辰州礦業(yè)沃溪坑口井下排熱降溫的探索與思考

趙雄飛

(湖南辰州礦業(yè)股份有限公司, 湖南沅陵縣 419607)

辰州礦業(yè)沃溪坑口井下排熱降溫的探索與思考

趙雄飛

(湖南辰州礦業(yè)股份有限公司, 湖南沅陵縣 419607)

對沃溪坑口井下地?zé)岙a(chǎn)生及其危害進(jìn)行了分析。根據(jù)國內(nèi)外高溫礦井熱害治理經(jīng)驗(yàn)和新的通風(fēng)理念、礦山現(xiàn)有情況,提出利用風(fēng)、水排熱的構(gòu)想和綜合治理方案,對沃溪礦區(qū)排熱降溫系統(tǒng)的建設(shè)提出了建議。

深井開采;地?zé)?排熱降溫;沃溪坑口

0 前 言

辰州礦業(yè)沃溪坑口井下開采已有近百年的歷史,2010年預(yù)計(jì)第3期工程開拓到42平,“十二·五”期間第4期工程計(jì)劃向更深的52平開拓。礦體開采斜深超過3000m,垂直深度超過1000m,沃溪坑口已進(jìn)入深井開采。深部區(qū)域原巖溫度高(52中段-1010m,原巖溫度預(yù)計(jì)為47.8℃),作業(yè)環(huán)境惡劣,地?zé)帷⒏邷貑栴}已成為制約沃溪坑口下一步開拓、探采、發(fā)展的瓶頸。

1 沃溪坑口井下地?zé)岈F(xiàn)狀

一個區(qū)域的地?zé)嵩鰷芈逝c當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)年代和巖漿活動時間有關(guān),正常情況下地?zé)嵩鰷芈蕿?℃/100 m。經(jīng)測定沃溪礦區(qū)為1℃/39.5m,空氣在向井下流動過程中每下降100m空氣溫度上升1℃。

2 深井排熱降溫方法

降溫是將井下高溫作業(yè)區(qū)域過多的熱量人為轉(zhuǎn)移至低溫區(qū)或地表,但熱是一種能量沒有固定的形態(tài),只能依附于媒質(zhì)。目前國內(nèi)、外礦山井下采用風(fēng)或水作為降溫媒質(zhì),所有的降溫方法和措施都是圍繞著風(fēng)和水展開。

利用風(fēng)的方法是將低溫風(fēng)流送至井下作業(yè)區(qū),吸熱升溫后排至低溫區(qū)或地表,低溫風(fēng)流可以是人為的也可是自然的;利用水的方法是將低溫的水或冰用管路或容器輸至井下,吸熱升溫后排至低溫區(qū)或地表,冰、冷水可以是人為的也可以是自然的。風(fēng)、水降溫方法可單獨(dú)、并列、交叉使用。如將冰或冷水送至井下某一點(diǎn),將井下風(fēng)流冷卻,再將冷風(fēng)流輸至深部作業(yè)點(diǎn);或?qū)⑷斯せ蜃匀恢圃斓睦滹L(fēng)、冷水、冰直接送到深部作業(yè)點(diǎn)。

2.1 排熱降溫基礎(chǔ)工作

(1)建立健全井下溫度測控體系,將所得資料進(jìn)行線性回歸分析、存檔保存,查明環(huán)境溫度與進(jìn)出風(fēng)焓、流量、流速、流經(jīng)時間的關(guān)系。

(2)尋找適合我礦區(qū)地?zé)嵊?jì)算方法,為與排熱降溫相關(guān)的各系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

我公司在2006年曾對沃坑井下熱量作過系統(tǒng)的計(jì)算,計(jì)算結(jié)果預(yù)計(jì)達(dá)到42平后,井下放熱量為4738kJ/s。

2.2 排熱降溫措施

(1)通風(fēng)排熱。通風(fēng)可為井下作業(yè)人員提供新鮮空氣,排除粉塵,排走有毒有害氣體,排熱降溫。深部通風(fēng)在深井排熱降溫中扮演著極為重要的角色,排熱降溫效果可真實(shí)的反映通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)劣。優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)、改善通風(fēng)效果是降溫工作的重點(diǎn)。

