凡口铅锌矿深部降温研究.pdf

20 07 年 2 月 中国矿 山工程 第 63 卷 第 l 期 Chi na Mi ne E n gi ne er i n g Feb ., 20 07 V o l . 36No l 凡 口铅锌矿深部降温研究 Study on de epw e ll e o o ling o f F an ko u e L ad一zin e Min e 张杰 凡口铅锌矿工程管理处 , 广东韶关512 325 摘要 通过对 凡 口铅锌矿深部开采时 各种热源分析和计算 , 得出降温的综合措施 加大风童 , 选择合理 的采矿方 法减少工作面 数 , 利用上部废旧巷道冷却进 风 , 以及改造 通 风网络提高通风效率等 , 这些方法 可有效 改善深部开采作业环境 。 关钮词 深部地热 ;通风降温; 控 制热 源 Abstr a et T h o r ugha na ly s ing an d e a le ulatingthe he a t s ou 此e s inde epmi n i ngo fa F n ko u 玩 a d一zi ne Min e , the eom pe rhe ns iv e e o oli ng me a su e r s wee r take n , anditwee r in ee r a singa irq uan tity , s e le etingsu itab leminingm etho dtoe rd u e e w o rking f a c e,u s ing top a ba ndo n e d workingsto e oo li nta ke air,an d e rf om ri ngv e ntilatingn etwo rk to impo r v ev entilatio ne f f e e* . h T es e m eth o d se ould im vo r v e de ep min i ng e n v io r n m e nte f f e etive ly . K eywo r d s de eP一 s eate d the m r a l; a e a r tion一eo oling e o nto r lo fh eatsou c r e 1 前言 凡口铅锌矿 是一大型铅锌矿 , 矿 区属于亚热带湿 润季风 气候 , 年平均气温为2 1℃ ,最高气温 42℃ , 最低气温一.43℃ , 常 年主导风向为西南风 。 恒温带的标高为 l 0377m , 恒温带温 度为2 1 . 3℃ , 平均地温梯度为 2 . 1℃l l o o m 。 多年的开采使得矿 山开采深度逐步加大 , 深部已探出的矿 中含硫约 30以上 ,开 采过程中有氧化结块和自燃的倾向性 , 在深部已开采的 一50 0 、 一550 、 一60 、 一650m 四个中段的原岩温度为37一39℃ 。 因此如 何减少 地热 , 降低井下 温度是凡口铅锌矿深部开采必须解决 的课题 。 2 深部热源的分析计算 凡口铅锌矿深部矿床含硫很高 , 在开采 中存在热害问 题 , 为了解决深部的高温 和闷热问题 , 必 须先对深部的热源 有全 面 了解 。 经 过多年的检测和分析 , 得出结论为造成矿 山 深部温度升高的主 要热源有 岩石散热 、 矿 石氧化 、 空气绝热 压缩 、 爆破 、 机 电设备运 行 、 照 明以及 人为活动等 。 . 2 1 岩石散热 深部原 岩温 度随开采深度的增加 而升高 , 高温岩壁与井 下风流 的热交换符合傅立叶定律 。 一o o 、一5 5 0 、 芍o o 、 一SOm四 个 中段的温 度 实测 数 据分别为3 7 . 6 5℃ 、 3 7 . 9 5℃ 、 3 8 . 85℃ 、 3. 8 90℃ 。 根据测试和公式推算 , 深部散热热量为 854kl j s , 它是 引起深部地温增加的 主要原 因 , 也是第一 大热源 。 . 2 2 矿 石氧化放热 矿石在潮湿 的环境中氧化放热是硫化 矿山的主要 热源 之 一 , 凡口铅 锌 矿深部铅锌矿体与黄铁矿 相互穿插 ,并 且 即使在 中国矿 山工程 2 X 7 年 第 63 卷 铅锌矿体中 , 它的含硫也极高 , 平均达到30以上 , 加之在深部的岩温较高 , 通过开拓 、 采切后岩石的 揭露面积很大 , 极易氧化 , 从而产生大量的热 。 根据 硫化矿 山的资料 , 氧化散热 系数为巧k J /伍 m勺 , 每个 采场内表面积长城宽双高动的散热量为 136 50 k扒l; 而每掘进lo o m 巷道断面周长为 12m的散热量为 1 8XXk J爪 。 