深井高温金属矿开采降温方案探讨及应用

徐华鹏

徐华鹏

山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿山东烟台261400

摘要：近年来，随着我国经济快速发展，我国对矿产资源的需求量逐渐加大，很多矿产资源得以开发。其中，为了满足对矿产资源的需求，新阶段主要是深井开采，这种开采模式下，随着开采深度不断加深，其会产生深矿井热害问题，威胁着工作人员的生命安全。为此，为了减少该问题的发生，工作人员必须要提出降温方案，治理矿井的热害问题。

关键词：深井高温金属矿开采降温方案应用

近年来，随着矿产资源被广泛开发，矿产资源逐渐枯竭，为了进一步开发矿产资源，深部矿床开发成为其主要的开采方式。但是，随着开采深度的不断增加，采矿作业环境趋于恶劣，使开采工作面临高温问题，不利于工作人员进一步开展工作，为此，提出降温方案迫在眉睫。本文就深井高温金属矿开采降温方案及应用进行探讨，在介绍深井高温形成原因的基础上，具体提出了降温方案和应用，以供参考。

一、深井高温的形成原因及深井高温的开采发展现状

1.1深井高温的形成原因

就深井高温来说，它形成的原因主要体现在以下方面。首先，随着开采深度不断增加和采矿技术的不断进步，为了推进开采工作的开展，工作人员需要借助大量的深井作业机器设备，井下大中型机械设备增多，这些设备的不断工作会产生大量的热能，使温度上升。另外，受矿井地下环境气流的影响，例如围岩散热通过裂隙水，并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，这是导致矿井地下温度较高的重要原因。同时，空气自压缩产热的散热量占深井总热量的百分之二十左右，它主要是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，散发热能，使温度上升。最后，受人为因素的影响，例如人体散热、爆破产热等，这都加剧了深井高温，迫使其发展为热害问题。

1.2深井高温的开采发展现状

所谓热环境就是地下开采矿山的热微气候，当热环境较为恶劣时，称其为热害。目前，随着国家对金属矿能源需要量的不断上升，对金属矿开采的深度不断加深，这使得矿山开采面临着热害问题。一般来说，地表以下800-1000m即为深部开采。从世界范围来看，南非等国家早在20世纪80年代就已进入深部开采。据不完全统计，目前国外进人深部开采的金属矿山已超过80座，其中南非的大部分金矿开采深度已逾千米，最深的卡里顿维尔金矿竖井井深达4164m，开采深度达3800m。此外，美国、加拿大，澳大利亚的一些矿山开采深度早已至1000m以下。目前国内进人深部开采的矿山有夹皮沟金矿采至井下1600m、会泽铅锌矿采深达1360m、红透山铜矿达1300m、冬瓜山铜矿采至地表以下1100m、寿王坟铜矿和弓长岭铁矿采深均超过1000m。凡口铅锌矿、金川镍矿、高峰锡矿、湘西金矿等重点矿山也都已进人深部开采。我国最新颁布的相关条例中明确规定井下作业地点的温度不得高于26℃，超过30℃就必须停止作业。而为了推进金属矿开采工作的开展，各个国家都在研究深井热害控制技术，我国从20世纪60年代开始重视并研究该问题，1976年煤炭部对国内102个煤矿进行了地温监测，1989年我国第一部矿井地热研究专著《矿内热环境工程》出版。虽然我国对深井热害问题的研究起步较晚，但是对矿井热害控制的研究已经取得了一些成就。随着采矿深度的增加，采矿作业环境趋于恶劣，深井开采面临高地压、高温和高井深三大问题，然而深井开采又是目前解决矿产资源短缺问题最有效的途径，所以深井开采技术成为矿业学者研究的重点。

