曹 龍

（長(zhǎng)春黃金設(shè)計(jì)院有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130012）

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)價(jià)值發(fā)揮著巨大的作用。從工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀來(lái)看，中國(guó)的工業(yè)發(fā)展對(duì)礦產(chǎn)資源的依賴性比較大，所以在目前的發(fā)展中，更多的是重視礦產(chǎn)資源的開(kāi)采，但是礦井降溫技術(shù)的探索也具有十分重要的意義。

1 礦井降溫技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

從礦井降溫技術(shù)的現(xiàn)狀來(lái)看，降溫技術(shù)的進(jìn)步主要包括三個(gè)方面:一是加強(qiáng)技術(shù)的綜合利用。目前礦井的降溫不僅要從增加工作面風(fēng)速入手，還要考慮機(jī)械制冷技術(shù)，這樣才能大大提高降溫效果。在礦山生產(chǎn)中，安全問(wèn)題一直受到重視，但近年來(lái)，礦山安全生產(chǎn)中仍存在一些問(wèn)題。深井熱害是安全生產(chǎn)中需要解決的重要問(wèn)題。

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)金屬礦產(chǎn)生產(chǎn)的需求越來(lái)越大，金屬礦山資源的開(kāi)發(fā)也越來(lái)越困難。鑒于礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)條件越來(lái)越復(fù)雜，礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)技術(shù)和技術(shù)也多樣化，導(dǎo)致各礦山企業(yè)發(fā)展不平衡，因此我國(guó)金屬礦山的技術(shù)與環(huán)境問(wèn)題一直伴隨著存在。因此，在未來(lái)幾年，國(guó)家應(yīng)對(duì)金屬礦山資源的安全開(kāi)發(fā)和環(huán)境生態(tài)的發(fā)展進(jìn)行調(diào)查，明確未來(lái)金屬礦山的技術(shù)領(lǐng)域和關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展方向，從而保證國(guó)家金屬礦產(chǎn)資源采礦業(yè)的持續(xù)平穩(wěn)發(fā)展。

2 能源利用現(xiàn)狀及節(jié)能潛力

2.1 制冷部分

制冷壓縮機(jī)主要有活塞式、螺桿式、離心式、旋渦式等。螺桿式和離心式機(jī)組多用于集中降溫過(guò)程。由于引進(jìn)國(guó)外技術(shù)和國(guó)內(nèi)創(chuàng)新發(fā)展，生產(chǎn)制造技術(shù)相對(duì)成熟，可以滿足降溫工藝的要求。能效比一般在3.5～5.0之間，重點(diǎn)是工藝設(shè)計(jì)和選擇的技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性。制冷機(jī)組的功耗占系統(tǒng)功率的60%以上。改進(jìn)了驅(qū)動(dòng)密封方式，提高了操作管理水平。采用局部補(bǔ)償節(jié)能技術(shù)和變頻技術(shù)對(duì)制冷部分進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化。降溫系統(tǒng)的節(jié)能潛力為3%～5%。

2.2 降溫部分

主要包括降溫塔、水泵、管道及附件。該產(chǎn)品的生產(chǎn)制造技術(shù)比較成熟，能夠滿足降溫工藝的要求。重點(diǎn)是直井管道的保溫技術(shù)、處理和安裝費(fèi)用。豎井管道需要保溫處理，無(wú)論是輸送制冷劑還是降溫劑。無(wú)論是在現(xiàn)有豎井上鋪設(shè)管道，還是在新鉆的管道上鋪設(shè)管道，豎井管道的安裝投資都非常高，平均占降溫系統(tǒng)投資的0%左右。一般情況下，施工方為了減少投資，對(duì)管道輸送能力進(jìn)行了最大限度的設(shè)計(jì)，這對(duì)系統(tǒng)效率的實(shí)現(xiàn)是非常不利的。電耗約占系統(tǒng)功率的10%，降溫系統(tǒng)的節(jié)能潛力為15%～0%。

2.3 降溫傳動(dòng)部分

主要是水泵、管路及附件。這部分是施工方、設(shè)計(jì)者和施工方最容易忽略的，系統(tǒng)被認(rèn)為是非常簡(jiǎn)單的。冷管1000m越少，4000m～5000m越多。如果能像住宅加熱管那樣設(shè)計(jì)和施工，降溫部分和降溫部分的效率將會(huì)提高。保溫工藝處理和安裝費(fèi)用也存在問(wèn)題。電耗約占系統(tǒng)功率的0%，降溫系統(tǒng)的節(jié)能潛力為15%～5%。