近年来随着矿 山深部开采规模的增加 , 深部的矿 石氧化散热逐渐成为矿 山的第二大热源 。 . 23 空气绝热压缩 由于深部作业通风主要采用的 是井上 压缩的空 气 ,而 根 据有关的公式计算和 经验得出 ,空 气在井筒 中绝热压缩后 , 每下降 lo o m , 空气的温度将增加 .0 98℃所以在凡口铅锌矿深部的散热量为2 6257k jh l , 这是第三大热源 。 .24 热水散热 凡口铅锌矿 的岩温 和同一 层 面 的水温 基本相 近 , 说明二者之间的热传递处于平衡 , 在深部并无 明显的热水源 , 但是由于有部分 的热水涌出后 , 与 空气发生 强烈的换湿作用 , 使井下的环境趋于 恶 劣 , 也是值得重视的热源 , 通 过实验和计算得出 它 的散热量为l 6 06 k J爪 。 . 2 5 其他热源 l 照明 按lo o w l 25m 计算 , 目前的作业区域 一50 0 、 一550 、 一60 0 、 一65Om 四个中段 照明的散 热 量分别为 7 19 94 . 24 0 、 179 985 . 6 l 、 251979 . 841 、 14 39 88 . 4 8kjh l 。 2 机电设备散热 一650m 水泵房 , 其装机容量 为 2 0 6 0kw , 正常工作为1 28k 0w , 散 热量为 585lo ok J爪;电机车每台运输时产生的热量为 9875 0k J爪 。 深部作业出矿 、 出渣 一般使用 3m 3 的铲 运机 , 在工作时每台铲运机的散热量为3 7 9 12k J爪 。 一台ll kw的局扇使用时散热量为15 5 88 2k J爪 。 以上各种热源总散热量约为14 42k J/s 。 3 热源对空气的增温 空气通 过热源传热后升高的 温度可以由下 面 的公式计算 ,进风 空 气以平均 相对 湿度 为7 7计算 , 出风的湿 度 为 9 1 , 深部消耗的风 量为60mVs , 实现 深部热平衡后空气升高的温 度为△ t , 热 平衡计算如 下 qt t一t公 2 5X d Z一d二 Q y口 a s Q沙 /G l 式 中 q 空气的定 热比 压容 , 一般取 q 1 . olk J/kg ℃ ; t. 、 ,一井巷的始 、 终气温 , ℃ ; 姚 、 试井巷的风流含湿量 , k妙g , 根据测定 取进风含湿量为2 1 . 7 8妙g , 出风含湿量为 2 3 .924吵; g Q ,、 认 。、 Q 一 深部井下 的各种热量总和 , kl s j ; 通风巷道 的质量风量 , k以s 。 质量公式C节V 2 式 中 p 空气的密度 , k梦m 3; V空气的体积 , m ,; 根据l 、 2 式 , 再加上前述总的热量 ,通过 作业 面后 改变 的温度为△ 1 13 . 127℃ 。 4 矿井降温措施 目前矿井降温的方法主 要有两类 一类 为普通 降温 , 以控制热源 、 加强 通 风为主要手段 ; 另一类为 人 工制冷降温 , 以压缩制冷为主要手段 。 通过对 矿 井深部热源的分析 , 结合高温 矿井热害的防治措 施 , 参考国内外矿 山的生产实践经验 , 一般认为 当 采用隔离热源 、 加强 通 风和冷水喷雾等普通措施 可 以达到消除热害时 ,一 般不采用 人工制冷降温措施 。 而凡口铅锌矿也有用普通法降温 的条件 , 因此 可以 考虑采取以下的具体措施降温 。 l加强通 风来降低温度 。 假设矿井的进风 温 度 为 22℃ 、 进风 量为 60mVs , 则深部 中段的温度约 为 36℃ , 超过了安全 规程 所 允许的最高温度 。 如果 进风 的风量增 加为 80mVs , 井下 的热源升高的温度 △ t. 8 505℃ 。 通 过计算可以看出通过加大风 量可以 直接降低作业面的温度达.4 6℃ 。 2 选择有利于降温的采矿方法 。 上向中深孔台 车凿岩分层充填采矿法 及 VC R等高效采矿方法 , 是 作为深部的首选采矿方法 。 实现强采 、 强 出 、 强充的 “ 三强 ” 原则 , 这样可减少 矿 石在采场的停留时间 , 从 而 减少 矿石 的氧化 放 热 。 还 可以减少工作面数 , 从 而减少 围岩和矿石 的放热 , 采 后 及时充填空区 , 可以隔绝采空区热源 , 还可以减少采空区的漏 风 , 提高通风的利用率 , 以达到降温的目的 。 3完善深部的出矿系统 、 尽 量减少无轨设备的 使用 。 由于深部现在 的 出矿 、 出渣系统不是 很完备 , 还 有 很 多工 程都是采 用 无轨 设备 , 而 国内外 的生产 实践证明 , 无轨设备的放 热量 几 乎是 相同功率电 动 设备的三倍 。 