夏甸金矿深部开采制冷机组应用实践.pdf

S e r i a l No． 5 5 3 Ma v ． 201 5 现代矿业 M0DERN MI NI NG 总 第5 5 3 期 2 0 1 5 年 5月第 5期 夏甸金矿深部开采制冷机组应用实践 宝海忠 姜 云 居伟伟 ， 。 赵武鹃 1 ． 招金矿业股份有限公 司夏甸金矿； 2 ． 中钢集团马鞍山矿山研 究院有限公司； 3 ． 金属矿 山安全与健康 国家重点实验室； 4 ． 华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研 究中心有限公 司 摘要夏句金矿开采延伸至 一 6 5 2 m水平以下， 通风 系统 已无法满足通风降温的需要 ， 井下 高温热害日益严重。为此 ， 在深部 高温开采工作面采用空气制冷和水制冷降低工作面温度 ， 改善工 作面环境 ， 取得 了较好的效果， 为深部高温矿 山降温提供 了有益的借鉴。 关键词 深井矿山 高温热害制冷 山东招远夏甸金矿位于招远市南 2 0 k m处 ， 是 招金集团 的主要 矿井 ， 2 0 1 3年矿 石开 采量 达 1 6 0 万 t ， 黄金产量达 4 t 。由于该矿 一6 5 2 1T I 水平 以上 矿脉资源即将枯竭 ， 目前 正在 一7 2 0 m水 平开拓。 开拓中受到井下高温干扰 ， 经过现场实测 ， 一7 0 0 m 水平和 一7 4 0 IT I 水平 掘 进风 筒 出 口处 温 度 已达 3 3 ． 8℃， 回风竖井掘进头温度 已达 3 2 ． 8℃ ， 相对湿 度均达到 1 0 0 ％ ， 超过国家 G B 1 6 4 2 3 --2 0 0 6 金属 非金属矿山安全规程2 6～ 2 8 c 【 的采掘作业 地点 气象条件规定 ， 存在高温热害问题。 岩温是深井矿山作业面气温升高、 工作面作业 条件恶化的主要原 因之一。井下高温对工人劳动效 率和人身健康有极大影响 ， 环境温度升高 ， 工人生产 2 6℃ 为基准， 气温每升高 1 oC， 劳动L生产率下降 6 ％ ～ 8 ％ ； 南非高温金矿 ， 当井下气温高于 3 0℃， 相 对湿度大于 9 0 ％ 时 ， 作业 人员 中开始 出现 中暑现 象； 原西德高温矿井 ， 在气温高于 2 8℃， 相对湿度大 于 9 0 ％的高温高湿环境中， 作业人员的心情烦躁不 安 ， 注意力不集中 ， 反应能力差 ， 事故发生率增加约 2 0 ％。因此深井高温矿井降温是提高劳动生产率 、 安全生产的必然选择 。 1 热源分析 1 ． 1 地热 参考纬度与之相近的山东东营地区恒温带温度 深度 ， 地温梯度参考纬度与之相近的山东淄博奎山 地区的梯度 ， 取 0 ． 0 2 C ／ m， 计算 夏甸矿各 水平 地 效率 明显 下降。据前苏 联调查 资料 ， 以井下气 温 温 ， 见表 1 。 表 1 夏甸矿各水 平地 温值 由表 1可见 ， 夏甸矿开采到 一7 0 0 m水平 时地 温已达到3 3℃以上 ， 根据煤炭系统热害等级划分原 则 ， 夏甸矿井下高温属一级热害区 。 1 ． 2 机电设备散热 本矿区井下采 、 掘、 运等各生产环节机械化程度 较高 ， 根据理论计算 和实 际测量 ，电气设备 在运行 中有 2 0 ％的能量将转化为热能散发到空气 中， 柴油 机散发到空气 中的热 能更 是达到其输 出机械 能的 2 0 0％ ⋯ 。经统计 ， 全矿 井下累计 电机设 备散热 量 为 5 5 0 k W， 柴油机设备散热量 6 2 4 2 k W 以上 。考 宝海忠 1 9 7 7 一 ， 男 ， 矿长助理兼安全科科长 ， 2 6 5 4 0 0山东省招 远市夏店镇 。 1 9 6 虑到设备不可能同时运行 的因素 ， 最大班 同时运行 的柴油机设备散热量高达 2 1 9 2 k W。由此 可见 ， 井 下柴油机设备散热量是井下高温的重要热源之一。 2 井下制冷方案 目前矿井降温技术主要分为非人工制冷降温技 术、 空调制冷降温技术两类 。理论研究和生产实践 表明， 当围岩温度达到一定高度， 风量增加到一定程 度后， 非人工制冷降温技术降温幅度受到限制， 无法 解决热害问题 。夏甸金矿井 下热害降温应 主要 采用矿井空调制冷降温技术。 矿井空调制冷降温系统根据冷却介质的不同可 以分为风冷式降温 和水冷式降温以及制冰降温 ； 根 据降温区域划分， 可分为井下局部降温和整体降温； 宝海忠姜 云等 夏甸金矿深部开采制冷机组应用实践 2 0 1 5年 5月第 5期 根据制冷设备的摆放位置又可分为井上集 中式 、 井 下集 中式和井下移动式 。 