深部高溫開掘工作面降溫技術研究與應用

郝英杰，王春龍

（山東黃金礦業科技有限公司深井開采實驗室分公司，山東 煙臺 261442）

某礦區擁有幾十年的開采歷史，作為大型金礦投產后，經過多次擴建，生產能力不斷提升，經數據測算，自新中國成立以來該金礦的擴建規模達三倍以上。在日常開掘過程中由于開掘深度不斷的延伸，開掘地溫逐年增高，在炎熱季節的開掘工作面溫度和濕度逐漸增高的過程中，給開掘人員的工作帶來了極大的影響，嚴重時工作面的溫度可達30℃～35℃以上，而濕度高達90%～95%以上，這對于工人的身心健康有極大的影響，必須加以解決和改善。

1 深部高溫開掘工作面高溫高濕因素分析

1.1 地溫隨埋深增大而不斷升高

金礦內部的地溫梯度平均值為2.95℃/hm，金礦煤層底板在-450m 標準高度進入到37℃溫度區域，經過測量和平均值的測算，可以發現此時地面深部開掘溫度，因為埋深的不斷增大，而逐漸呈現出二級熱害區的特征[1]。尤其是井田的西北部地區，最高地面溫度可達44℃，如果實現煤層底板綜合測算可以發現，井田西部地區的低溫平均值為42℃到46℃之間。在這樣的高溫值區間之內開掘工作，將會因為地溫深埋的逐漸增大而面臨著困難。

1.2 通風系統存在著一定問題

局部通風系統的布局不夠合理，或者由于金礦開采的時間較長，通風設備和通風系統的升級換代速度較慢，配備的整體分量不夠，回風系統不夠暢通等因素，都影響著深部開掘工作面的降溫情況。經過現場調查，可以發現在金礦深部的地溫不斷的增長，而此時的通風系統有多年的應用歷史，雖然定期檢修和維護，但是整體通風量不大[2]。與國內外綜合數值相比，通風量僅為平均值的95%左右，這給工作人員和現場維護人員帶來了一定的難度，通風系統的不夠暢通會使得金礦深部開掘工作面溫度降低、速度變慢。

1.3 設備功率大，散熱比較多

隨著機械化升級改造和地質條件的復雜度不斷提升，設備的功率變大、散熱也變得更多，工作面設備配備功率將不斷的增加，這在很大程度上增加了散熱量，使得原本就溫度和濕度較高的工作面地溫工作溫度更加增加，大功率的設備和通風系統的出風口溫度過高，甚至有時能達到45℃～48℃以上，這給工作面的開采工作也帶來了很大的難題。隨著目前開掘設備和裝備的不斷升級，隨著金礦開掘巷道的設計斷面不斷增加，隨著風速的不斷降低，開采工作的員工工作舒適度也出現了下降的情況。

2 金礦深部高溫開掘工作面降溫的重要性

2.1 維護員工身心健康的需要

通過國內外的大量研究文獻調查顯示，當礦井下的作業溫度空氣平均溫度超過28℃以上，已經對于員工的身心健康有所影響，而超過35℃以上，對于員工的身體健康將會有非常明顯的危害。為了保證特種作業工作人員的身心健康，我國專門出臺了《礦山安全條例》，其中對于礦井下的平均溫度做出了明確規定，井下工作地點的空氣溫度整體不應超過28℃。而如果深度測量后的機電設備超過30℃，可能會縮短超地溫地點工作人員的工作時間，而且也會造成開采人員身體不適的情況[3]。雖然目前大部分金礦在深部高溫開掘工作面溫度超標時，會給予工作人員適當的工作補貼，高溫保健待遇以及輪班及縮短工作時間等一系列的特殊安排，但是有熱害的金礦礦井還是應當在溫度超過35℃時停止作業、適當整改，或采用非機械式制冷降溫設備，盡可能達到環境溫度的要求，并在適當的時候使用機械制冷降溫措施予以輔助，切實保證開采工作人員的身心健康。

