红透山矿深部开采井下高温环境治理.pdf

ISSN 1671-2900 采矿技术 第 19 卷 第 5 期 2019 年 9 月 CN 43-1347/TD Mining Technology，Vol.19，No.5 Sep.2019 红透山矿深部开采井下高温环境治理 * 李印洪 1, 2，姚银佩1, 2，范文涛3，耿彦军4 1.湖南有色冶金劳动保护研究院， 湖南 长沙市 410014； 2.非煤矿山通风防尘湖南省重点实验室， 湖南 长沙市 410014； 3.西部矿业锡铁山铅锌矿， 青海 大柴旦行委 816203； 4.峪耳崖金矿, 河北 宽城市 067600 摘 要对引发红透山矿深部开采高温环境的原因进行了分析， 得出红透山矿深部开采井 下高温环境的主要因素为通风系统容量小，难以满足生产需求的结论。 根据红透山矿井下 高温环境的主要原因，及井下通风系统的特性，有针对性的实施空区降阻、区域循环风、 通风系统分区划分等治理方案，使井下作业面温度普遍降低 1 ℃2 ℃，效果较为理想。 关键词深部开采;高温环境;空区降阻;区域循环风 0 引 言 抚顺红透山铜矿红坑口自 1958 年秋开坑以来， 井下已开拓到−827 m 中段，深度已达 1100 多米， 是我国有色金属矿山开采最深的矿山之一。目前井 下多中段局部作业面，尤其是东部通风分区的作业 面，出现了高温、高湿的现象，部分掘进工作面的 温度高达 30℃，有的采场甚至高达 32℃34℃，热 害已经出现。 1 红透山矿高温成因 造成每个矿山井下开采作业面温度高的原因 都相似，都是源于原岩温度高放热，空气自压缩， 机械设备放热，人体放热，照明设备放热等，为准 确掌握红透山矿井下温度高的原因，进行了岩温调 查和作业面温度调查。 1.1 岩温调查 本次对岩温的调查采用浅孔测温方式，使用的 设备为电子数显温度计（带探头） 。浅化测温是在 井下连续掘进的岩巷工作面，利用迎头的炮眼或临 时专门打的测温钻孔（深度一般为 2.5 m） ，及时将 电子温度计探头送到孔底，进行封孔，连续测温直 至稳定值即为该处原始岩温，测定结果见表 1。 1.2 作业面空气环境温度调查 本次对作业面空气环境温度的调查使用的设 表 1 红透山井下原岩温度测定表 序号 井巷 标高/m 岩石 温度/℃ 序号 井巷 标高/m 岩石 温度/℃ 1 253 11.8 10 −407 24.3 2 193 11.5 11 −467 25.8 3 13 15.0 12 −527 26.9 4 −47 17.5 13 −587 27.8 5 −107 18.5 14 −647 28.3 6 −167 21.0 15 −707 28.5 7 −227 21.2 16 −767 29.0 8 −287 23.0 17 −827 29.0 9 −347 23.5 备为便携式电子数显温度计，调查的中段有−827 m 中段、−767 m 中段、−707 m 中段、−647 m 中段、 −587 m 中段、−527 m 中段。测试结果见表 2表 7。 1.3 作业面空气环境温度高原因分析 虽然井下矿山产生热害的原因大多相似，但是 每个矿山产生热害的主要因素各有侧重。红透山矿 井下产生高温有其自己的独特现象 （1）因红透矿为含硫矿床，且开采深度高达 1100 余米，故深部原岩放热、空气自压缩、矿石氧 化放热的因素都在作业环境空气温度中有所体现， 即深部中段石门风温较上部中段石门风温低，矿房 温度较运输巷道温度低。 *基金项目国家重点研发计划项目2018YFC08000302. 采 矿 技 术 2019,195 96 表 2 −827 中段温度、湿度测试 地点 温度/℃ 湿度/ 地点 温度/℃ 湿度/ 室外 −5.8 43 31 川 20.3 86.5 253 平硐，混合 8.4 96.8 36 川 24.3 99.9 −467 井底车场 11.6 81.7 37 川 27.9 99.9 −827 井口 17.3 73 独头掘进掌头 29.1 99.9 车库 17.5 75 10 采 29 93 26 川 18.6 87.4 原岩 29 29 川 19.2 86 表 3 −767 中段温度、湿度测试 地点 温度/℃ 湿度/ 21 采 28 95 原岩 