深井采矿坑内空气质量问题的探讨.pdf

地质 、 采矿 { ’******** ． * 深井 采矿 坑 内空气 质量 问题 的探 讨 北京恩 菲爆破公 司束 国 才 【 摘要 】 结台X 铜 矿理 槔1 0 0 0 m矿 床开 采实 倒， 通过 各 种热蔼散热 量和 坑内 空气温度 升高及 其温度 增加吸热量舳计算 ，探讨槔井坑内空气质量预骥 I 问题。 关键词 深井坑 内空气质量 DI S CUS S I ON ON THE MI NE A I R QUALI TY I N DEEP MI NE B e i j i n g E NFI B l a s t i n g C o S h u Gu o c a i 【 A B { T I A cr 】B a s e d o n t h e m i n i n g e x a mp l e o f a mi n e u n d e r 1 0 0 0 m，小e p m b l e ms o f a i r q u a l i t y f o r e c a s t i n d e e p mi n e a r e di s c u s s e d b y c a l c u l a t i n g t h e r a d i a t i n g q u a n t i t y 0 f v a r i o u s h e a t r e s o u r c e s a n d th e a b s o r b i n g q u a n t i t y wi t h t h e i n c r e a s i n g o f a i r t e mp e r a t u r e a n d h u mi d i t y i n mi n e． K EY WOR DSDe e p mi n e Mi n e a i r Qu a l i t y 在深井矿床开采过程中，坑内空气不断 地经历散热和吸热过程 ；散热过程的散热量 包括围岩、空气绝热 自压、坑内热水、矿石 氧化、机电设备及柴油机 、爆破、人体等热 源的散热量 ；吸热过程 的吸热量是指吸收上 述热源的散热 ，导致通风风流温度升高 ，并 使空气湿度增加 的热量。文中以埋深 l O 0 0 m 的 X 铜矿床为例 ，通过对总散热量和总吸热 量的平衡计算 ，预测矿山开采时的坑内空气 质量 。 1 概 况 铜 矿为 我国有色 金属 矿 山首例 埋藏深 度超过千米 ，且矿体赋存于 I级热害区和 Ⅱ 级热害区的特大型高硫铜矿床。矿区地形属 于低 山丘陵 区，海拔标高 2 0 ～1 5 0 m，属中 亚热带湿润季风气候 ，年平均气温1 6 ． 2 E， 最高4 O ． 2 ℃ ，最低 一1 1 ． 9 ℃ ；矿 区恒温带深 度 2 05 m，温度 1 7 ． 5 5 ℃ ，平 均地热递 增率 2 ． 1 ℃／ 1 0 0 m ，矿体所处层位的原岩温度 3 0 ～ 3 9 ℃ 铜矿主矿体位于青 山背斜轴部 ，大部 分埋藏于 一7 3 0 m标 高以下，受地层层位控 制呈似层状 、透镜状产出，产状与围岩基 本一 致 ，与 背 斜 形 态 相 吻合 。其 走 向 长 度 1 8 1 0 m，水平 投影宽 度 2 0 4～8 8 2 m，最大 厚 度1 0 6 ． 7 m ，一般为 3 0 ～5 0 m。矿体构造简 单 ，节理裂隙不发育 ，矿岩坚硬 ，力学强度 高 ，稳定性好 。 设计 的 铜矿 开拓 方式为侧 翼 主副 井开 拓方案 ，矿石水平运输采用 电机 车有 轨运 输 。主井为箕斗井 ，直径为 5 ． 6 m ，提升能 力 1 3 0 0 0 t ／ d ；副 井 为 罐 笼 井 ，承 担人 员 、 材料、设备的提升任务 ，兼作进风井；另有 一 条措施井作为管缆井 ，并兼做采充失调时 的废石 提升井 。