冬瓜山銅礦礦井通風降溫技術方案優化研究

姚道春

（銅陵有色金屬集團股份有限公司冬瓜山銅礦， 安徽銅陵市 244000）

冬瓜山銅礦礦井通風降溫技術方案優化研究

姚道春

（銅陵有色金屬集團股份有限公司冬瓜山銅礦， 安徽銅陵市 244000）

結合冬瓜山銅礦深井開采的情況，闡述了深井開采通風技術的特點，簡要地介紹了深井開采通風方法。根據冬瓜山礦床的礦石含硫量高、礦床埋藏深、開采過程中面臨熱害等特點，對深井開采通風系統的選擇、風速風量的確定、制冷系統的設置、自然風壓能的利用、工作面的通風和防塵等進行了優化，取得了較好的效果。

高溫深井礦山；通風降溫；通風優化；冬瓜山銅礦

1 工程概況

冬瓜山銅礦作為銅陵有色金屬集團股份有限公司的最大生產礦山，是國內率先邁入深部開采的金屬礦山。冬瓜山銅礦的采深接近千米，礦石平均含硫16.7%，礦床所處巖層的原巖溫度達30～39.8℃。礦區恒溫帶深度20±5m，恒溫帶溫度17.5℃，平均地溫梯度2.2℃／100m。礦區屬亞熱帶濕潤季風氣候，年平均氣溫16.2℃，夏季最高月平均氣溫27.4℃，主風向為東風。冬瓜山銅礦床賦存于獅子山銅礦帶深部，是長江中下游已探明的大型銅、硫礦床。礦山設計生產規模1.2萬t／d。礦體賦存標高為－680～－1000m，傾角為緩傾角，礦體平均厚度約32m。在基建期間測得深度1000～1050m井巷地溫為38.92℃，790m石門工作面氣溫達31～34℃。因此冬瓜山銅礦的通風系統設計除了滿足向井下輸送新鮮的風流、排除炮煙和粉塵外，還必須有效地帶出井下熱源釋放的熱量。在礦山設計時曾提出選擇合理的通風系統、加大工作面的風速與風量的措施，并利用整體通風降溫技術。

冬瓜山銅井下包括上部老區礦段與深部冬瓜山礦段兩部分，冬瓜山礦段開拓系統包括冬主井（Φ5.6m）、冬副井（Φ6.5m）、專用進風井（Φ6.9 m）、冬輔助井（Φ4.5m）、大團山副井（Φ5.6m）及冬瓜山專用回風井（Φ7.4m）共6條豎井以及主斜坡道（－670～－875m）和－875m主運輸水平的環形運輸巷，采區包括－670，－730，－790，－850m中段和－875m運輸水平，各中段之間通過斜坡道聯絡。設計生產能力330萬t／a，2009年安排采礦233.4萬t，出礦233.84萬t，日產7310t。采礦方法為階段空場嗣后充填采礦法。目前回采作業主要集中在－730m和－790m中段。

2 冬瓜山礦段通風系統

冬瓜山礦段采用多級機站方式的側翼對角式通風系統，新鮮風流主要由專用進風井和冬瓜山副井進入，回風井回風，同時主井和輔助井也負擔部分進風。

冬瓜山礦段進風機站為－670m兩臺K40－6－№17風機，－730m兩臺K40－6－№16風機，－790，－850m和－875m均為兩臺K40－6－№18風機，回風機站設置在－790，－850m回風巷，選用同型號風機K45－6－№19，在回風巷中均兩兩串并聯。2008年夏季通風系統測定，冬瓜山礦段回風量501m3／s，專用進風井進風373m3／s，冬副井、團山副井進風80m3／s，主井進風27m3／s，冬輔助井進風25m3／s。

