金属矿山深井人工制冷降温系统模式分析.pdf

S e r i e s No ． 5 0 3 Ma y 2 0 1 8 金 醇 ME TA L MI NE 总第 5 0 3期 2 0 1 8 年 第 5期 金属矿 山深井人 工制冷 降温系统模 式分析 黄寿元1 ,2 , 3赵晓雨1 ,2 ,3 李 刚1 ,2 ,3周 伟1 ,2 ,3 梁 鑫 1 ． 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， 安徽马鞍山2 4 3 0 0 0 ； 2 ． 中钢集团马鞍山 矿山研究院有限公司， 安徽 马鞍山 2 4 3 0 0 0 ； 3 ． 金属矿山安全与健康国家重点实验室， 安徽 马鞍 山2 4 3 0 0 0 ； 4 ． 长沙有色 台 金设计研究院有限公司， 湖南 长沙 4 1 0 0 1 9 摘要深井金属矿山的逐渐增多， 高温高湿热害矿井 日益增加， 且采用加大通风量的通风方式难以解决深部高 温热害问题， 人工制冷降温成为了深部矿井开采的必然选择。然而， 目 前深井金属矿山人工制冷降温系统工程甚少， 这 不仅与人工制冷降温系统本身的复杂性、 投资及运行成本、 维护管理有关 ， 而且受各矿地温地热、 水文地质、 采矿方法、 专业人才储备等多因素影响。首先分析了矿井人工制冷降温冷负荷这一最基础数据计算特点及难点， 然后主要从制冷 机组布置形式、 热量排放途径以及井下通风、 涌水水量水温水质等外部条件提出了6种人工制冷降温模式， 分析了各降 温模式特点及适用条件。研究得出 矿井回风排放冷凝热模式受通风系统影响大， 矿井低温涌水排放冷凝热受矿山涌 水量、 水温、 水质、 水文水质条件影响大， 水温宜≤3 0℃。 实例计算说明 采用“ 进出口空气焓差” 计算冷负荷 ， 计算简单， 适合于工程设计中采用。该研究有利于提高矿山设计院、 设备厂家及矿山生产企业对矿井人工制冷降温系统的宏观认 识 。 关键 词人 工制冷降温 热 害 深部金属矿井 集 中式 分散 式 中图分类号 T D 7 9 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 1 1 2 5 0 2 0 1 8 ⋯ 0 5 1 6 5 0 7 DoI 1 0． 1 9 6 1 4 1 i ． c n k i ． i s k s ． 2 0 1 8 0 5 0 3 4 An a l y s i s o n t h e M o d e l o f Ar t i fi c i a l Re f r i g e r a t i o n Co o l i n g S y s t e m i n De e p M e t a l M i n e s Hu a n g S h o u y u a n ，2 ， Z h a o Xi a o y u ，2 L i Ga n g ，2 ， 0 Z h o u W e i ，2 ， L i a n g Xi n 4 1 ． Hu a w e i N a t i o n a l E n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n r o f ni g hE f fic i e n t C y c l i c U t i l iz a t i o n o fMe t a l l icMi n e r a l R e s o u r c e s C o ． ， L t d ． ， Ma a n s h a n 2 4 3 0 0 0 ， C h i n a ； 2 ． S i n o s t e e l Ma a n s h a n I n s t i t u t e o f Mi n i n g R e s e a r c h C o ． ， L t d ． ， Ma a n s h a n 2 4 3 0 0 0 ， C h i n a ； 3 ． S t a t eK e y L a b o r ato r yofS a f e t ya n dH e a l t h f o r Me t a l I I nes ， Ma a n s h a n 2 4 3 0 0 0 ， C h i n ． 