阿尔沙斯钾矿井下通风的改善.pdf

≯ 这 ， 3 ． 毒 节 一一 阿尔沙斯钾矿井下通风 的改善 厂r ， f i ’ 一 ． f -、 阿尔沙斯钾矿是法国钾碱矿山公司正在 第一步就是要简化对工作地区条件 描 开采的一个地下矿山。该矿位于法 国东部 ， 矿床含有两层钾碱矿 ，下层厚 4 m，上层厚 1 7 m ，是含盐矿床的一部分。矿山生 产能 力为 1 1 0 0 万 t ／ a ，使用长壁法开采。两层矿 脉赋存深 度从 4 0 0 m 到 1 1 0 0 m。 1 地下工作面的气候特性 阿尔沙斯钾矿开采的钾岩矿床有两个与 众不同的特点，它们直接影响着工作面的气 候 。 一 是由于采 矿深处地 热 增 温 率 高 达 3 ． 7 ℃／ l O O m，致使原岩温度很高。大部分 工作面均在 8 0 0 --l O 0 0 m深处 ，原岩温度在 8 0 0 m深处为 4 7 ℃，在 l O 0 0 m深时达 5 4 ℃。 二是地面湿度很低。一艘庸况下没有水 流人，工作面空气非常干燥 ，相对湿度只有 1 5 ％ ～ 3 5 ％ 。 2 研究工作 内容 针对矿床深部工作面干热这一特点，进 行了在 热环境 下改善工作面气候 条件 的研 ～ 究 。 研究工作主要涉及 热压、工作地区的 良好通风、干热开拓工作面的空气调节。 3 人的耐热能力 人的耐热能力与工作地区的气候条件是 相关联的。工作面的气候条件可以用下面三 个参数值来描述空气 的干球温 度 、 空气的湿球温度 k 及风速 v 。 这三个参数决定了工人与环境的情况。 3 1 综合温度 述，仅用一个参 数来表示工作 区的环境条 件，这个值与上面提到的三个参数有关 ，并 同时考虑了人们工作时的生理需要。 首先，对不 同的国家 ，根据 不 同的规 程 。对这个 问题有不同的解 释 。比如西德和 美国使用 “ 有效温度”这一概念 ，有效温度 可 以从 Ya g l o u图中求 出 见 图 1 ，而法 国 规程上则定义工作地区 “ 综合温度”作为一 个工作面的温度 这里干球温度与岩壁温度 相同，风速为零 。工人在这样工作区工作 ， 在以相同工作强度工作时应有相 同的感觉。 综合温度可以由下式给出 t r 0． 7 t 0． 3 t d b v 式中t 一综合温度 ， ℃； t 广湿球温度 ， ℃； t ～千球温度 ， ℃； v 一风速 ，m／ s 。 根据综合温度 ，确定两个极限 t r 2 8 ℃这样的工作面称为 “ 热工作 面” ，因此在这样的工作面工作时 ，工作时 间应缩短，工人需要特殊的医疗保健。 t ， 3 4 ℃禁止在这样的工作面工作 ， 除非绝对必需 如急救工作 。但是 ，应 当 指出综合温度或多或少是个 经验公式 例 如，如果风速增加 ，综合温度就会降低 ，而 事实上，当风速过高 v ≥3 m／ s 。工人就 会感到不舒服。因此用另一种方法描述工作 面气候条件显得更为有用 ，这种新的方法就 是 必需 的发 汗率 。 3 2 耐热指数所必需的发汗率 为了确定人在热环境 中的耐热能力 ，必 须进行基础研究 。1 9 7 7年阿尔沙斯钾矿委 有色矿山1 9 9 9 2 维普资讯 托斯特拉斯堡 “ 劳动后生理恢复试验室生物 气象学”研究 中心的 V o g t 博士领导一个研 r 6 究小 组的监督 下与该矿 医务人员 密切协作进 行了这项研究工作。 4 0 湿球 温度／ ℃ I 6 20 2 5 3 0 35 4 0 4 50 围 1 Ya g l o u有效 温度 图 必须的发汁率是发汗量或流汗量，它是 气候条件和工作量 新陈代谢 的一个函数。 人体为了保持热平衡而必须分泌的蒸发量。 在人们的工作条件下，参考数据如下 矿工与大气进行热交 换有下面 四种方 衣服隔热 0 ． 2 C a r，即0 ． 0 3 n 1 2 ℃／ W 式 传导 K 、对流 C 、热辐射 R 和蒸 相当于穿短裤 ，短抹和鞋 ； 发 E 。