采 矿方法 为阶段空 场嗣后 充 填采矿法。盘 区平面尺寸 1 5 0 m1 5 0 m，布 置采场 2 O个，生产能力 2 4 0 0 t ／ d 。采场长宽 为 7 5 mX 1 5 m，高度为矿体垂直厚度。凿岩 采用高风压潜孔钻机钻凿下向垂直深孔 ，或 液压钻机钻凿扇形中深孔 ，侧 向崩矿 ，6 m 电动铲运机出矿 。采场采用掘进废石和胶结 尾砂浆在采场上部搅拌均匀的混合料充填 。 探井采矿坑内空气质量问题的探讨束 国才 【 邮编 1 0 0 0 3 8 维普资讯 2 通 风 系统 铜矿采用单一对角式通风系统。一般 情况下 ，新鲜风流由副井和新掘的专用进风 井进入坑内，冲洗工作面后由西风井排出地 表。由于夏季 该 地 区 月 平 均 气 温 高 达 2 7 ． 4 ℃ ，已接近 冶金地下矿山安全规程 中关于热水型矿井和高硫矿井的空气温度的 极限值 ，因而必须采取降温措施 。设计中充 分利用矿体上部处于恒温带上下的已有坑道 和地下涌水 温度 1 7 ． 6 ℃ ，对进风风流进 行坑道预冷和冷水喷淋 ，估计可将空气温度 降到 2 2 ℃，相对湿度 9 o ％。 3 坑 内散 热量 3 ． 1 围岩散 热量 围岩散热指的是围岩对处于流动过程 中 的坑内风流空气散发的热量 ，其大小为 Q， K P L t t 式中Q 围岩对空气的散热量 ，k 3『 ／ h ； K 围岩 对 空气 的 热传 导 系 数， k J ／ m2 h ℃ ； P 井巷净断面周长 ，m； L--井巷长度 ，m； f 围岩原始温度 ，℃。 井巷中风流平均温度 ，℃。 围岩对空气 的热传导系数 K 值采用平 松良雄法计算。K值与岩石导热系数 巷 道断面积 S、巷道周长 P，岩石比热 C、岩 石体重 RG 、井巷通风时间 r 、岩壁对空气 的散热系数 a 、井巷空气流速 相关。 利用现场实测的铜矿热物理性质参数 初步整理和分析结果 表 1 ，根据已获得 的测温资料 ，预计主要中段的原岩温度大致 变化范 围 表 2 ，对 铜 矿 进 风侧 围岩 矿石 对空气的散量 Q 进行了详细计算。 3 ． 2 热水散热 量 利用水沟排放坑内涌出地下水时 ，其对 空气散发的热量按下式计算 表 1 岩石热物理性质测试初步 整理和分析精果 表 2 主要 中段的原岩温度大致变化范围 中段／ m 原岩温度 ／ ℃ 7 3 0 7 9 0 91 O 3 4-- 3 6 3 5 3 8 3 7～ 4 O Q 1 ‘ 口 。 t 一t ‘ S 式中Q 水 沟 排 水 时 热 水 散 热 量， ／ h； l 散热系数 ，明水沟取 1 ，暗水 沟取 0 ． 6； ￡ 热 水 平 均 温 度 ， ℃；t 3 5 ℃ t 水 沟 附近风 流平 均 温 度， ℃ ； t 2 7． 5 1 2； S 水沟顶 盖对 空气的散热 总面 积 ，m2 ； d 一热水对空气的散热系数。 按明水 沟考 虑 ，口 4 ． 1 8 1 9 4 ． 9 3 ． 5 v ，k J ／ m2 h- ℃ ； 水沟上顶面宽度0 ． 2 5 m ，设有水沟巷道 总长度 3 7 4 0 0 m．Q 2 9 6 5 k J ／ s 。 3 ． 3 空气绝热压缩散热量 Q p 3 5 ． 3 O Q 拿 H I H 2 式中QP 空气绝热压缩散热量 ，k J ／ h ； Q井巷空气流量，m3 ／ s ； r I 、r 2 井巷始末 端的空气 密度 ， k g ／ n l 3 ； H1 、H2 井巷始末端 的标高，m； 7 7 0 m为平均供风标高 。在不知三 尘的情 有色矿山--1 9 9 9 ． 5 维普资讯 况 下 0 6 1 6 B 空气压 力 ，k V a ； B 7 6 09 H 1 - H2 T 绝 对温度 ， ℃ ； T 2 73 T ，K ； 1 ． 3 0 k g f m3 Q 7 3 如 3 ． 