3 降溫技術(shù)分析

目前礦井的降溫分為機(jī)械式(人工)降溫和非機(jī)械式(非人工)降溫。非機(jī)械降溫主要是通過(guò)通風(fēng)技術(shù)的方法發(fā)展而來(lái)的。機(jī)械降溫是增加制冷設(shè)備，形成降溫系統(tǒng)，服務(wù)于礦山高溫?zé)釗p傷的處理。所有的機(jī)械降溫系統(tǒng)包括四個(gè)部分，即降溫部分，降溫傳動(dòng)部分和分散降溫部分。

降溫部分的效率制約制冷部分的效率，降溫部分的效率制約降溫部分的效率，降溫部分的效率制約降溫部分的效率。降溫部分的效率決定了降溫系統(tǒng)的效果，也就是最終目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。從局部地下技術(shù)到地下集中技術(shù)再到地面集中技術(shù)的降溫過(guò)程的發(fā)展過(guò)程，大致是在地下條件限制制冷系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)效率的情況下不斷向地面轉(zhuǎn)移的過(guò)程。集中降溫技術(shù)(包括地面和地下)既能解決局部熱損傷，又能解決綜合熱損傷，而局部降溫過(guò)程只能解決局部熱損傷。礦井的降溫措施有兩種，一種是非機(jī)械降溫，另一種是機(jī)械降溫。僅靠通風(fēng)措施解決高溫?zé)釗p傷是不夠的，需要采取機(jī)械降溫措施。措施如下。

3.1 掘進(jìn)工作面風(fēng)冷器

由于掘進(jìn)工作面的空冷器制冷量大，尺寸較大，移動(dòng)頻繁，因此掘進(jìn)工作面的空冷器采用地板移動(dòng)式，進(jìn)出風(fēng)口采用法蘭式連接，以便與風(fēng)管連接。冷風(fēng)器及其風(fēng)機(jī)設(shè)置在局部風(fēng)機(jī)附近。掘進(jìn)工作面風(fēng)冷器設(shè)置在每個(gè)掘進(jìn)工作面的局部風(fēng)機(jī)上。由空氣降溫器降溫的空氣從雙風(fēng)道連接到掘進(jìn)面。隨著航向的向前移動(dòng)，只有風(fēng)道可以直接增大;當(dāng)正面溫度較高時(shí)，空冷器及其風(fēng)扇也會(huì)適當(dāng)向前移動(dòng)。空冷器水管與制冷劑水管均用金屬軟管連接。在開(kāi)挖面選擇局部風(fēng)機(jī)時(shí)，應(yīng)在克服風(fēng)道阻力的同時(shí)增加空冷器阻力，用空冷器風(fēng)機(jī)代替空冷器風(fēng)機(jī)。當(dāng)航向接近局部風(fēng)機(jī)時(shí)，旋流器中的一個(gè)電機(jī)打開(kāi)，反之，遠(yuǎn)距時(shí)兩個(gè)電機(jī)打開(kāi)，以適應(yīng)壓力變化?？諝饨禍仄鞯膬?yōu)點(diǎn)是空氣降溫器是安排在風(fēng)道出口當(dāng)?shù)氐那蛎?，沒(méi)有頻繁的移動(dòng)與正面運(yùn)動(dòng)，只需要增加，空氣管和相應(yīng)的連接管道也少，對(duì)生產(chǎn)影響不大。