4 ． C h a n g s h a N o n f e r r o u s Me t a l l u r g i c a l De s i g n R e s e arc h I n s t i t e C o ． ， L t d ． ， C h a n g s h a 4 1 0 0 1 9 ， C h i n a Ab s t r a c t W i t h t h e i n c r e a s i n g o f d e e p me t a l mi n e s ，s u c h h e a t d a ma g e a s h i g h t e mp e r a t u r e a n d h i g h h u mi d i t y a r e inc r e a s i n g d a y b y d a y ，a n d i t i s d i ffic u l t t o s o l v e the p r o b l e m o f h i g h h e a t d a ma g e i n d e e p mi n e s b y me a n s o f i n c r e a s i n g v e n t i l a t i o n ． Ar t i fi c i a l c o o l i n g h a s b e c o me a n i n e v i t a b l e c h o i c e f o r d e e p u n d e r g r o u n d mi n i n g ． Ho we v e r ， a t p r e s e n t ， t h e r e a r e v e r y f e w p r o j e c t s o f a r t i fi c i a l c o o l i n g s y s t e m i n d e e p m e t a l m i n e s ， w h i c h i s n o t o n l y r e l a t e d t o the c o m p l e x i t y ， i n v e s t me n t ， o p e r a t i o n c o s t a n d ma i n t e n a n c e o f a rti fi c i al c o o l i n g s y s t e m． Al s o ， i t i s a f f e c t e d b y ma n y f a c t o r s ，s u c h a s g e o t h e r ma l ，h y d rog e o l o g y ，mi n i n g me t h o d s ，p r o f e s s i o n a l t a l e n t r e s e r v e， e t c ．T h e c h a r a c t e ris t i c s o f a n d t h e d i ffic u l t i e s i n c alc u l a t i o n o f the mo s t b a s i c d a t a o f a r t i f i c i a l c o o l i n g l o a d i n mi n e s we r e a n aly z e d ． S i x k i n d s o f a r t i fi c i a l c o o l i n g mo d e s we r e p u t f o r w a r d f r o m the e x t e r n a l c o n d i t i o n s o f t h e l a y o u t o f ma i n r e f ri g e r a t i n g u n i t s ， t h e a p p r o a c h o f h e a t d i s c h a r g e ， u n d e r g r o u n d v e n t i l a t i o n ， w a t e r i n fl o w， t e mp e r a t u r e a n d q u ali e t c ． ． Th e c h a r a c t e ri s t i c s a n d a p p l i c a b l e c o n d i ti o n s o f e a c h c o o l i n g mo d e we r e a n a l y z e d ．