人体中贮存 的热量 H 等于这些热 最大发汗率 1 0 0 0 g ， 即4 0 0 W h n 2 ； 量的代数和 。如下所述 最大失汗量 4 0 0 0 g ／ 班 ， 即 1 5 0 0 W ． h ／ m 2 HM 1 一 十KcR E 最大热存贮量 6 0 W h ／ m 。 式中M一能量消耗 新陈代谢 ； 机械效率 ； 为了避免人体内温度的升高，热贮存量 必须为 0 H0 。人体要维持这一条件决 定一个发汗率也 叫 “ 必须发汗率” ，而这一 必须发汗率就确定了下面的蒸发速度 E r e g M 1 一 KcR 计算是由计算机完成的，结果可总结如 下 必须发汗率是在热环境下工作 的矿工耐 热能力的一个有效指数。 必须发汗率可以作为在热条件下，决定 最长工作时间的一个标准，作为工作场所的 4 工作区气候条件的改善 4 ． 1 工作区通风条件的改善 通风是加速热转换降低工作温度的最简 单、最普通的方法。加强通风还能帮助降低 瓦斯爆炸的危险性以及稀释柴油废气 。 主要进行的工作如下 1 在矿体最深部凿风井。 2 加大排风井和下部主要进风 口的巷 道断面，以减少通风阻力。 3 加大 主扇 功率 每 个 井有 2台 l l 0 0 k W 风 机 。 4 对不同生产工序实行分区通风，每 阿尔抄斯钾矿井下通风的改苦 维普资讯 个生产或掘进风井均配～套专 门的通风 网 路 。 5 矿石运输进 口与其他进 口分开 矿 石的热量会增高空气温度 。 6 在开拓工程中加大风机的功率。 为了改善通风， 自 1 9 6 5年到 1 9 8 4年增 加 了 4 0 ％的风量 从 1 7 m ／ s 增加到 2 4 m ／ s ， 每 l O 0 0 t ／ d 。 可是风量 的增加 是受风速限制 的 例 如，风速过大可 能使尘土飞扬 。因此已经 达到 了极限 ，而不能再加大风量 了。 4 、 2 工作面 的空气调 节 4 ． 2 ． 1 关于集 中制冷系统的研究 研究 了在地表集 中制冷系统 的两 种方 案 1 进入矿井的空气可在地表受到冷却 例如 ，在喷水房 内 ，这种方法没有被采 用，因为 本矿空气非常干燥 空气湿度 2 0 ％～3 0 ％ ；原岩温度高 ；工作面距进风 井很远 有些工作面距进风井约 6 k m 。 由于这些条件 ，进人工作面的空气不可 能被冷却到足以保证工作区达到能够接受的 气候条件。另外集中制冷方式投资巨大。 2 制冷设备可 以安装在地表 ，用以冷 却制冷液 ，然后将其送人井 下并冷却地下 水 。这种冷却水再分配给各冷却器。 但是 ．由于本矿的总体布局的特点 工 作面远离井筒并分散在矿 山的各个角落 ， 使投资太高和管路维修费 昂贵 。 集中制冷系统不适合本矿的条件 ，因此 采用 了在工作面附近安装地下小型制冷设备 的方法 。 4 ． 2 ， 2 阿尔沙斯钾矿的制冷系统 在本矿 ，巷道通常掘进双 巷，中 问 被 2 ． 5 m厚的矿柱隔开 ，每 条 巷 道 宽 4 m，高 2 ． 5 m。每隔 5 0 ～l O O m掘一条联络道横穿 矿柱 ，当巷道继续掘进时，将联络道封闭． 只留最后一条 ，以便形成通风网路。一台风 机保证通风网路的风量约 2 O m 3 ／ s 。 两个工作面由两条风管通风 ，每个工作 面由设在最后一个联络道靠近风井一侧的风 机提供 5 m3 ／ s 的风量。 采掘机是连续掘进机 滚筒式联合掘进 机或臂式联合 掘进机 ，出渣工作是由电动 梭式矿车将岩渣转给设在回风巷道里 随工 作面掘进不断延长的胶带运输机 ，然后 由 胶带运输机运 出。 4 2 ． 2 ． 2 制冷系统的特点 这种掘进巷道制冷系统 见图 2 的基 本设计 由三个热转换循环组成 一 是工作面空气在蒸发机里通过热转换 随着冷冻剂 氟利昂 的蒸发而受到冷却 ； 二是冷冻剂随后进行再压缩 ，产生的热 传递到在冷凝器里循环的冷水中； 三是冷却水将热从 掘进巷道里带走后 ， 不靠空气 自然冷却，而进入冷却器冷却 ，叫 作 “ 二次冷却” 。 