3.2 降溫系統(tǒng)的研究

礦山機(jī)械采取降溫措施后，應(yīng)測(cè)量冷水、降溫水、制冷劑和空調(diào)系統(tǒng)的參數(shù)。因此，在進(jìn)行機(jī)械降溫后，應(yīng)分析制冷、傳動(dòng)、降溫傳遞、散熱等降溫系統(tǒng)各子系統(tǒng)的工作狀態(tài)和效率、降溫?fù)p失和能耗。在同一測(cè)點(diǎn)上，生產(chǎn)期的氣流熱參數(shù)基本高于維護(hù)期的相應(yīng)參數(shù)。在采礦工作面的生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，柴油機(jī)械設(shè)備運(yùn)行、粉塵噴霧、水分源與工作面氣流不斷進(jìn)行熱量、水分交換，使氣流的熱力學(xué)參數(shù)明顯增大。不同時(shí)期的氣流焓值比較表明，生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)工作面的加熱加濕效果明顯。測(cè)量時(shí)，每個(gè)風(fēng)管長(zhǎng)度以10m計(jì)算，從84號(hào)風(fēng)管開(kāi)始，風(fēng)管出風(fēng)口距機(jī)頭約5m。根據(jù)這一估算，總距離約為1065m。每個(gè)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)距離可以從84號(hào)風(fēng)道原點(diǎn)得到。在高溫礦山中，掘進(jìn)工作面經(jīng)常暴露在高溫圍巖中，是最嚴(yán)重的熱破壞場(chǎng)所之一。但在系統(tǒng)正常運(yùn)行后，隧道內(nèi)空氣溫度可控制在8℃以下，隧道內(nèi)氣流最大溫差不超過(guò)10℃，有效改善了隧道的氣候環(huán)境。根據(jù)風(fēng)溫預(yù)測(cè)軟件計(jì)算出的采礦工作面冷量需求，分別設(shè)計(jì)了降溫系統(tǒng)、降溫系統(tǒng)、降溫傳輸裝置和排熱系統(tǒng)，并選擇了制冷機(jī)組、降溫管道、空氣降溫器和降溫塔建成。分析了制冷系統(tǒng)的工作狀態(tài)、制冷系數(shù)、制冷效率和降溫?fù)p失，如制冷、輸送、降溫傳輸和散熱。對(duì)采礦工作面的風(fēng)溫等風(fēng)熱參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和分析。因此，根據(jù)上述工作，該降溫系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)如下：①制冷機(jī)組可布置在不同區(qū)域，盡可能靠近熱負(fù)荷中心，降溫?fù)p失??；②系統(tǒng)簡(jiǎn)單，無(wú)高低壓轉(zhuǎn)換設(shè)備，且低壓降溫水循環(huán)較少，和系統(tǒng)降溫?fù)p失??；③降溫水管(光管)是鋪設(shè)在鉆孔，不保溫，施工和安裝方便；④設(shè)備在地面降溫房間小，面積??；⑤整個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)小的投資。

4 未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 制冷效果的檢查

在礦山企業(yè)的管理系統(tǒng)中，降溫系統(tǒng)必須主要由一般的國(guó)防專業(yè)來(lái)控制，機(jī)電、安裝、礦山施工、土建、造價(jià)等專業(yè)的配合才能完成，否則同樣會(huì)被忽略。因?yàn)橹评湫Ч切枰獙?duì)通風(fēng)參數(shù)實(shí)施的，節(jié)能的前提也是達(dá)到制冷效果。從通風(fēng)參數(shù)上談制冷機(jī)組的高效、制冷劑和制冷劑，只是“見(jiàn)樹(shù)不見(jiàn)林”。

4.2 高溫?zé)岷Φ墓芾肀仨毰c燃?xì)?、防火等?zāi)害的管理一樣嚴(yán)格

當(dāng)?shù)V山嚴(yán)重?fù)p壞時(shí)，就會(huì)使用。如果不嚴(yán)重，不管是否問(wèn)，都將擱置一旁。再次使用時(shí)，維護(hù)成本會(huì)更高。將高溫?zé)釗p傷的處理作為安全工作中的一項(xiàng)十分重要的任務(wù)是十分必要的。進(jìn)入二次熱損害區(qū)的礦山應(yīng)納入正常生產(chǎn)程序。當(dāng)冬季熱損傷不嚴(yán)重時(shí)，可將冷量和維護(hù)設(shè)備壓縮調(diào)整，作為一種熱能資源使用。

4.3 降溫部件是未來(lái)降溫技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵

礦山的發(fā)展布局是重要的制約因素。不宜增加流量，減少管道直徑。泵揚(yáng)程增大，降溫設(shè)備的紊流狀態(tài)不能得到保證。一般來(lái)說(shuō)，載體送至末端，但降溫量還沒(méi)有完全交換為熱風(fēng)，然后沿著回風(fēng)管返回。如果降溫設(shè)備的流量由閥門控制，管頭會(huì)增大，流量會(huì)減小，流量也會(huì)減小，無(wú)法達(dá)到降溫能力。

4.4 自主創(chuàng)新能力的提升

總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)礦山的降溫技術(shù)在許多方面已經(jīng)接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。這種差距主要體現(xiàn)在采礦設(shè)備規(guī)模大、自動(dòng)化程度低、生產(chǎn)效率低、資源損失嚴(yán)重等方面。礦山降溫系統(tǒng)基本上是從國(guó)外引進(jìn)的。這是制約我國(guó)礦業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。只有在自主創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，加大科技投入，充分利用后發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，才能解決制約我國(guó)礦業(yè)發(fā)展進(jìn)步的關(guān)鍵問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)我國(guó)金屬礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4.5 載冷劑純度提高