Th e r e s u l t s s h o we d t h a t the c o n d e n s i n g h e a t mo d e l o f mi n e r e t u r n a i r d i s c h arg e wa s gre a t l y a ff e c t e d b y v e n t i l a t i o n s y s t e m， a n d the c o n d e n s i n g h e a t o f l o w t e mp e r a t u r e g u s h i n g wa t e r d i s c h a r g e wa s g r e a t l y aff e c t e d b y mi n e w a t e r i nfl o w，t e mp e r a t u r e a n d q u ali t y ，h y d rog e o l o g i c a l c o n d i t i o n s w i t h wa t e r t e mp e r a t u r e l e s s t h a n 3 0℃ a p p r o p ri a t e l y ． T h e c a l c u l a t i o n s h o w e d t h a t i t i s s i mp l e t o c a l c u l a t e t h e c o o l i n g l o a d b y u s i n g “ e n t h a l p y d i ff e ren c e b e t we e n i n l e t a n d o u t l e t a i r ” ，wh i c h i s s u i t a b l e f o r e n g i n e e ri n g d e s i g n ． Th i s r e s e a r c h i s h e l p f u l t o i mp r o v e t h e ma c ro - u n d e r s t a n d i n g o n mi n e a r t i fi c i al r e f rig e r a t i o n c o o l i n g s y s t e m b y t h e mi n e d e s i gn i n s t i t u t e ， 收稿 日期 基金项 目 作者 简介 2 0 1 8 - 0 3 - 09 “ 十三五” 国家重点研发计划重点专项 编号 2 0 1 7 Y F c 0 8 O 5 2 0 4 ， 2 0 1 7 年安全生产重特大事故防治关键技术科技项 目 编号 a n h u i 一 0 0 0 6 2 0 1 7 AQ、 a n h u i 一 0 0 0 7 2 0 1 7 AQ 。 黄寿元 1 9 8 3 一 ， 男 ， 工程师 。 1 6 5 总第 5 0 3期 金 属 矿 山 2 0 1 8 年第 5期 e q u i p me n t ma n u f a c t u r e r s a n d mi n e p r o d u c t i o n e n t e r p r i s e s ． Ke y wo r d s Ar t i fi c i a l c o o l i n g ， He a t d a ma g e， De e p me t a l mi n e ，C e n t r a l i z a t i o n， Di s t r i b u t e d t y p e 随着我国金属矿山开采向深部延伸 ， 深井金属矿 山 日益增加。 深部开采过程中地温地热这一主要热源 无法避免， 热害矿井凸显【 1。