29 表 4 −707 中段温度、湿度测试 地点 温度/℃ 湿度/ 地点 温度/℃ 湿度/ 地表 3.3 58 23 川 20.6 85.8 二道门 3.3 58.2 24 川 21.7 89.8 小井方向 13.7 99.9 25 川斜坡道 22.2 89.7 253 井口 11.4 87.8 25 川 25.3 99.9 467 井底 13.7 78.3 28 川 25.3 99.9 六系统井口 13.6 78 29 川 25.5 99.9 -647 井口 16.5 80.9 30 川 25.4 99.9 上下盘交叉处 17.0 80.9 31 川 25.5 99.9 14 川 17.1 81.6 32 川 25.6 99.9 16 川 17.7 83.0 33 川 26.0 99.9 17 川 18.0 83.5 34 川 27.7 99.9 19 川 18.0 84.0 35 川 27.9 99.9 20 川 18.3 85 掌头 27.1 99.9 21 川 18.6 83.9 36 采 29 99.9 22 川 19.2 84.2 原岩 28.5 表 5 −647 中段温度、湿度测试 地点 温度/℃ 湿度/ 地点 温度/℃ 湿度/ 253 井口 8 99.9 20 川 21.5 99.9 −467 车场 10 84 23 川 23.5 99.9 −647 井口 14.2 73 26 川 25.5 99.9 上下盘岔口 15.5 81 31 川 26.3 99.9 16 川 18 77 42 采 29 99.9 表 6 −587 中段温度、湿度测试 地点 温度/℃ 湿度/ 22 采 27 97 表 7 −527 中段温度、湿度测试 地点 温度/℃ 湿度/ 20 采 26 95 （2）红透山矿井下通风系统为地温冬季预热 模式，为有色矿山少有。在炎热季节其冬季预热时 保留在 1，2 号 38 万 m2空区的冷量得以释放出来， 对入风存在预冷作用， 使得夏季−827 m 中段的入风 温度也不高，其独特的通风方式使得中央入风井 （含混合井、小竖井）的入风温度常年低于回风井 温度，入风端风温常年低于 26℃，自然风压均有利 于主扇通风，但冬季自然风压较夏季大些。 （3）自−707 m 中段往下，矿体向东部侧伏明 显，设置于 27 线的东部通风分区主回风井距离东 部端部（41 线）700 多米，自−707 m 中段往上，到 −467 m 中段时东部通风分区主回风井西移至 15 线，东部通风分区的主回风井布设位置给通风带来 困难，导致东部分区 15 线以东通风不良，从中段 作业面温度测定情况来看，其高温作业面主要分布 于东部分区，高温作业面区域也自东往西发展，与 东部回风井的设置，通风不良区域的重合痕迹十分 明显。 （4）深部开采区域矿脉厚度变薄，需要更多 的采场来维持井下出矿量，满足选厂生产需求，使 得井下生产需风量大。然而上部回风井为塌陷区所 阻，人员难以到达，无法对现有的回风井进行刷大 改造或在原位置重新掘进，扩大通风断面，提高井 下东部通风分区的供风量。 综上所述，红透山井下作业面产生高温的原因 有多个，但最主要的因素是通风系统不能满足现有 生产需求。 2 红透山矿高温治理技术 根据红透山矿井下作业面高温成因及主要因 素分析，结合通风系统自身独有特点，拟定运用区 域可控循环风技术，增加深部中段作业面供风量， 降低深部作业区域环境温度，具体实施方式如下 （1）合理规划通风分区，增加东部分区供风 量。根据通风系统检测，东部通风分区系统尚存在 潜力可挖，将新购 500 kW 对旋风机安装在东部通 风系统的−467 中段， 让东部通风系统担负多一点作 业区域，对东、西部两个通风系统担负区域进行具 体划分，东部通风系统作用区−527 中段的 17 线 以东 23 采、24 采、14 采等采区；−587 中段 19 线 以东的 14 采24 采等采区；−647 中段 20 线以东的 李印洪，等红透山矿深部开采井下高温环境治理 97 35采48采等采区； −707中段21线以东的23采38 采等采区； −767 中段 25 线以东 12 采25 采等采区； −827 中段 25 线以东 4 采14 采等采区，需风量约 90 m3/s。