井下移动式方案 ， 制冷机采用分散式局部制冷 降温 ， 布置灵活 ， 可根据负荷需要进行调节 ， 无需引 入水管 。 2 ． 1 6 5 2 m 水平以下环境现状 根据估算 ， 一 6 5 2 m岩温为 3 1 ． 9 9 q C， 对井下 的 热环境影响较小 ， 一 6 5 2～一7 2 0 m水平岩温逐步升 至 3 3 ． 5℃ ， 对采掘工作面的影响开始显现。 现场实测 ， 地 面温度 2 9℃ ， 混合井 一6 5 2 m水 平新风温度为 2 8 ． 4 c I ， 说 明浅层较低的地温消除了 井筒中空气压缩热 的影响 ， 与估计的该地 区地温梯 度基本吻合。 根据夏甸金矿提供 的资料 ， 一6 5 2 m 以下水平 的主 要 热 源 为 生 产 运 输 设 备 。统 计 资 料 表 明 一 6 5 2 m 以下各水平共有铲运机 4台， 输 出功率为 5 8～9 5 k W， 最 大 班 同 时工 作 的铲 运 机 有 3台； 一 6 5 2 m 以下各水平共有运输卡车 7台， 输 出功率 为 9 0～1 7 6 k W， 最大班 同时工作 的运输 卡车有 6 台。经计算 ， 最大班工作时仅柴油机车的发热量达 到 2 3 7 2 k W。 一 6 5 2 m以下水平最大班生产人员达 到 1 2人 ， 人体散热量约 5 ． 6 4 k W。 井下 一 6 5 2 m水平以下有掘进和运输 。其 中掘 进主要受地热影 响， 运输 主要受地热和柴油机散热 双重影响 。 当人井风温为 3 1 ． 1 o C、 相对湿 度为 7 5 ％运输 工况时， 井下 一 6 6 2～一 7 0 0 m水平 以下环境 温度达 到 3 6 ． 6～3 9 ． 5℃ ， 相 对 湿度 约 9 8 ％ ， 因此 井 下 一 6 5 2 m水平以下必须采取降温措施。 2 ． 2机组安装位置 根据工作原理的不 同， 风冷机组必须距离 回风 井较近， 水冷机组必须距离水仓较近。经考察 ， 选择 将风冷机组放 置在 一7 4 0 m水 平 5 5 1 0 2线 处 ， 水冷 机组放置在 一 6 5 2 m水平 5 5 1线处。风冷机组使用 O 0 mm的风筒输送冷风至 5 5 2线天井联巷 ， 使用 4 , 6 o o mm的风筒输送热风至 5 4 2回风井 ； 水 冷机组 使用 O 0 m m 的风筒输 送冷风 至 5 5 1 0 1线 进路 ， 一 6 5 2 m水平 5 3 8水仓取水 至机组 ， 换热后 的水排 至 5 3 8水仓 。 2 ． 3制冷机组技术数据 1 风 冷 机组 。① 配 置 2台压 缩机 ， 制冷 量 7 5 ． 2 k W， 风机输入功率 9 ． 6 k W／ 台， 合计1 9 ． 2 k W； ②制冷排热量 3 0 0 0 0 m ／ h ， 内部风阻3 5 P a ， 热风进 风温度 3 2℃ ， 出 风温 度 4 4℃ ； ③ 制 冷机 制 冷量 5 4 0 0 m ／ h ， 内部 风 阻 1 0 P a ， 冷 风进 风 温度 3 2℃ 相对湿度 9 5 ％ ， 出风温 度 2 1 ． 5℃； ④ 冷风采用 J K 5 8 1 N o 4 ／ 5 ． 5 k W 局部通风机和 O 0 mm的风筒 输送 ， 热风采用 2台 F D N o 6 ． 3 ／ 2 X 3 0 k W 局部通风 机和 4 , 6 o o m n l 的风筒输送。 2 水 冷 机组 。① 配 置 2台压 缩机 ， 制冷 量 7 5 ． 2 k W， 压机输入功率 6 ． 6 k W／ 台 ， 合计 1 3 ． 2 k W； ②制冷机冷却水流量 1 5 ． 5 m ／ h ， 冷却进水 3 0 q C、 出水 3 5℃ ； ③制冷机冷风量 5 4 0 0 m ／ h ， 内部风阻 1 0 P a ， 冷风进风温度 3 2℃ 相对湿度 9 5 ％ 、 出风 温度 2 1 ． 5 o C； ④采用 J K 5 8 ． 1 N o 4 ／ 5 ． 5 k W 局部通风 机和 O 0 m i l l 的风筒输送冷风。 3 机组应用 2 0 1 4年 5月份 ， 夏甸 金矿 完成 了现 场安装 调 试 ， 开展了为时 1 0 d的井下小型可移动式风 水 制 冷机组井下应用试验。 3 ． 1 风冷机组测温数据 风冷机组测温数据见表 2 、 表 3 。 