人工制冷降温成为了金 属矿井深部开采的必然 、 最直 接选择 ， 也涌现 出了诸 多人工制冷降温新技术 ， 如招金矿业夏甸金矿在井 下 一 7 4 0 m中段建立了国内第一座金属矿山局部制冷 降温系统， 主要针对独头掘进巷道进行降温， 降温幅 度 4 ～ 6℃⋯。各矿山水文地质条件、 通风系统等条件 不同， 矿山企业在进行通风优化的同时， 以小规模、 单 个或多个作业面需冷的分散式局部制冷降温解决矿 井热害问题， 仅有部分高强度开采的大型深井矿山开 始应用集 中制冷 ， 如铜陵有色冬瓜山铜矿正在建设国 内第一座金属矿山集中制冷降温系统， 该系统采用地 表集 中式 、 往井下送冷风模式。我国深部金属矿井人 工制冷降温系统工程寥寥无几， 检索文献中未见有系 统性、 宏观性地介绍金属矿井降温系统模式供矿山企 业参考。这不仅与人工制冷降温系统本身的复杂性、 投资及运行成本、 维护管理有关 ， 而且受各矿地温地 热、 水文地质、 采矿方法、 专业人才储备等多因素影响 [ 4 - 5 1 。笔者结合暖通专业知识及矿山通风、 降温工作经 验 ， 宏观性地对深部金属矿井人工制冷降温系统模式 进行了探讨。 1 冷负荷计算 矿 山主要热 源包括 围岩散热、 热水散 热 热水型 矿山 以及机械设备散热。 分项散热量计算中， 围岩散 热与围岩原始温度、 风流温度以及围岩表面换热系数 等基本参数有关， 热水散热与井下热水涌水量、 涌水 模式一 地表集 中式制 冷降 温 系统 ，往井 下输 送冷媒 冷水 情况、 水温有关， 机械设备散热与机电设备功率、 外部 通风系统风量有关 ， 对各热源散热量分项理论计算极 其复杂。在矿井降温工程设计 中可采用如下公式计 算 Q MA HpV i l 2 ， 1 式 中， Q为冷负荷 ， k W； 为空气质量流量 ， k g ／ s ；△ 日 为焓差 ， k J ／ k g ； i 。 为进风空气比焓 ， k J ／ k g ； i 2 为出风空 气 比焓 ， k J ／ k g ； P为空气密度， k g ／ m ； V为体积流量 ， m3 ／ s 。 该公式按照能量守恒原理，利用工作面进出口 空气焓差法可以反算工作面散 热量 ，将工作面人 口 的初始空气能量状态 i 处理到终点能量状态 i 2 过 程所发生的能量 焓 变化量即工作面需冷量。计算 只需确定设计冷风量 、进 出口空气进 、出 口空气 比 焓 ，而空气比焓由空气温度与相对湿度参数即可查 焓湿图确定 。以大红山铁矿井下 6 胶带驱动站降温 设计为例，该降温模式采用制冷降温模式五一井下 局部 分散式 制冷降温系统、 矿井回风排热， 设计风 量 1 5 m 3 ／ s ， 选择进风温度 3 4 ． 5℃， 相对湿度 8 0 ％， 焓 值为 1 2 6 ． 4 k J ／ k g ， 降温 目标温度为 2 8℃ ， 相对湿度 9 0 ％， 焓值为 9 8 ． 1 k J ／ k g ， 设计计算冷负荷约 5 1 0 k W， 经现场实施验证其降温效果 良好 ， 达到预期效果。 2 人工制冷降温模式选择 图 1 为矿山主要人工制冷降温模式。 根据制冷降温系统冷负荷、 服务范围， 划分为集 中式降温系统、 分散式降温系统。其中集中式降温系 统根据制冷机组所在位置， 分为地表集中式与井下集 深井金属矿 山 人工制冷降温模式选择 按照制冷降温系统冷负荷、服务范围 地表集 中式 井下集 中式 模式二 井下集中式制冷降 温系统 ，冷凝热排 放装置 布置在地 表 模式三 井下集中式制冷降 温系统 ，冷凝热矿 井回风排放 分散式降温系统 模式四 井下集中式制冷降 温系统，冷凝热低 温涌水排放 按照冷凝热排放途径 模式五 井下局部 分 散 式 制冷降温系 统 ，矿井回风排热 模式 六 井下局部 分散 式 制冷降温系 统 ，低温涌水排热 图 1 人工 制冷 降温模式 Fi g ．1 Ar tific i a l r e f r i g e r a tio n a n d c o o l i n g s y s t e m mo d e 黄寿元等 金属矿山深井人工制冷降温系统模式分析 2 0 1 8 年第 5 期 中式 ， 井下集 中式按照冷凝热排放装置位置及冷凝热 散热途径 ， 分为冷凝热地表排放 、 矿井 回风及矿井水 仓涌水排热。 