西部通风系统作用区−467 中段炸药库； −527 中段炸药库；−587 中段 19 线以西的 1 采14 采等采区， 炸药库； −647 中段 20 线以西的 1 采35 采等采区，炸药库；−707 中段 21 线以西 1 采23 采等采区；−767 中段 25 线以西的 1 采12 采等采 区， 炸药库； −827 中段的炸药库； 需风量约 60 m3/s。 （2）利用空区进行降阻通风。根据红坑口的 现场调查，虽然井下采空区进行了充填，但充填后 的井下各中段也存在上百条天井、矿石溜井等通达 上部中段，在下部开采活动的影响下，原来施工的 密闭都存在不同的损坏，这样存在利用上部空区 （裂隙）回风的客观可能。为了实施空区回风，首 先在−407 建立一个隔离中段（对空区采取胶结充 填、隔离、避让等措施） ，防止主扇在空区形成短 路风流，同时可以防止自然风流对生产作业中段的 干扰。其次在隔离中段（−407 中段）把东部、西部 回风平巷的密闭打开， 在−407 中段维护好一条两个 回风系统之间的联络道，方便污风进入空区及今后 对通风系统的检查测试。空区降阻通风方式形成 后， 将极大降低−827 m 至−407 m 中段用风端阻力， 有利于增加通风系统风量。 （3）加强日常通风管理，预防东部通风分区 端部串联风及局部循环风流。新主扇（DK45- 6NO20-500 kW）在−467 中段安装投入运行后，新 主扇的高负压区作用于−467 中段以下东部端部生 产用风部位，可以通过红坑口的日常通风管理，对 污风串出位置设置一些通风构筑物，防止污风串 联；对下部负压作用小还存在串联风的中段，可根 据生产实际情况在上中段回风道内安装辅扇，提高 存在串联风中段回风道内的负压，将回风拉回到系 统风道中去。 （4）采用区域可控循环风技术增加通风系统 风量。区域可控循环风，就是将污风净化、冷却后 再送回作业面的一种通风技术。通过采取定时爆破 管理、向污风风流喷雾、空区自净、惯性降尘等机 理和措施，将部分回风中的有毒物质降低到标准之 内后，将这部分回风风流引入入风系统，与地表进 入的新鲜风流混合，送入作业区域。根据对红透山 矿井下生产系统调查， −407 m 中段以上已经停止作 业， −287 m 中段的下盘运输道保存完好， 具备了实 施区域可控循环风的条件， 最后决定在−287 m 中段 实施区域可控循环风工程，具体有喷雾系统安装， 运输巷道清理，远程可控风门安设等。 经上述工程实施完毕后，重新进行了井下通风 系统测试，结果较为理想，东部通风分区在单开井 下−467 m 中段主扇的情况下，系统风量增加了 28 m3/s，井下作业面温度降低 1℃2℃。 3 结 论 经过对红透山矿通风系统的调查测定，通风系 统的阻力较高，通风阻力过大的原因是通风系统的 线路长、风量大，回风井巷断面小，过大的通风阻 力导致主扇供风量不能满足生产用风，导致部分作 业面空气环境温度高。由于红透山矿已开采 50 多 年，若依传统思路，对原有的老通风系统改造非常 困难，难以实施。只能运用新思维方式进行通风系 统的优化。红透山井下高温作业面经治理完毕后， 东部通风分区主扇运转功率由 580 kW 降低至 500 kW，在总运转功率节约 80 kW 的基础上，成功的 将井下东部通风分区的风量由 51 m3/s 提高至 79 m3/s，井下作业面温度普遍降低 1℃2℃，整个项 目的效果较为理想。 参考文献 [1] 张 烁.矿井热害事故树的建立及风温预测[J].陕西煤炭,2018, 370439-42. [2] 高 蕊.深井热源分析及人体热平衡研究[J].现代矿业,2018,3407 223-225. [3] 原文龙.杜达铅锌矿热害及其防治措施[J].世界有色金属,201724 258-259. [4] 李彦龙.浅析井下热害的成因、危害及治理办法[J].内蒙古煤炭经 济,2017121820 [5] 徐建春,贺宏华.江苏煤矿井下高温热害情况及治理对策[J].能源技 术与管理,2016,410624-26. [6] 岳玲玲.深井高温铁矿热害防治技术研究[D].哈尔滨燕山大学, 2015. 收稿日期2019-03-27 作者简介李印洪1975，男，湖南长沙人，高级工程师， 主要从事金属矿山通风防尘设计工作。