表 2 2 0 1 4年 6月 1 9日 一7 4 0 m水 平测温记录 ℃ 柏 占 基础温度 一次测温 二次测温 三次测温 四次测温 9 3 0 1 1 3 0 1 2 3 0 1 3 3 0 1 4 2 0 天井底 3 2 ． 4 3 0 ． 2 3 0 ． 0 3 0 ． 0 3 0 ． 0 天井联巷 口 3 1 ． 8 2 9 ． 9 2 9 ． 8 2 9 ． 8 2 9 ． 6 5 5 2 0 1 3 1 ． 7 3 O ． 6 3 O． 3 3 O． 3 3 0． 3 冷风筒 出I2 1 2 2 ． 8 2 2 ． 8 2 2 ． 9 2 3 ． 0 2 3 ． 0 热风筒 出V I 4 8 ． 2 4 8 ． 5 4 8 ． 5 4 8 ． 8 4 9 ． 0 望丝 注 1 1 O 0开始巷道 内有 1台内燃机 、 2台卡 车巡 回作业 。 表 3 2 0 1 4年 6月 2 3日 一7 4 0 m水 平测温记录 ℃ 啪 占 基础温度 一次测温 二次测温 三次测温 Ig t 次测温 ～ ” 、 1 0 O 0 1 1 O 0 1 2 O 0 1 3 O 0 1 4 O 0 天井底 3 1 ． 8． 2 9 ． 6 3 1 ． 0 3 1 ． 4 3 0 ． 2 天井联巷 口 3 1 ． 8 3 1 ． 0 3 0 ． 4 3 2 ． 4 3 1 ． 8 5 5 2 01 3 1 ． 8 3 1 ． 2 3 1． 4 3 2． 8 3 2 ． 2 冷风筒 出口 2 5 ． 0 2 9 ． 0 2 6 ． 6 2 9 ． 2 2 8 ． 6 热风筒一侧大巷3 1 ． 6 3 2 ． 2 3 3 3 3 ． 4 3 2 ． 8 机组处 3 1 ． 8 3 3 ． 0 3 4 ． 0 3 5 ． 0 3 4 ． 0 注 1 1 3 0开始巷 遭 内有 1台内燃机 巡 回作 业 ； 制冷机 组 的人 风 、 出风温差为 1 3℃ 。 3 ． 2 水 冷机 组测 温数 据 水冷机组测温数据见表 4 、 表 5 。 3 ． 3 风冷机组巷道规格 风冷机组巷道容积见表 6 。 3 ． 4水冷机组巷道规格 水冷机组巷道容积见表 7 。 4 结论 ’ 本次试验取机组正常运行 4 h数据为参考， 风冷 机组井巷最大降温 2 ． 4 C ／ m ， 水冷机组井巷最大降 温 2 ． 9 C ／ m。 ， 水冷机组更具制冷效果， 且安装使用方 1 9 7 总第 5 5 3期 现代矿业 2 0 1 5年 5月第 5期 表 4 2 0 1 4年 6月 1 5日 一6 5 2 m 水 平测温记 录 ℃ 表 6 7 4 0 n l 水平风冷机组试验处巷道容积 注 1 1 O 0开始巷道 内有 1台内燃机巡 回作业 。 表 5 2 0 1 4年 6月 1 7日 一6 5 2 m 水平测温记录 ℃ 注 1 1 3 0开始巷道内有 1台内燃机巡回作业 便、 对井下环境的影响优于风冷机组。试验结果表 明， 制冷机组可以解决深部高温热害问题 ， 为矿山深 部开拓的高温问题提供了有益的借鉴和参考。 表 7 6 5 2 1 1 1 水平水冷机组试验 处巷道 容积 参考文献 [ 1 ] 刘多文， 李许胜 ， 韩 宗欣 ， 等． 黄金 矿山深 井制冷通风技 术应 用 研 究[ J ] ． 金属矿山 ， 2 0 1 3 6 1 2 9 - 1 3 3 ． [ 2 ] 吴丽丽， 罗新 荣， 李浪 ， 等． 高温矿井空调制冷技 术概况及发 展 [ J ] ． 制冷与空调 ， 2 o 1 2 1 2 9 7 1 00． [ 3 ] 宋士生 ， 扬 中利 ， 刘文 波． 深 井 开采 矿 山人 工制 冷技 术 综述 [ J ] ． 黄金 ， 2 0 1 1 5 3 4 - 3 6 ． 收稿 日期 2 0 1 4 1 1 1 1 上接第 1 6 0页 随时观察植物的生长情况 ， 采取适 当方法提高植物的根系长度。对植物修复过程 中发 现的新情况 、 新问题应及时妥善处理 。 5 结 语 植物修复技术尽管 自2 0世纪 8 0年代兴起 以 来 ， 取得了长足的进步 ， 但在实际运用过程中还有一 定的限制性 ， 通过从铀尾矿库污染 区域概况 、 植物选 择、 农艺措施、 管理措施 4个方面探讨了利用植物修 复铀尾矿库退役后流 出的铀离子污染问题所需考虑 的因素。随植物修复技术研究的不断深入 ， 越来越 多的因素被发现可 以影响植物修复效果 ， 而铀尾矿 库本身是一个复杂 的生态系统 ， 所 以合理选择植物 修复技术还需考虑诸多因素， 如铀尾矿库土壤 内微 生物生长及分布情况 ， 对某些污染严重 的铀尾 矿库 可以考虑运用多种修复技术的联合运用， 如植物- 微 生物联合修复， 电压． 