总体说来， 从制冷机组、 散热装置相对位 置以及冷凝热排放途径等方面综合考虑， 可以划分 6 种 降温模式。 2 ． 1 模式一 该模式在地表集 中布置制冷机组及冷凝热散 热 装置 ， 冷媒 冷水 、 冷风或冰块 经过管道 或井筒 往 井下输送。系统主要设备包括地表制冷机组 、 地表排 热或热回收装置、 冷冻水泵、 冷却水泵、 水管、 空冷器， 高低压转换器 深井 等组成。冷媒一般选择冷水介 质 ， 通过冷水 机组蒸发器直接制取低温冷水 ， 经过管 道沿井筒或斜坡道或管缆井直接输送至井下 ， 在末端 配置二次换热装置 空气冷却器或空冷器 ，进行冷 水一热风间接换热得到冷风送往工作面 ， 而冷冻水经 空冷器换热后升温经回水管道返 回至冷水机组 ， 在水 冷机组 内部经蒸发器 、 压缩机 、 节流阀、 冷凝器等结构 将回水中热量及压缩机做功产生的热量 统称为冷凝 热 转移到冷凝器的冷却水中， 冷凝热可以经地表冷 却塔或者采用热回收装置回收利用， 整个降温流程完 成制冷 、 输冷 、 散冷 换热 以及冷凝热直接排放或 回 收利用。图 2 为模式一 地表集中式制冷降温系统， 井下输送冷媒 冷水 示意图。 制热供暖 冷凝器 蒸 发器 地 表 777_ 图 2 人工制冷降温模式一 Fi g ． 2 M o d e I o f a r t i fic i a l r e f r i g e r a t i o n a n d c o o H n g s y s t e m 2 ． 2 模式二 该模式在井下集中布置制冷机组， 冷凝热散热装 置布置在地表。制冷机组制取冷媒 冷水 经过管道 直接输送至工作面空冷器 ，制冷机组产生的冷凝热 通过冷却水管路输送 至地表冷却塔 或热 回收装置 ， 换热后冷却水返 回至井下制冷机组冷凝器 。系统主 要设备包括井下制冷机组、 地表排热或热回收装置、 冷冻水泵、 冷却水泵、 水管、 空冷器等组成。图3 为模 式二 井下集中式制冷降温系统 ， 冷凝热排放装置布 置在地表 结构示意图。 制热供暖 热水 冷却水 出水 热水 冷却水 回水 图 3 人工制冷 降温模式 二 Fi g ．3 M o de I I of ar t i fic i al r e f r i g e r a tio n a nd c oo Rng s ys t e m 2 ． 3 模式三 该降温模式是在井下集中布置制冷机组， 冷凝热 散热装置也布置在井下。 制冷机组制取冷媒 冷水 经 过管道直接输送至工作面空冷器， 制冷机组产生的冷 凝热通过冷却水管路输送至井下冷却塔， 换热后冷却 水返回至制冷机组。系统主要设备包括井下制冷机 组 、 井下排热装置一冷却塔、 冷冻水泵 、 冷却水泵 、 水 管、 空冷器等组成 。制冷机组的冷凝器 中发生制冷剂 与冷却水热交换 ， 将冷凝热释放在冷却水中， 通过冷 却水泵将热的冷却水就近输送至井下冷却塔， 在冷却 塔中发生冷却水一矿井回风冷热交换， 将冷却水中冷 凝热最终释放至矿井 回风 ， 通过通风系统回风系统完 成井下冷凝热排放， 降温后的冷却水再次返回至制冷 机组 ， 循环作用。井下布置冷却塔， 因冷却水中冷凝 热的最终排放需要通过冷却水一空气的热交换， 冷凝 热最终释放至矿井空气环境。图 4为模式三 井下集 中式制冷降温系统， 冷凝热矿井回风排放 结构示意 图 。 2 ． 4 模式四 该降温模式是在井下集中布置制冷机组 ， 同模式 三的主要区别在于冷凝热排放方式不 同。系统主要 设备包括井下制冷机组、 井下水仓 天然冷却塔 、 冷 冻水泵、 冷却水泵、 排水泵、 排水管、 空冷器等组成。 制冷机组的冷凝器中发生制冷剂与冷却水热交换 ， 将 冷凝热释放在冷却水中， 利用井下具备的水仓低温涌 水，在水仓布置换热器或直接将冷却水混入水仓 ， 将 1 67 总第 5 0 3期 金 2 0 1 8年第 5期 地 表 冷凝器 蒸发器冷水 冷冻水 空冷器 堡 {＼ 堡 望 fI ＼ r F l _ ◆冷 风 _ L 卜 丢 i J 中 段 他 冷却塔 ／ 冷却水泵 冷水泵 图 4 人工制冷 降温模 式三 Fi g． 4 M ode I I I o f ar tific i a l r e f r i ge r a tio n a nd c oo l i ng s ys t e m 冷凝热排放至水仓 中 ， 水仓涌水再经排水泵 、 通过排 水系统排至地表 。 