减少铲运机 的倒运 量 , 可 一定程度改 善深部的作业 环境 。 4充分利用上部的废旧巷道降温 。 由于 凡口 铅 锌矿的上部矿体开采已基本完成 , 上部存在大量 第 1期 张杰 凡口铅锌矿深部降温研究 的废弃巷道 比如 0 、一 40m 中段 , 如果夏天 地表空 气温度比较高 , 则可以利用这些废旧巷道冷却进风 。 5 改造深部的通 风系统 、 优化通风 网络 。 通 风 网络的优化是降低深井热害首先要考虑的问题 。 由 于深部的风路很长 , 通风阻力特别大 , 为提高工作 面的有效风 量 , 有效排除热害 。 可以考虑二 级甚至 多级风站对深部进行供风 , 从而提高通 风效率 。 此 外调节好风路 、 风量 , 减少串风 , 使每个采场 、 盘区 都直接排污风至 回风巷 , 能够很好地对风流进行控 制 , 则它们之间的干扰将减少 , 通 风效率将大大提 高 。 最后 , 如果深部的机电铜室建立独立 的 回风系 统 , 尽管机 电铜 室 不 是 主 要的热源 , 但是如果能够 将机 电铜室的热量及 时有效地排出 , 减少对个别工 作面的热传递 , 则对热害的控制也能起到一定的作用 。 5 结语 通过对凡口铅锌矿 地热 、 岩石放热 、 矿石氧化 散热 、 空气绝热压缩散热以及其他热源散热的分 析 , 对深井热平衡计算 , 并借鉴国内外矿 山的去热害 经验 , 可得 出结论 凡口铅锌矿目前属于热害不太 严重的矿 山 , 暂时无须采用人工制冷降温的措施 , 可以通过加大风量 和其他的降温措施来改善深部 的作业环境 , 从而减少 和消除热害 。 为提高消除热 害的效果 , 除加大风量外 , 还需要从开拓设计 、 采矿 方法的选 择 , 深部通风 系统的改进 、 通风网路的优 化 、 井下设备的选择 、 上部废旧巷道的利用 、 井下供 水 、 供风 的预冷以及在高温进风的 月份选择检修等 方面采取综合的措施 。 上接第2页 用非电导爆管连接到安全距离以外 。 待人员全部撤 离到地表后 , 用 两 跟10m长导火索起爆爆破网络 。 4 中深孔 阶段崩落法应用效果 新华钥矿采用中深孔阶段崩落法以后与分段 崩落法相比 , 采准 工 程量减少 近 50 , 千 吨采准比 也降低近50 , 相应的各种材料消耗也大大下降 , 采用分段崩落法 的 324 矿块 与采用阶段崩落法 的 434矿块比较结果见表1 。 裹1分段崩落法与阶段崩落法指标比较 项 目 矿量/万 t 工程量加 千吨采/ n“卜t准 比 炸药用量瓜g 雷管/个 导火线/m 非电管/个 钎子钢八g 合金/个 导爆管lm 木材/m 3 钢轨爪g 324矿块 分段崩落法 434矿块阶段崩落法 阶段崩落法 回采周期明显缩短 。 324矿块回采 用 了一年五个月 , 4 3 4 矿块却仅用了 9个月 。 32 4矿 块因为是 两个分段 , 必须等上一个分段出矿结束以 后 下一个分段才开始回采 ;而 4 34 矿块只在采槽结 束以后 , 就进行了中深孔大爆破 。 应用阶段崩 落法 比应用分段崩落法出矿期间 的 2次贫化率明显减少 。 由于 324 矿块上部分段只 采了 sm 高即接触到上部空区 , 空区内是充满覆盖 岩的废石 , 只 经过3个月 出 矿 后 , 各斗的平均品位 即由0.4 22降为0 . 22 1 ,下部分段也 经过3个月出 矿后 , 出矿品位 由0. 4 30降为0 . 196 。 434矿块由 于采用了阶段崩落法 , 出矿期间 又特别注意了均匀 出 矿 , 使矿岩接触面尽量 均匀下降 , 减少废石的提 前混入 , 经过 一年两个月 的出矿 , 出 矿 品位才从原 来的.04f l 降为最后 的. 021 6 。 5 结语 新华铝矿由分段崩落法改 为阶段崩落法 , 大大 降低了采准 、 采矿 、 出 矿成 本 , 缩短 了回采周期 , 降 低了矿 石损失贫化 , 通 过 近几年的不断改善 , 已使 浅孔 留矿法采槽 , 中深孔崩落矿 壁 的方法得到了日 益完善 , 使矿山的生产效率明显提高 。 [参考文献 ] 〔l ] 采矿手册M [ 1北京 冶金工业 出版社 , 1 99 1 . l 2 ] 王志方 . 深井开采的安全深度田 . 有色矿冶 , 19 9. 6 服 5 9 6 . 5 5 9 ō 6 8 8 3 9 0 ō 8 9 8 7 0 5 4 5 侧 5 o o . 1 0 6 1 0 2 5 姗 ō 6 8 0 1 2 3 5 1 6 9 6 1 3 0 1 0 0 92 4 9 2 5 2 2