隨著地下環(huán)境和管理水平的提高，制冷劑一般為水，必須適合機(jī)組等設(shè)備的運(yùn)行條件。短期內(nèi)放寬了對(duì)載冷劑的要求，降低了運(yùn)行成本;長(zhǎng)期以來(lái)，由于制冷劑不規(guī)范導(dǎo)致設(shè)備故障，增加了維護(hù)成本，降低了效率。成本不會(huì)被節(jié)省下來(lái)，而且可能會(huì)更多。生產(chǎn)一噸工業(yè)用水的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于生產(chǎn)一噸金屬的成本。

4.6 溫度檢測(cè)和一定的減摩處理

目前，井下生產(chǎn)大多采用機(jī)械化生產(chǎn)方式。由于機(jī)械操作的原因，容易產(chǎn)生摩擦或撞擊引起的火花。一旦這些火花遇到氣體，它們將不可避免地產(chǎn)生燃燒或爆炸。因此，機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備需要進(jìn)行必要的溫度檢測(cè)和一定的減摩處理。最后一件事是防止明火的點(diǎn)燃。在地下，因?yàn)殚_(kāi)火將在點(diǎn)或設(shè)備由生產(chǎn)員工，開(kāi)火是容易引起火災(zāi)，必須嚴(yán)格控制和點(diǎn)火吸煙行為的安全生產(chǎn)，確保使用明火源。

4.7 設(shè)置隔爆或防爆裝置

使用防爆裝置或防爆裝置也是避免安全事故擴(kuò)大化的有效措施。在采礦的實(shí)際生產(chǎn)中，也會(huì)因一些泄漏而發(fā)生瓦斯爆炸。然而，使用防爆裝置和防爆裝置可以有效地防止爆炸蔓延，或降低爆炸燃燒溫度，從而減小爆炸的影響范圍，控制火災(zāi)蔓延趨。

4.8 金屬礦山數(shù)字化

數(shù)字化降溫。數(shù)據(jù)化和數(shù)字化建設(shè)具有重大的意義和作用。目前，中國(guó)正處于礦產(chǎn)品消費(fèi)的高峰期。礦山企業(yè)必須抓住機(jī)遇，利用信息技術(shù)提高礦業(yè)安全控制措施。智能采礦是21世紀(jì)金屬礦山提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和競(jìng)爭(zhēng)力的目標(biāo)。西方發(fā)達(dá)國(guó)家從20世紀(jì)80年代開(kāi)始實(shí)施地下工作面無(wú)人采礦，但目前我國(guó)許多礦山甚至無(wú)法完成機(jī)械化作業(yè)。加快我國(guó)自動(dòng)智能采礦技術(shù)裝備的研究和應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走。在過(guò)去的五年里，鋼鐵礦已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，我生產(chǎn)的自動(dòng)化和遠(yuǎn)程控制智能操作研究，在學(xué)習(xí)，引進(jìn)和采用現(xiàn)代高新技術(shù)的基礎(chǔ)上，同時(shí)全面推進(jìn)數(shù)字礦山建設(shè)，以促進(jìn)金屬礦山數(shù)字化的建設(shè)。

5 小結(jié)

中國(guó)是一個(gè)礦產(chǎn)資源大國(guó)。大力發(fā)展礦業(yè)是建材工業(yè)和其他各行業(yè)高速發(fā)展的需要，也是實(shí)現(xiàn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科技現(xiàn)代化的需要。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過(guò)程中，對(duì)礦產(chǎn)原料的需求和依賴不斷增加，開(kāi)采深度逐漸增加。與此同時(shí)，采礦條件越來(lái)越復(fù)雜，采礦成本也在不斷增加，構(gòu)成了影響國(guó)家工業(yè)化和現(xiàn)代化的根本制約因素。目前。在開(kāi)采過(guò)程中，一些不安全因素會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效率的降低，從而使開(kāi)采周期變長(zhǎng)，進(jìn)而影響工業(yè)生產(chǎn)。在目前的形勢(shì)下，礦山熱害是對(duì)礦產(chǎn)資源生產(chǎn)的最嚴(yán)重威脅，因此在目前的礦山利用中，積極開(kāi)展礦井降溫技術(shù)的改進(jìn)十分有必要。