结合井下涌水及水仓位置 ，以矿井涌水作 为冷 源 ， 主要适用于矿井涌水水源充足、 水温适宜的矿井 ， 对于矿井涌水水源、 水温不能满足井下降温冷能提取 量要求的矿井， 需要其他水源作为补充 。如新城金 矿采用了水源热泵系统 ， 矿井水水温较低 ， 矿井涌水 温度 2 8 ℃左右，作为矿井降温专用机组良好的冷却 水源。利用矿井丰富的低温涌水资源作为冷源去冷 却冷却水 ， 实现机组冷凝热 的冷却 ， 冷凝热最终通过 水仓排水系统排走 。图 5为模式四 井下集 中式制冷 降温系统， 冷凝热井下水仓涌水排放 结构示意图。 地 表 水仓 冷凝器 蒸发器冷水 冷冻水 空冷器 水仓 图 5 人工制冷 降温模式 四 Fi g ． 5 M o d e I V o f a r t i fi c i a l r e f r i g e r a t i o n a n d c o o fi n g s y s t e m 2 ． 5 模式五 该 降温模式是结合 区域降温范围内各水平采场 及掘进作业 面布置特点 ， 以中段为服务 目标 ， 选择在 1 ～ 2 个水平相对集中布置制冷机组。 系统设备组成基 本同集中式制冷降温系统， 只是单台制冷降温机组规 ． 1 68 模较小 、 系统布局较为分散 ， 采用矿井 回风最终实现 冷凝热的排放， 全矿通风系统或局部通风系统密切结 合。 图 6 为模式五 井下局部 分散式 制冷降温系统 结构示意图。 地 表 冷凝器 蒸发器冷水 冷 冻水 空冷器 _ ◆ 冷 风 冷冻水去本中段工作面 冷却塔 ／ 冷却水泵 冷水泵 冷凝器 蒸发器冷水 冷冻水 空冷器 F 血 - ◆ 冷 风 冷冻水去本 中段工作 面 堕 [ 堡 查墨 堡查墨／ 图 6 人 - r J 冷 降温模式五 F i g ． 6 M o d e V o f a r t i fic i a l r e f r i g e r a tio n a n d c o o l i n g s y s t e m 2 ． 6 模式六 该降温模式是结合降温范围内各水平采场及掘 进作业面布置特点 ， 以中段为服务 目标 。系统设备组 成基本同集中式制冷降温系统 ， 只是单台制冷降温机 组规模较小、 系统布局较为分散 ， 采用水仓低温涌水 最终实现冷凝热的排放 ，与井下水仓水温 、水质、 水 量 、水仓排水系统密切相关 。本模式采用井下局部 分散式 制冷降温系统， 制冷机组单机负荷较集中式 降温系统小， 但是系统组成基本同模式四的集中式降 温系统 ， 缺一不可。 图 7为模式六 井下局部 分散式 制冷降温系统， 低温涌水排热 结构示意图。 3 降温模式比较 根据各制冷降温模式的系统组成结构特点、 冷负 荷规模及冷量制取、 热量排放等技术方面以及投资及 运行经济成本分析 ，各模式 的优缺点 比较如表 1 所 示 。 模式一 、 模式二 、 模式三 、 模式 四四者的共同点是 采用集中式制冷降温系统， 主要区别在于制冷机组与 冷凝热散热装置 的安装位置 以及冷凝热 的排放方式 不同。模式五与前 4种模式的主要区别在于制冷机 组制冷量 、 规模不同 ， 且只能采用矿井 回风排放冷凝 热。 模式一的最大的优点是制冷机组及排热装置布 置地表， 后期维护管理方便 ， 制冷机组设备安全性能 要求低 ， 但是存在冷媒输送管路长， 冷量损失大， 机组 低温涌水排热 一 黄寿元等 金属矿山深井人工制冷降温系统模式分析 2 0 1 8 年第 5 期 图 7 人工制冷降温模式六 Fi g ． 7 M o d e VI o f a r t i fi c i a l r e f r i g e r a t i o n a n d c o o l i n g s y s t e m 冷负荷大， 初期投资及后期运行成本最高。模式二克 服了模式一 中冷媒长距离输送过程的冷量损失。 模式二 中制冷机组布置在井下 ， 冷媒以较短距离 送往工作面 ， 冷量损失小 ， 较模式一 中冷量损失减少 1 0 ％～ 2 0 ％，初期投资及后期运行成本相对模式一要 低。 