机械式(非人工)降温。非机械降温主要是通过通风技术的方法发展而来的。机械降温是增加制冷设备，形成降温系统，服务于矿山高温热损伤的处理。所有的机械降温系统包括四个部分，即降温部分，降温传动部分和分散降温部分。

降温部分的效率制约制冷部分的效率，降温部分的效率制约降温部分的效率，降温部分的效率制约降温部分的效率。降温部分的效率决定了降温系统的效果，也就是最终目标的实现。从局部地下技术到地下集中技术再到地面集中技术的降温过程的发展过程，大致是在地下条件限制制冷系统和散热系统效率的情况下不断向地面转移的过程。集中降温技术(包括地面和地下)既能解决局部热损伤，又能解决综合热损伤，而局部降温过程只能解决局部热损伤。矿井的降温措施有两种，一种是非机械降温，另一种是机械降温。仅靠通风措施解决高温热损伤是不够的，需要采取机械降温措施。措施如下。

3.1 掘进工作面风冷器

由于掘进工作面的空冷器制冷量大，尺寸较大，移动频繁，因此掘进工作面的空冷器采用地板移动式，进出风口采用法兰式连接，以便与风管连接。冷风器及其风机设置在局部风机附近。掘进工作面风冷器设置在每个掘进工作面的局部风机上。由空气降温器降温的空气从双风道连接到掘进面。随着航向的向前移动，只有风道可以直接增大;当正面温度较高时，空冷器及其风扇也会适当向前移动。空冷器水管与制冷剂水管均用金属软管连接。在开挖面选择局部风机时，应在克服风道阻力的同时增加空冷器阻力，用空冷器风机代替空冷器风机。当航向接近局部风机时，旋流器中的一个电机打开，反之，远距时两个电机打开，以适应压力变化。空气降温器的优点是空气降温器是安排在风道出口当地的球迷，没有频繁的移动与正面运动，只需要增加，空气管和相应的连接管道也少，对生产影响不大。

3.2 降温系统的研究

矿山机械采取降温措施后，应测量冷水、降温水、制冷剂和空调系统的参数。因此，在进行机械降温后，应分析制冷、传动、降温传递、散热等降温系统各子系统的工作状态和效率、降温损失和能耗。在同一测点上，生产期的气流热参数基本高于维护期的相应参数。在采矿工作面的生产运行过程中，柴油机械设备运行、粉尘喷雾、水分源与工作面气流不断进行热量、水分交换，使气流的热力学参数明显增大。不同时期的气流焓值比较表明，生产活动对工作面的加热加湿效果明显。测量时，每个风管长度以10m计算，从84号风管开始，风管出风口距机头约5m。根据这一估算，总距离约为1065m。每个测点的坐标距离可以从84号风道原点得到。在高温矿山中，掘进工作面经常暴露在高温围岩中，是最严重的热破坏场所之一。但在系统正常运行后，隧道内空气温度可控制在8℃以下，隧道内气流最大温差不超过10℃，有效改善了隧道的气候环境。根据风温预测软件计算出的采矿工作面冷量需求，分别设计了降温系统、降温系统、降温传输装置和排热系统，并选择了制冷机组、降温管道、空气降温器和降温塔建成。分析了制冷系统的工作状态、制冷系数、制冷效率和降温损失，如制冷、输送、降温传输和散热。对采矿工作面的风温等风热参数进行测量和分析。因此，根据上述工作，该降温系统的主要优点如下：①制冷机组可布置在不同区域，尽可能靠近热负荷中心，降温损失小；②系统简单，无高低压转换设备，且低压降温水循环较少，和系统降温损失小；③降温水管(光管)是铺设在钻孔，不保温，施工和安装方便；④设备在地面降温房间小，面积小；⑤整个系统有一个小的投资。

4 未来的发展趋势

4.1 制冷效果的检查

在矿山企业的管理系统中，降温系统必须主要由一般的国防专业来控制，机电、安装、矿山施工、土建、造价等专业的配合才能完成，否则同样会被忽略。因为制冷效果是需要对通风参数实施的，节能的前提也是达到制冷效果。从通风参数上谈制冷机组的高效、制冷剂和制冷剂，只是“见树不见林”。