3 通風系統存在的問題

冬瓜山采區專用進風井部分風源以前由老區上部采空區、廢舊巷道及＋50m預冷坑道進入，夏天高溫季節起到一定的預冷作用，加上前幾年冬瓜山礦段的生產規模比現在小，夏季礦井高溫問題還不嚴重。2008年由于上部－40，－80m等巷道作為充填排放點，充填排放水中的H2S氣體嚴重影響了冬瓜山采區進風的風質，因此在2008年封閉了上部采空區與冬瓜山專用進風井相連的巷道。

現在冬瓜山采區的進風主要從地表通過專用進風井直接進入井下，在2008年夏季高溫季節，井口地表平均氣溫超過30℃，直接造成冬瓜山采區主要進風通道專用進風井風溫偏高，加上冬瓜山采區屬于超深礦井，隨著開采深度和強度的不斷增加，巖石本身溫度就高，以及大量的無軌設備、礦石氧化散熱、爆破散熱和作業人員散熱等因素影響，井下工作環境處于高溫高濕狀態，有的采掘工作面環境溫度甚至超過了35℃，嚴重影響了工人的身體健康與工作效率，給礦山的安全生產和日常管理帶來極大的威脅，冬瓜山銅礦夏季礦井高溫熱害已經成為一個不容忽視且亟需解決的問題。

4 礦井降溫方案

目前國內外比較常用的幾種高溫礦井降溫方法是：加強通風、冷水噴霧、隔離熱源、人工制冷。根據相關資料，排除特殊高溫礦井外，加強通風在1700～2300m深度有最大經濟效益。根據國內外深井開采通風經驗，通風降溫一般在原巖溫度小于45℃時比較有效。根據國內外礦山生產實踐經驗，并結合冬瓜山礦特殊的通風環境（冬瓜山銅礦體埋藏在獅子山銅礦體的下部，而且獅礦已基本開采完畢），在夏季高溫季節充分利用上部的廢舊巷道、進行空區預冷進風。預冷風流進入專用進風井后，降低了專用進風井風溫，風量增大，也使單位風量吸收的熱量減少，單位風量的溫升有所下降。因此確定冬瓜山銅礦礦井的通風降溫采用加強通風為主、局部制冷降溫為輔的方案。

選擇利用＋50m預冷巷道，老鴉嶺－160m以上空區和－80，－160m巷道預冷風流后進入專用進風井，在＋50，－80m和－160m預冷巷道內安裝合適風機，風流經過＋50，－80m和－160m預冷巷道預冷后進入專用進風井。該方案分為兩種情況計算，第一種是不調整進風機站頻率，第二種是調整進、回風機站頻率。利用＋50m預冷巷道，老鴉嶺－160m以上空區和－80，－160m巷道預冷風流后進入專用進風井，在＋50，－80，－160m預冷巷道內增加風機。

4.1 調整進風機站頻率

根據巷道斷面，按照經濟風速8m／s計算，＋50 m預冷風量為100m3／s，－80m預冷風量為44 m3／s，－160m預冷風量為44m3／s，專用進風井井口進風量為212m3／s，專用進風井總進風量為400 m3／s。

預冷巷道阻力計算：H＋50預＝1.156×242＋0.082×1002＋0.01676×1002＝1653Pa；H－80預＝0.6981×442＝1351Pa；H－160預＝0.6820×442＝1320Pa。

根據風壓及風量，需在＋50m預冷主巷增加2臺K45－4－13號風機，安裝葉片角40°；在－80m增加1臺K45－4－13號風機，安裝葉片角40°；在－160m增加1臺K45－4－13號風機，安裝葉片角40°。

－80m和－160m巷道預冷風流從老鴉嶺上部空區或措施井進入，在夏季高溫季節，到達－80 m或－160m巷道，經過上部空區或措施井預冷，平均溫度不會超過30℃。巖壁溫度按照實測t－80測＝17.5℃，t－160測＝21℃。對地表平均氣溫為28℃和35℃兩種狀態時，計算專用進風井的風溫。

（1）地表平均氣溫t1＝28℃時，t14＝19.00℃，t54＝25.15℃，t46＝23.67℃，t6＝21.77℃，則：

＋50，－80，－160m預冷風量分別為100，44，44m3／s，專用進風井井口進風212m3／s，風流經過＋50，－80，－160m預冷巷道氣溫分別為21.77℃，17.8℃，21.2℃，最后預冷風流與專用進風井風流混合后為24.5℃，降低3.5℃。