模式二与模式三的主要区别是冷凝热排放装置 一 个在地表， 一个在井下， 这样使得模式二不受通风 系统影响， 模式三利用矿井回风排热， 要求有可利用 的矿井回风， 风量风温风质可满足冷却塔中冷却水与 空气换热需求 ， 受矿井通风系统影响大， 可能发生冷 凝热的二次热污染， 恶化现有通风系统效果 ， 这与降 温系统出发点相违背 。 模式四从技术角度分析 ， 相对模式二 、 模式三具 有利用矿井井下天然冷源的优势， 但是三山岛金矿井 下涌水难以满足模式四中集中式制冷降温系统冷却 水冷却要求。 模式五需要多达十几台移动式局部降温机， 导致 后期维护 、 管理成本高 ， 且冷凝热排放仍 只能通过矿 井回风系统排放 ， 矿井 回风风量、 风温 、 风质对冷凝热 排放效果影响极大， 很难确保制冷降温效果。 模式六从技术角度分析 ， 基本 同模式 四， 具有利 用矿井井下天然冷源的优势， 前提条件是矿山涌水资 源丰富 ， 水量 、 水温 、 水质有保障 ， 且对水仓 内换热器 防腐、 换热性能要求高 设置内外水仓可以不设置换 热器 。 因此， 各降温模式各有特色 ， 降温设计时必须结 合矿山现有通风、 排水条件， 各模式投资、 运营及后期 维护管理成本进行经济 比选 ， 最终选择选择制冷技术 成熟、 可靠 ， 投资较少的降温模式。 4 结论与展望 4 ． 1 结论 1 基于井下开采大空间的封闭和作业面小空间 的开放特性， 需冷量 冷负荷计算 是选择降温模式和 维持降温效果的关键参数。矿山降温设计工程中若 按照各热源散热量分项理论计算冷负荷 ， 因理论计算 公式中涉及诸多参数及假设条件，计算十分复杂， 推 荐采用“ 进出口空气焓差” 计算冷负荷， 计算简单， 适 合于工程设计中采用。 2 针对集 中式和分散式 2种降温模式 ， 集中式 制冷降温系统模式的显著特点是前期投资及后期运 行维护成本高， 如地表集中式降温需要长距离输送冷 量， 冷量损失大， 管道输送受到井筒条件限制， 冷量输 送困难， 最终导致冷量有效利用率低。矿山企业在选 择降温模式时， 建议前期选择小规模、 服务单个或多 个作业面需冷的分散式局部制冷降温系统模式为宜。 3 制冷降温模式选择与井下生产条件 、 热湿源 分布密切相关， 其中采用矿井回风排放冷凝热模式受 通风系统影响最大 ， 采用矿井低温涌水排放冷凝热受 矿山涌水量、水温、水质等水文水质条件影响最大。 除模式一中直接输送冷风冷媒模式外 ， 其他各降温模 式中需要配置末端换热器一空冷器 ， 空冷器热交换受 通风系统风量、 风质 粉尘、 油污、 尾气等 影响， 降温 地点降温效果与通风系统通风效果紧密相关。 4 采取加大通风的通风降温系统相对人工制冷 降温系统 ， 通风系统风机、 通风构筑物等管理简单， 矿 山更容易接受加大风量形式的通风降温解决深井热 害问题 。而矿井人工制冷降温不论是集中式还是局 部降温模式，初期建设成本和后期运营成本都非常 高， 基于 目 前持续低迷的矿业形势， 人工制冷降温系 统在 国内深井矿 山的推广应用仍面临着巨大的经济 困难 。 4 ． 2 几点展望 1 开展可控循环通风降温技术研究 。采用该方 法相当于营造地表建筑室内封闭空间， 使得降温区域 冷量得以循环利用 ， 显著减少矿山井下巷道纵横交错 等开放空间及直流式通风系统造成的较大冷量损失， 相对提高冷量 的有效利用率 。 2 开展矿山降温冷凝热回收利用、 余热发电等 节能技术研究 。采用该技术是将矿 山热害 “ 变废为 宝” ， 有利于减少人工制冷降温系统运行成本， 促进人 】 6 9 总第 5 0 3期 金 属 矿 山 2 0 1 8 年第 5期 模式一 地表集 中式制冷降温系 统，往井下输送冷媒 1 制冷机 组及排 热装置布 置地表 维护管理方便 ； 后期 1 冷媒输送管路长， 冷量损失大 2 冷凝热地表排放 ， 不影 响通风系统 ； 3 制冷机组设备安全性能要求低。 2 冷冻水水压大，管道及末端换热器承 压要求高 ； 3 机组冷负荷大，初期投资及后期运行 成本最高 。 工制冷 降温技术的推广使用 ， 符合“ 绿色生态矿 山” 建 设要求 。 3 加强矿 山行业暖通专业人才储备 、 培养 。鼓 励矿山设计院、 设备厂家、 热害矿山企业配备暖通专 业人才，尤其是热害矿山企业配备暖通专业人才， 有 利于矿山企业接受矿井降温技术及矿山降温工程投 入运营的维护管理。 