4.2 高温热害的管理必须与燃气、防火等灾害的管理一样严格

当矿山严重损坏时，就会使用。如果不严重，不管是否问，都将搁置一旁。再次使用时，维护成本会更高。将高温热损伤的处理作为安全工作中的一项十分重要的任务是十分必要的。进入二次热损害区的矿山应纳入正常生产程序。当冬季热损伤不严重时，可将冷量和维护设备压缩调整，作为一种热能资源使用。

4.3 降温部件是未来降温技术发展的关键

矿山的发展布局是重要的制约因素。不宜增加流量，减少管道直径。泵扬程增大，降温设备的紊流状态不能得到保证。一般来说，载体送至末端，但降温量还没有完全交换为热风，然后沿着回风管返回。如果降温设备的流量由阀门控制，管头会增大，流量会减小，流量也会减小，无法达到降温能力。

4.4 自主创新能力的提升

总的来说，我国矿山的降温技术在许多方面已经接近或达到国际先进水平。这种差距主要体现在采矿设备规模大、自动化程度低、生产效率低、资源损失严重等方面。矿山降温系统基本上是从国外引进的。这是制约我国矿业发展的关键问题。只有在自主创新的基础上，加大科技投入，充分利用后发挥优势，才能解决制约我国矿业发展进步的关键问题，实现我国金属矿业的可持续发展。

4.5 载冷剂纯度提高

随着地下环境和管理水平的提高，制冷剂一般为水，必须适合机组等设备的运行条件。短期内放宽了对载冷剂的要求，降低了运行成本;长期以来，由于制冷剂不规范导致设备故障，增加了维护成本，降低了效率。成本不会被节省下来，而且可能会更多。生产一吨工业用水的成本远远低于生产一吨金属的成本。

4.6 温度检测和一定的减摩处理

目前，井下生产大多采用机械化生产方式。由于机械操作的原因，容易产生摩擦或撞击引起的火花。一旦这些火花遇到气体，它们将不可避免地产生燃烧或爆炸。因此，机械生产设备需要进行必要的温度检测和一定的减摩处理。最后一件事是防止明火的点燃。在地下，因为开火将在点或设备由生产员工，开火是容易引起火灾，必须严格控制和点火吸烟行为的安全生产，确保使用明火源。

4.7 设置隔爆或防爆装置

使用防爆装置或防爆装置也是避免安全事故扩大化的有效措施。在采矿的实际生产中，也会因一些泄漏而发生瓦斯爆炸。然而，使用防爆装置和防爆装置可以有效地防止爆炸蔓延，或降低爆炸燃烧温度，从而减小爆炸的影响范围，控制火灾蔓延趋。

4.8 金属矿山数字化

数字化降温。数据化和数字化建设具有重大的意义和作用。目前，中国正处于矿产品消费的高峰期。矿山企业必须抓住机遇，利用信息技术提高矿业安全控制措施。智能采矿是21世纪金属矿山提高劳动生产率和竞争力的目标。西方发达国家从20世纪80年代开始实施地下工作面无人采矿，但目前我国许多矿山甚至无法完成机械化作业。加快我国自动智能采矿技术装备的研究和应用还有很长的路要走。在过去的五年里，钢铁矿已经取得了很大的进步，我生产的自动化和远程控制智能操作研究，在学习，引进和采用现代高新技术的基础上，同时全面推进数字矿山建设，以促进金属矿山数字化的建设。

5 小结

中国是一个矿产资源大国。大力发展矿业是建材工业和其他各行业高速发展的需要，也是实现工业、农业、国防和科技现代化的需要。在经济发展的过程中，对矿产原料的需求和依赖不断增加，开采深度逐渐增加。与此同时，采矿条件越来越复杂，采矿成本也在不断增加，构成了影响国家工业化和现代化的根本制约因素。目前。在开采过程中，一些不安全因素会导致生产效率的降低，从而使开采周期变长，进而影响工业生产。在目前的形势下，矿山热害是对矿产资源生产的最严重威胁，因此在目前的矿山利用中，积极开展矿井降温技术的改进十分有必要。