4 ． 2 ． 2 ． 3 阿尔沙斯钾矿的制冷系统 见 图 3 1 热巷道掘进的标 准设备由下列各 部分组 成两 台风机 每 台风 机 风量 为 5 m3 ／ s ；冷却空气的蒸发器 ；压缩机 电机 功率 7 0 k W．冷冻剂氟利 昂 1 2 ；空气 冷凝 器 通过冷凝器冷冻剂将热传给水 ；二次 冷却器。 设备的尺寸和重量如表 1 。 表 1 设备尺寸和重量 蒸发机制冷量 2 7 0 k W ； 二次冷却器制冷量 4 5 0 k W； 阿尔沙斯钾矿拥有 7个完整的系统。 2 为了便于在 回风巷道的辅助维修或 特殊地点的局部制冷，采用了可移动的一种 轻型制冷装置。 有色矿山l 9 9 9 ．2 维普资讯 围2 M、D、P 、A矿掘进巷道冷却系统 返回 回风 E 次冷却器 f 泵 辅 助 通 风 管 l ／ ． - 一 回 风 7 7 1 一／1 川 _ 一 ] L 缁 ∥ l 风帆 I 1 0 0 0 1 5 0 0 m 围 3 双 向掘进巷道空气调节圈 轻型制冷装置由下列几个部分组成 器。 l 台蒸发机 ；1台压缩 机 电机功率 2 5 k W，制冷剂 氟 利昂 1 2 ；风玲式冷凝 设备参数见表 2 。 阿尔沙斯钾矿有两套 7 3 k W 制冷装置， 阿尔沙新钾矿R - T通风的改善 维普资讯 表 2 轻型制冷设备 风量 5 m3 ／ s ；两套 3 3 k W 制 冷装置 ，风 量 3 t ／ s 。 3 1 9 8 4年 。1套 7 1 0 k W 制 冷装 置 使用氟利 昂 2 2 作 为地下维修 车间的空 调，这套系统配有冷水循环系统，额定风量 为 3 0 --4 0 r ． 3 ／ s 。 4 2 2 ． 4 操作和维修 1 9 7 5 年使用 了第一套巷 道掘进 的冷却 系统。这十年来遇到的主要问题归纳如下 1 在开始的一周，系统的启动是困难 的。冷冻荆在压缩机可能达到的凝固点而凝 固，在机器启动时可能产生油乳化导致机器 不能润滑从 丽损坏 了压缩 机。这些问题通过 安装一套压缩机的自动启动和操作系统得到 了解决 接线圈是矿山自己设计的 。 2 主要的维修问题是设在回风巷道里 二次冷却器管道 的腐蚀。由于 喷水湿度很 高，这些制冷机必须在含盐、页岩和硬石膏 粉尘的热空气极坏的条件下操作。这些条件 都导致管路腐蚀 ，为此做了大量的调查研究 工作。 最后将热交换器的铜线罔和铜盘进行了 磺砂并使用特殊防腐涂料 ，这样就解决了腐 蚀问题且交换器没有重大损害。 在十年内，同样尺寸的蒸发机的制冷能 力从 2 1 0 k W 增加到 2 7 。 k w，同样尺寸的二 次冷却器 的制 冷 能力也从 3 5 0 k W 增加 到 4 5 0 k W。维修非常容易 维蜂工人只需培训 3 天 ，最重要的维修工作是清洗二次冷却 器 ，因为通过它的粉尘将其弄得很脏。 二次冷却器在地下一年清洗一次 ，表面 每两年用高压水喷射清洗一次。 4 ． 2 ． 2 ． 5 工作面空调的前景 目前使用的空调系统中出现的技术问题 已经得到解决 。 为了冷却采场的空气 。试用了在沿采场 全长的矿柱内布置冷水冷却器 ，但是这些尝 试都失败了，由于风机和电机的可靠性以及 在本矿的条件下很快就积满了污垢的散热器 的凝固等问题 ，把空气送入散热器是相当困 难 的。 5 结论 阿尔抄斯钾矿通过在各种不同领域的全 面研究解决了在热环境下工作的问题 ，并把 医学研究和钾盐矿使用的空调设备，推向了 一 个新 的高 度。 由于取得了研究成果 ，人们现已能够在 可以接受的气候条件下，在矿俸的深部以高 效率进行开拓和生产作业。 就通风而 言，已经达到 了 风速 极 限。希望在不改变设备尺寸大小 二次冷却 器和蒸发机的条件下增加空调系统的制冷 能力。 周旭阳译 刘克宗校 有色矿￡ l l l 2 维普资讯