参考文 献 [ 1 ] 余恒昌． 矿山地热与热害治理[ M] ． 北京 煤炭工业出版社 ， 1 9 9 1 ． Yu H e n g c h a n g ．Mi n e G e o t h e r m a l a n d H e a t Ha rm C o n t r o l[ M] ． 1 70 B e i j i n g C o a l I n d u s t r y P u b l i s h i n g H o u s e ， 1 9 9 1 ． [ 2 ] 高志鹏． 矿井 降温技术研 究现状及展 望 _ J ] ． 应用 能源技 术， 2 0 1 4 1 1 3 8 43 Ga o Zh i p e ng ． Mi n e c o o l i n g t e c h no l o g y r e s e a r c h s i t u a t i o n a n d p ro s p e c t [ J ] ． A p p l i e d E n e r gyT e c h n o l o gy， 2 0 1 4 1 1 3 8 4 3 ． [ 3 ] 宝海忠， 姜云， 居伟伟， 等．夏甸金矿深部开采制冷机组应用实 践 [ J ] ． 现代矿业 ， 2 0 1 5 5 1 9 6 1 9 8 Ba o Ha i z h o ng ，J i a n g Yu n ， J u We i we i ，e t a1． Ap p l i c a t i o n p r a c t i c e o f d e e p mi n i n g r e f r i g e r a t i o n u n i t i n Xi a d i a n G o l d Mi n e l J J ． Mo d e m Mi n i n g ， 2 0 1 5 5 1 9 6 1 9 8 ． [ 4 ] 黄寿元， 侯玉强． 矿井深部热害分析及治理研究[ J ] ． 现代矿业 ， 2 0 1 1 1 0 2 4 ． 2 7 ． 黄寿元等 金属矿山深井人工制冷降温系统模式分析 2 0 1 8 年第5 期 Hu a n g S h o u y u a n，Ho u Yuq i a n g ． An a l y s i s a n d h e a t h a r m c o n t r o l i n d e e p m i n e [ J j ． Mo d e m Mi n i n g ． 2 0 1 1 1 O 2 4 ． 2 7 ． [ 5 ] 黄寿元， 蔡建华， 李刚． 沃溪坑13 千米深井降温技术研究与实 践[ J ] ． 黄金科 学技术 ， 2 0 1 6 ． 2 4 3 8 1 ． 8 6 ． Hu a n g S h o u y u a n， Ca i J i a n h u a n， L i Ga n g ．Re s e a r c h a n d p r a c t i c e o f c o o l i n g t e c h n o l o g y i n W0 x i P i t h e a d K i l o me t e r D e e p Mi n e [ J ] ． G o l d S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， 2 0 1 6 ， 2 4 3 8 1 8 6 ． [ 6 ] 何满潮， 徐敏．H E M S 深井降温系统研发及热害控制对策[ J ] _ 岩 石力学与工程学报， 2 0 0 8 ， 2 7 7 1 3 5 3 ． 1 3 6 1 ． He Ma n c h a o，Xu Mi n ．Re s e a r c h a nd d e v e l o p me n t of HEMS c o o l i n g s y s t e m a n d h e a t - h a r m c o n t r o l i n d e e p mi n e [ J ] ． C h i n e s e J o u ma l o f R o c k Me c h a n i c s a n d E n g i n e e r i n g ， 2 0