2.2 提高礦井開采人員勞動生產率的需要

大型金礦礦產開采地區需要考慮開采利潤，但是當開采工人在高溫礦井作業時，人體的熱平衡遭到嚴重破壞，不僅將會損害開采人員的身體健康，而且還會對于對流、輻射和蒸發等方式有高溫人體反應，這些人體體溫自動調節及消化系統失衡的情況將會大大影響高溫環境下工人的生理和心理健康。為了能夠使得工人的動作更加具有準確性，反應速度保持正常，肌肉的工作協調能力足以應付礦山開采的需要，考慮到人體在高溫情況下的神經中樞運行規律，降低深部高溫開掘工作面的溫度勢在必行，因為只有這樣，才會避免人在高溫情況下感到神經恍惚、精神疲勞、周身無力、昏昏沉沉，改善工人的工作環境才使得勞動生產率維持正常或不斷提高，杜絕安全事故的發生。有關數據顯示，礦井開掘工作面的溫度過高將會大大降低勞動生產率，當溫度區間在17℃到23℃之時，開采事故發生頻率最低，而超過這個范圍的事故頻率明顯增加，呈現出非常顯著的波動數值規律。

3 深部高溫開掘工作面降溫技術及方法

3.1 通風系統的優化

為了使得開掘工作面的溫度降低，可以適當的增加風量，通過局部通風機的選型以及適當升級，根據地溫及生產條件的情況配置大功率的對旋風機，風機功率配備為2×45kw×2，這個配置可以直接將通風孔徑的直徑增加至1000mm 當工作面有配備風機，可以使風速提高到每分鐘600m3～800m3，從而保證回風系統的通暢。此時如果金礦的深部開掘掘進面回風系統正常、通風切面合理、局部通風機位置擺放得當，那么風量足、低溫度、低濕度的巷道將非常適用于通風機的擺放。工作人員可以選擇局部通風機布置合理點位，減少皮帶機運行散熱對于進風風流溫度的影響，可以把皮帶機向道作為局部通風機擺放的首選位置。

3.2 優化掘進技術

在金礦開掘的巷道條件下，開采人員可以優先采用炮掘工藝。之所以選擇該工藝，是因為機械化作業線的散熱因素影響較大，如果能夠基于正常的機械工藝背景、盡量降低設備功率，采取通風和降低功率同步進行的辦法，就可以優先采用風動設備來控制人為的巷道溫度[4]。炮掘工藝的作用是短時間內選取合理的散熱點位，可以使得金礦掘進工作呈現出階段性的溫度變化，這種波動的溫度變化很容易通過通風和散熱設備予以改善，巷道溫度不會在持續的工作中達到一個相對最大值。

3.3 采用機械制冷系統除溫除濕

為了降低深度高溫工作面的溫度，在優化通風系統和決定工藝的基礎之上，考慮到機械降溫除濕系統的輔助性作用，比如：在金礦開掘地下1000m 左右，開掘面的垂直深度達到1070m，工作面凈斷面達到25m2，此時采用炮掘施工工藝并加入注漿支護，在礦井井筒和井底段的通風線路長達近2000m。此時礦井內的總體負壓以局部通風機增加風量的方式來輔助溫度控制。由于巷道的影響，整體風速和通風線路的長度受到了限制，通過模型進行預測算并估算出需要機械制冷設備除濕除溫的長度，為了降低工作面的溫度，可以選用礦用制冷降溫系統，持續進行氣溫調節。如：ZLF-600 礦用制冷降溫系統就成為比較適用的氣溫調節首選設備。

圖1 礦用降溫設備示意圖

ZLF-600 礦用制冷設備主要由制冷機蒸發器礦用隔爆型壓入式對旋軸流局部通風器組成，在通風機的作用之下，蒸發器內產生了制冷劑的蒸發效用，其蒸發所需要的熱量達到了冷卻空氣的目的蒸發的氣體狀態，制冷劑被吸入到壓縮機之后，氣態的制冷劑在高壓作用下被重新液化[5]。ZLF-600 礦用制冷設備能夠很好的起到降溫作用，將制冷主機放置在皮帶上方的支架上，采用兩臺蒸發器，吊裝使蒸發器與地面下1000m 左右的回風大缸，控制掘進工作面溫度，保持供風筒連接狀態冷卻后的風流狀態，通過風筒將降溫后的風量送至金礦掘進工作面，從而能夠使得并聯聯通的風筒對專用換熱器實行強制對流通風，最終達到降溫及除濕的良好效果。

4 結論

綜上所述，在金礦深部高溫開掘工作面的工作環節內，采用合理的通風系統配合掘進工地，可以完成工作面高溫狀況的良好改善，為了提高工作的安全系數，使工人的出勤率和工人的身心健康都得以保證，并切實保證金礦掘進的工作效率，應有效地采用礦井降溫除濕設備，緩解礦井的采掘接替難題等。金礦通風除濕系統的設計打破常規，并且對于礦井熱害的預防給予了技術上的支持。