二、深井高温金属矿开采降温方案

2.1利用地温预冷技术，实现有效降温

为了降低深井的温度，工作人员需要对深井作业点岩层温度的测定，当井下温度高达32摄氏度以上时，工作人人员可以对恒温层处大量废气坑道入风风流预冷降温。一般情况下，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。为了更好的降温，工作人员可以借助地温预冷技术，采取局部湿式循环降温和增加通风的措施，两者相互配合，就可以有效缓解井下高温问题，实现深井的有效降温。

2.2加大通风降温力度，强化通风效果

就深井的热害来说，它产生的原因不同，热害程度也不仅相同。为了进一步降温，工作人员需要加大通风降温力度，强化通风效果。首先，当深井温度较高时，工作人员必须要采取人工制冷降温措施，其中，主要是加大风量的通风，优化通风方式等。但是，虽然增大井下风量会有效降低风温，但是当风量增至一定程度时，对风温的影响不大。为此，接下来工作人员需要优化通风制冷方式，将上行风改为下行风，在设计通风系统的过程中，缩短进风线路长度，以低岩温巷道为进风巷，使新鲜风流避开局部热源以及减少采空区漏风等，这样可以起到明显的效果，有效将温度控制在合理的范围内。

2.3尽可能减少热量的来源，避免深井热害问题的发生

为了从根本上治理深井热害问题，工作人员必须要从机器设备、人员和隔热等方面采取降温措施，尽可能减少热量的来源。首先，为了减少机器设备工作散发的热量，工作人员需要合理安装设备，并尽可能提高设备的利用率。同时，工作人员需要注意机器设备房间的通风，合理错开爆破时间与采矿时间等等，从而减少机器设备散热。另外，工作人员还可以采取隔热措施，在围岩表层涂敷绝热材料和隔热材料，当岩温较高时，这些材料可以发挥自身的隔热作用，避免热量的扩散，从而起到一定的隔热作用，有效降温。最后，工作人员必须要做好热水及管道热的控制工作，通过超前疏放热水，使其经隔热管道排至地表或经加隔热盖板的水沟流至水仓以及将高温排水管布在回风道内，有效散热。

2.4做好工作人员的个人防护措施，避免安全事故的发生

为了保证深井工作人员的生命安全，在工作的过程中，工作人员需要做好自身的个人防护工作。首先，工作人员需要在工作的过程中穿上特制冷却服，该服装主要是阻止高温对人身体的伤害，并避免人体的热能进行扩散，从而实现个体保护。另外，工作人员可以采取措施，安装一些矿井制冷空调，通过利用制冷站、空冷机、载冷剂管道、冷却装置、冷却水管道等装置实现制冷。由于制冷站处于不同的位置，矿井空调系统被分为制冷站设在地面的空调系统、地面和井下同时设制冷站的空调系统以及制冷站设在井下的空调系统。目前国内外有2种方案：①制冷站和空冷机联合利用，直接在地面形成低温风流经井筒送至用风地点；②由制冷设备首先输出载冷剂，再将载冷剂送至井下，由空冷机处理后得到冷风输送至各工作面。根据制冷设备输出载冷剂的不同分为水冷却系统和冰冷却系统。当向井下输送相同的冷量时，水的质量流量约为冰的4-5倍，可见使用冰冷却系统时对管路、设备负荷以及系统水泵的要求均较低。根据研究表明，制冷站设在地面较为合适，不仅安全经济，也可保证制冷站内新鲜空气流通，同时有利于排除冷凝热，这一措施值得工作人员进行推广。

三、结束语

总而言之，金属矿的开采对经济和社会发展有着重要的意义，是经济发展中必不可少的资源。但是，随着金属矿开采深度的不断加深，工作人员也面临着深井热害问题。为了有效解决热害问题，保证人民的生命健康，工作人员必须要提出深井金属矿降温方案，利用地温预冷技术，实现有效降温，加大通风降温力度，强化通风效果，尽可能减少热量的来源，避免深井热害问题的发生，并做好工作人员的个人防护措施，避免安全事故的发生，这样才能推进金属矿的顺利开采，推动经济的进一步发展。

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