(2)作業(yè)面壓風(fēng)降溫。壓風(fēng)通風(fēng)有兩個作用,一是提供新鮮空氣,二是壓風(fēng)膨脹吸熱降溫。在井下極端作業(yè)環(huán)境之中,壓風(fēng)通風(fēng)是一種有效的通風(fēng)方法。

判斷心肌缺血程度的常用手段之一即心肌酶學(xué)檢查，心肌酶LDH和CK正常情況下存在于心肌細(xì)胞的胞漿中，當(dāng)MI/RI發(fā)生時，心肌受損導(dǎo)致細(xì)胞膜的通透性升高，LDH和CK溢出胞外進(jìn)入血清，因而血清LDH和CK活力能夠從側(cè)面反映出心肌細(xì)胞的壞死程度［9］。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，模型組MI/RI動物血清中LDH、CK活力明顯上升，提示MI/RI發(fā)生時的心肌細(xì)胞處于較嚴(yán)重的受損狀態(tài)；丹酚酸B預(yù)處理給藥可明顯降低血清LDH活力和CK活力，提示丹酚酸B保護(hù)MI/RI受損的心肌組織可能與改善心肌細(xì)胞膜的穩(wěn)定性有關(guān)，這與宋延平等［10］的報道結(jié)果類似。

(3)供、排水排熱。供水是將低溫水由井上向井下放(流);排水是將高溫水從井下往井上排。水的比熱高,利用供、排水的溫差能大量排除深部地?zé)?從而達(dá)到排熱降溫的目的。水的比熱高,而下放(流)與抽排方便,來源廣,清潔,環(huán)保,在礦井排熱降溫中承擔(dān)非常重要的任務(wù),是不可或缺的媒質(zhì)。

(4)制冷排熱。從經(jīng)驗(yàn)上看,原巖溫度低于42℃的礦山降溫方案可考慮用單一通風(fēng)(主要是通風(fēng)成本)辦法,而沃溪坑口井下在42平以下原巖溫度已超過此極限,單一通風(fēng)排熱降溫滿足不了生產(chǎn)要求,必須建立礦井制冷系統(tǒng)。制冷站有地面和井下兩種。制冷站建立在地表管路長,冷(熱)量沿程損失大,而建在井下又必須通過其他系統(tǒng)(通風(fēng)、排水)將其集中的熱量排出地表,具體采用何種方案均因條件而定。

(5)其他降溫方法與熱源控制。井下作業(yè)環(huán)境中的人體、機(jī)械、電器、礦石氧化等均可放出熱量,如果處理不當(dāng)會加劇深部熱害,具體的控制方法有:通過噴漿隔離的辦法控制礦石氧化;電器及大型的機(jī)電設(shè)備盡可能的安裝在上部中段或讓經(jīng)過該區(qū)域的風(fēng)流直接進(jìn)入風(fēng)井;照明改用節(jié)能燈。

(6)冬季降溫。冬季將地表的冷風(fēng)、水、冰直接流(放、運(yùn))入井下,以最小代價達(dá)到降溫的目的。

3 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化與改造

3.1 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案

(1)增大排風(fēng)能力。沃坑通風(fēng)系統(tǒng)改造首先要著重于解決排風(fēng)量小這一瓶頸問題,此問題如不能解決,則沃坑的通風(fēng)降溫效果不可能有根本好轉(zhuǎn)。在改擴(kuò)建通風(fēng)系統(tǒng)的同時,必須兼顧考慮將來井下制冷系統(tǒng)的配套建設(shè)。

(2)風(fēng)流內(nèi)循環(huán)。現(xiàn)流行的通風(fēng)系統(tǒng)受控循環(huán)理論,即在不擴(kuò)大系統(tǒng)排風(fēng)能力的情況下,增大用風(fēng)區(qū)的風(fēng)速、風(fēng)量,在污風(fēng)排至非用風(fēng)區(qū)時有控制的放出部分污風(fēng),放出的污風(fēng)經(jīng)過凈化或與新鮮風(fēng)源匯合后達(dá)到新鮮風(fēng)源的風(fēng)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),即可進(jìn)入下部區(qū)域。其方法和理念可指導(dǎo)沃坑通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造,但如何操作,深部污風(fēng)放出多少、從哪個區(qū)域放出需理論計(jì)算和實(shí)踐的檢驗(yàn),如果處理不當(dāng),極易造成井下污風(fēng)串聯(lián)和地?zé)嵫h(huán)污染。

