红透山矿受控循环风水浴丝降温技术研究与实践

■　王志　刘伟强　李印洪　姚银佩

（1湖南有色冶金劳动保护研究院湖南长沙410014；2非煤矿山通风防尘湖南省重点实验室湖南长沙410014）

红透山矿受控循环风水浴丝降温技术研究与实践

■王志1,2刘伟强1,2李印洪1,2姚银佩1,2

（1湖南有色冶金劳动保护研究院湖南长沙410014；2非煤矿山通风防尘湖南省重点实验室湖南长沙410014）

利用受控循环风与水浴丝联合技术对红透山铜矿1337m深井进行了通风系统优化与降温技术改造，讨论了矿井热害产生的主要途径与红透山矿受控循环风与水浴丝联合降温系统的布置形式，得出通过增大井巷风量，利用水浴喷淋的方式，可以达到有效降低深井工作面环境温度的目的，保障矿山的安全健康发展。

降温技术深井热害受控循环风水浴丝

0　引言

随着红透山矿开采深度的不断增加，热负荷越来越大，需要对井下空气频繁进行冷却，或者增加采区供风量，在不采取制冷等措施的情况下，工作面风温高达32℃。可以预见，在机械化水平的不断提高，作业面逐渐增加的情况下，矿井热害的形势将日益严峻。因此研究矿山深井热害问题，保障矿山的持续健康发展，具有重大意义。

1　红透山矿井热源分析

红透山矿地处长白山西脉端，地表空气进入井下后，空气的温度会发生很大的变化。影响井下空气状态发生变化的因素主要有空气的自压缩、围岩的散热、爆破热和机电设备放热等，而这些因素本身又是多变的。对高温矿井热害因素分析，必须依据矿井实际条件，整体分析各热源产生的原因，从而提出合理的治理措施。

1.1空气的自压缩

空气进入井筒并沿之下行，压力和温度都要有所上升，这就是“自压缩”过程。若此过程中空气与外界不发生换热、换湿，且气体流速也不变化，根据能量守恒定律，可得：i1-i2=g(z1-z2) （1）。式中：i1与i2—分别为风流起点与终点时的焓值，J/kg；z1与z2—分别为风流在始点与终点处的标高，m；g—重力加速度，取9.8m/s2。

由式（1）可知，已知风量，风流往下压缩热，用下式计算：Qr=0. 00981MΔH（2）。式中：Qr—自压缩热，kw；M—井筒进风量，kg/s；ΔH—风流自上向下流动的高差，m。

由式（2）可推算出自压缩引起的温升值为：Δt=0.0098ΔH (3)。由式（3）可知空气进入矿井后，深度每增加100米，气温上升约1℃，反之，当空气上升时，每上升100米，将降低约1℃。

1.2围岩散热

井下围岩传热主要是通过热传导自岩体深处向围岩壁面传热。井巷围岩与风流间的传热量可按下式计算：Qrr=KtULtrm-t（4）。式中：Qr—井巷围岩散热量，kw；U—井巷周长，m；L—井巷长度，m；trm—巷道始末两端平均原始岩温，℃；t—流经巷道始末端平均气温，℃。—围岩与风流间的不稳定换热系数，w/（m2·℃），它表示巷道围岩与空气之间温差为1时，单位时间从1m2巷道壁面上向空气放出的热量，可用下式计算：

式中：K—岩石导热率，；—岩石的热扩散率，m2/s；—通风时间，s；b—通风时间系数，当<1年，b=0.27；当>1年，b=0.4；—付立叶准则数，反映不稳态导热过程的无因次时间，其准则关系为：

式中：—巷道水力半径，=0.546，m；S—巷道断面积，m2；—岩壁与空气的对流换热系数，。

影响围岩与空气的热交换的一个重要因素是岩壁上的水分。水分的存在能够加快这种热交换。

1.3机电设备的散热

机电设备放热可大致分为两部分，一是采掘设备放热，而是其他电动设备放热。

采掘设备运转放热一般可按下式计算：Qch=N（7）

式中：Qch—风流所吸收的热量，kw；Ф—采掘设备运转放热中风流的吸热比例系数；N—采掘设备实耗功率，kw。

其他电动设备的散热量可按下式计算：Qe=(1-ηt)ηmN（8）

式中：N—电动机组的总额定功率，kw；ηt—提升设备的机械效率；ηm—电动机的综合效率，包括负荷率、每日运转时间和电动机效率等因素。

2　红透山矿受控循环风水浴丝降温技术

2.1受控循环风的工程布置

所谓受控循环风，即是将采区废风经过净化冷却后再送回作业点的一种通风技术。在高温矿井中，从地面引进的风量越大，井巷岩石对空气的散热量越大，从降低高温矿井的风温角度考虑，应尽量减少从地面引进的风量。研究表明：若从地面增加风量，则会大大增加扇风机动力，风量增加26%，扇风机动力就要增加100%。因此利用循环通风技术减少矿井总进风量对改善高温矿井的热环境是有益的。

红透山矿利用井下-287m至-467m中段的大量废弃采空区和已有巷道工程作为新的并联通风回路，极大降低了风阻，实现了总风量增加的目标。在循环风路的初始段-467m中段和末段-287m中段，充分利用长距离的封闭巷道和采空区，集中安设水浴丝喷淋装置，并辅以其它物质吸附措施，实现井下热环境的降温与污风的全流程多重净化。

2.2水浴丝降温净化

循环风风道水平长达350余米，其中可用于水浴丝雾化降温净化段达150米。在此距离上安设数十组水雾喷淋装置；配合过滤网、折流板以强化降温净化效果。延长风流通过时间、增加污风与水的融合性。降温与有害气体主要净化的介质载体都是水。而污风净化系统装置需设置在距离较长的废弃巷道中，保证污风经过时有充分时间与水雾接触融合，达到较好的降温与净化效果。

3　结论

红透山矿深井受控循环风水浴丝降温净化技术，历经5年的改造实施，目前已在井下生产中成功应用。

[1]袁梅芳，石长岩，李志超等.红透山矿深井开采通风系统循环风研究与应用 [J].金属矿山，2012，438（12）.

[2]宫锐，石长岩.系统可控循环风技术在红透山矿的应用实践 [J].有色矿冶. 2012，28（6）.

F407.1[文献码]B

1000-405X（2016）-3-119-1

王志（1985～），男，硕士，研究方向为矿山安全与通风技术。