（2）地表平均氣溫t1＝35℃時，t14＝19.004℃，t54＝29.92℃，t46＝27.3℃，t6＝23.93℃，則：

＋50，－80，－160m預冷風量分別為100，44，44m3／s，專用進風井井口進風212m3／s，風流經過＋50，－80，－160m預冷巷道氣溫分別為23.93℃，17.87℃，21.29℃，最后預冷風流與專用進風井風流混合后為28.8℃，降低6.2℃。

4.2 調整進、回風機站頻率

＋50，－80，－160m預冷巷道內增加風機，同時略微增加總回風機站頻率，使總回風量增加到550m3／s，進風機站頻率減小到38Hz，使專用進風井總進風量減少到320m3／s，增加團山和冬瓜山副井進風量，兩副井共進風160m3／s，冬輔助井和主井共進風70m3／s。通過進風機站風壓調整，能夠解決團山副井和冬副井深部反風問題。

巖壁溫度實測t－80測＝17.5℃，t－160測＝21℃。按照這種進風情況，分別對地表平均氣溫為28℃和35℃時，計算專用進風井的風溫。

（1）地表平均氣溫t1＝28℃時，t14＝19.002℃，t54＝25.15℃，t46＝23.67℃，t6＝21.77℃，則：

＋50，－80，－160m預冷風量分別為44，44，132m3／s。風流經過＋50，－80，－160m預冷巷道氣溫分別為21.77℃，17.8℃，21.2℃，最后預冷風流與專用進風井風流混合后為23.7℃，降低4.3℃。

（2）地表平均氣溫t1＝35℃時，t14＝19.004℃，t54＝29.92℃，t46＝27.3℃，t6＝23.93℃，則：

＋50，－80，－160m預冷風量分別為100，44，44m3／s，專用進風井井口進風132m3／s。風流經過＋50，－80，－160m預冷巷道氣溫分別為23.93℃，17.87℃，21.29℃，最后預冷風流與專用進風井風流混合后為27.29℃，降低7.71℃。

各方案的降溫效果比較見表1。

表1 各方案降溫效果比較

5 結 論

在不調整進風機站頻率的情況下，增加能耗300kW，可基本解決專用進風井夏季高溫問題，對現有通風系統沒有影響；調整進回風機站的情況下，增加能耗300kW，可解決專用進風井高溫問題，同時解決團山副井、冬瓜山副井、冬瓜山進風機站風壓平衡問題。結合冬瓜山礦工程實際和生產需要，選用不調整進、回風機站頻率的方案。在不影響現有通風系統的情況下，增加預冷進風風量，即利用＋50 m預冷巷道、－80m巷道、－160m巷道預冷進風流后進入進風井。根據風機風量、風壓、井巷規格并考慮運輸方便，在＋50m預冷主巷內安裝2臺K45－4－13號風機，在－80，－160m巷道內分別各安裝1臺K45－4－13，K45－4－13號風機。

［1］馮興隆，陳日輝.國內外深井降溫技術研究和進展［J］.云南冶金，2005（5）：7－10.

［2］吳冷峻，等.東瓜山井下多級機站通風系統的建立與完善［J］.礦業快報，2006（4）：43－45.

［3］龔開福，唐小權.錦豐地下礦通風參數優化與風機節能分析［J］.有色金屬（礦山部分），2011，63（5）：32－35.

［4］薛奕忠.對高溫深井通風設計的探討［J］.冶金礦山設計與建設，1999（3）：3－6.

［5］張傳舟，衛 明.安慶銅礦通風系統優化及調控技術研究［J］.通風技術，2006（9）：31－34.

2012－01－04）

姚道春（1969－），男，安徽來安人，工程師，從事采礦工程研究與管理工作，Email：skwlh9204＠163.com。