(3)增大進(jìn)、出風(fēng)焓差。采取措施降低進(jìn)風(fēng)焓值、增大出風(fēng)焓值,最大限度的利用經(jīng)過深部的風(fēng)流排熱降溫,降焓的方法有:降低空氣溫度;除濕(除去空氣中的水蒸氣含量)。

3.2 系統(tǒng)改造工程

(1)檢查、清理東部風(fēng)井,復(fù)核、改造26平風(fēng)機(jī)。

(2)從排熱降溫的角度上宏觀分析和利用西部風(fēng)井工程,具體可從兩個方面考慮:西部下延至32平,及下延方案;利用西部風(fēng)井后,其主風(fēng)機(jī)通風(fēng)方式是抽還是壓。

(3)增大排風(fēng)能力,可考慮的方案有:擴(kuò)刷東部風(fēng)井,或利用東部風(fēng)井附近的原廢棄的天井,以擴(kuò)大東部風(fēng)井的有效斷面;26平以下新建V3風(fēng)井,26平以上平行東部風(fēng)井上掘1條風(fēng)井,改造26平風(fēng)機(jī);下掘豎風(fēng)井至42平。

(4)因通風(fēng)系統(tǒng)和今后新改造的系統(tǒng)不可能兼顧8#礦體,對8#礦體的采區(qū)須建立獨(dú)立的分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)。

(5)盡快啟動16平V3w的殘礦回收方案,通過V3w的修窿修通與16平豎井石門的另1條人行通風(fēng)通道,擴(kuò)大16平豎井進(jìn)風(fēng)路線。管理、控制、利用0～16平以上區(qū)域的自然風(fēng)流,降低進(jìn)入深部區(qū)域的風(fēng)源溫度。

4 供、排水系統(tǒng)改進(jìn)

4.1 供、排水系統(tǒng)改進(jìn)方案

(1)降低供水系統(tǒng)的供水溫度,工業(yè)與防塵用水兼用于降溫。

(2)對上排的深部高溫水采取隔熱措施,以免高溫水的熱量傳遞到新鮮風(fēng)流中,防止熱循環(huán)污染。

(3)下放(流)水要有設(shè)計(jì)規(guī)劃,嚴(yán)格控制,防止能源損失。

4.2 改進(jìn)工程

(1)沃坑下流至12平、16平的低溫水經(jīng)管路下放至32平吸熱升溫后,經(jīng)東部風(fēng)井回流至20平或16平。

(2)設(shè)計(jì)一個系統(tǒng),冬季將地表的低溫水、冰、雪引流(輸送)至井下吸熱升溫后上排。

(3)對從深部向上排水的排水管加隔熱設(shè)施,平巷自流須走暗溝流入32平水倉,排至32平水倉的高溫水及時上排。

(4)32平空壓機(jī)房供水管路改走3#副井下放(流),經(jīng)機(jī)房后的高溫水必須上排至20平以上。

深部排熱降溫是一個龐大的系統(tǒng)工程,需要公司成立專業(yè)科題組長期進(jìn)行研究;需要與科研院所、國內(nèi)外同類礦山進(jìn)行技術(shù)合作與交流。目前沃坑作為辰州大本營是公司對外擴(kuò)張的技術(shù)、人力、財力的支柱,為穩(wěn)定現(xiàn)有生產(chǎn)能力及其今后的長足發(fā)展,地?zé)岷Φ姆乐螒?yīng)引起高度重視。

[1]《采礦手冊》編輯委員會.采礦設(shè)手冊[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2005.

[2]王英敏,等.礦井通風(fēng)與安全[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1978.

[3]長春黃金研究院,湘西金礦.沃溪礦區(qū)深井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化降溫與研究[R].懷化:湖南辰州礦業(yè)股份有限公司,2000.

[4]瓦斯通風(fēng)防滅火安全研究所.礦井降溫技術(shù)的50年歷程[J].煤礦安全,2003,34(S1):28～32.

2010-05-27)

趙雄飛(1973-),男,湖南邵東人,工程師,從事采礦技術(shù)工作,Email:zxf01211@163.com。