植物联合修复等。总之， 只有 充分掌握铀尾矿库 的污染情况， 了解应用植物修复 所应考虑的因素 ， 才能使植物修复技术更成功的应 用到铀尾矿库退役后流出的铀离子污染修复中去 。 参考文献 [ 1 ] S a l t D E， S m i t h R D， R a s k i n I ． P h y t o r e me d i a t i 0 n[ J ] ． A n n u R e v l 9 8 P l a n t P h y s i o P l a n t Mo l B i l ， 1 9 8 9， 4 9 1 6 4 3 - 6 6 8 ． [ 2 ] V a n d e n h o v e H， C r y p e r s A， V a n He e s M， e t a 1 ．O x i d a I iv e S t r e e s R e a c t i o n s I n d u c e d i n B e a n s P h a s e o l u s V u l g a r i s F o ll o w i n g E x p o s u r e t o U r a n i u m[ J ] ． P l a n t P h y s i o l B i o c h e m, 2 006， 4 4 1 1 7 9 5 - 8 0 5． [ 3 ] S h a h a n d e h H， Ho s s n e r L R．R o l e o f S o i l P r o p e r t i e s i n P h y t o a c c u - mu l a t i o n o f U r a n i u m[ J ] ． Wa t e A i r S o i l P o l l ， 2 0 2， 1 4 1 1 1 6 5 1 8 O． [ 4 ] V i e h w e g e r K， G e i p e l G．U r a n i u m a c c u m u l a t i o n a n d t o l e r a n c e i n A r a b i q o p s i s h a l l e r i u n d e r n a t i v e v e l g u s h y d r o p n i e c o n d i t i o n s [ J ] ． E n v i r o n a n d E x p e ri me n t a l B o t a n y ， 2 0 1 0， 6 9 1 3 9 _ 4 6 ． [ 5 ] 李跃 ， 谢 水波， 林达 ， 等． 小球 藻对 u V I 一 的生物吸 附特 性 [ J ] ． 微 生物 学通报 ， 2 0 0 8 5 7 6 0 - 7 6 4 ． [ 6 ] 徐俊 ， 龚永兵， 张倩 慈， 等． 三种植物 对铀 耐性及 土壤 中铀吸 收积 累差异的研 究 [ J ] ． 化 学研 究 与应 用， 2 0 0 9， 2 1 3 3 2 2 - 3 2 6． [ 7 ] 唐丽， 柏云， 邓大超 ， 等． 修复铀污染土壤超积累植物的筛 选及积 累特征研究[ J ] ． 核技术 ， 2 009 ， 3 2 2 1 3 6 1 4 1 ． [ 8 ] Du q u e n e L ， T a c k F， Me e r s E， e t a1．E f f e c t o f B i o d e g r a d a b l e A me n d m e n t s o n U r a n i u m S o l u b i l i t y i n C o n t a m i n a t e d S o i l s 『 J 1 ． S c i T o t a l E n v i r o n， 2 0 0 8 ， 3 9 1 1 2 6 - 3 3 ． [ 9 ] C h ug P， Ki m K W ， Y o s h i d a S， e t a1．U r a n i u m a c c u mu l a t i o n o f C r o p P l a n t s E n h a n c e d b y C i t ri c A c i d[ J ] ．E n v i r o n G e o c h e n m He a l t h ， 2 005， 2 7 5 5 2 9 - 5 3 8 ． 收稿 日期 2 0 1 5 - 0 3 - 2 3