4矿 石氧化 散热量 Q0 P‘ Z ’ 0 式 中Q口 氧化散热量，k I ／ h ； 0 氧化散 热系数 ，k J ／ h m 2 ； 据初步研究 铜矿矿体为氧化不均匀的硫化 矿床 ，按 k 0 7 0 k l ／ h m 2 考虑 ； P _采场平 均暴露周 长，m；P 1 2 0m ； ￡ 采 场平 均暴 露 长 度 总和 ，m； 按设计安排生产采场个数为 8 个 ，采场平均 长度为3 7． 5 。 Q0 7 0 0 k J ／ s 3 ． 5 机 电设 备 散热 量 1 机器作功而被作用体无势船增加 时 Q t N ‰ 式中 1 。 2 。 7 3 ／ 7 ； 1 安装系数 ， I 0 ． 7； 2 同时使用系数 ， 2 0 ． 1 5； 3 负载系数， 0 ． 4 5； 电动机效率 。 O ． 9 7。 Q 1 1 5 4 3 k I ／ s 2 机器作功而增加被作用体势能时 N ’ ％ 17 。 式中‰工作 机和传 动机 构 总的机械 效率 ，‰ 0 ． 7 5。 Q 2 0 6 k J ／ s 3 照明电灯散热量 Q1 N1 1 2 4 k l ／ s 3 ． 6其它散热 量 1 柴油机散热量 、 Qd；B。 。 Z a‘ 式中 B 柴 油 机 燃 料 平 均 消 耗 量 ， k g ／ k W ’ s ； 柴油机 的有效功率 ，k W； 乃柴 油 的 热 值 ， ／ k g ， 4 3 4 7 2 l 【 J ／ k g ； ， ” 柴 油机散 热 量 百 分 比，啦 0． 0 4 ； 其中 B- N 为每秒柴油耗量 ，日柴油耗量 为 6 7 5 k g 。 1 3 ． 6 k J ／ s 2 爆破散热量 Q B ’ K t 式中B 日 爆破炸药用量 ，k g ；B 6 6 0 0 k g ； K 一炸药的爆 热，2 岩石炸药爆 热为 3 6 3 8 k I ／ k g ； f 炸药爆破 的增温时 间，s ；t 2 4X 3 6 0 0 s 。 Q 2 7 8 k l ／ s 3 人体放热 Q ‘ K ／ 3 6 0 0 式 中 坑 内同时 作 业 人 数 ，按 2 0 0 人 ／ 班计 ； K 人 体 散 热 系 数 ，K 8 4 0 k I ／ h 。 Q 4 7 l 【 】 ／ s 坑内总放 热量 为上 述各 项放 热 之 和 ， 即 Q谴∑Q Q， QwQ Qo Q t Q1 十 Qd Q Qm 1 4 8 4 3 ／ s 4 坑 内吸热量及 热平衡计算 井下放热将会引起坑内空气的温度升高 豫井采矿坑内空气质量i 可 题的探讨京国才 邮编 1 0 0 0 3 8 维普资讯 和 随着温度升 高所 导致 的空气 内水蒸 汽含量 增加 。设人坑空气 或 夏季经预玲 包 括巷道 和冷 水 喷 淋 后 的空 气 由 2 2 ℃ 、相 对 湿 度 9 0 ％ 含湿 量 1 4 ． 8 g ／ k g 升高 至 2 7 5 1 2、湿 度 8 5 ％ 含湿量1 9 7 g ／ k g ，所吸收的热量 为 0 1 w以 一w w 1 ’ r ’ 0。 i ／ 1 0 0 0 式 中 w wW 1 末 端 、人端 空气 中含 水量 ，g ／ k g ； r 空气 密度 ，k g ／ 【 n 】 ；r 1 3 0 k g ／ m3 ； 0 风量 ， ／ s ；06 6 0 m3 ／ s ； 空气焙 ，k c a l ／ k g ；i 5 9 7 k e a l ／ k g。 0 l 1 05 0 0 k J ／ s 由于 坑 内空 气 温 度 的 升 高 ，吸收 的热 量 0 2 Ca t 2 一t 1 。 0‘ r 式 中 空气 比热 ，k J ／ k g ℃ ；C a 1 ． 0 0 5 k I ／ k g。 ℃ ； t 1 、t 2 入端、末端空气温度 ， ℃ ； 0 风量 ，m3 ／ s ；06 6 0 m3 ／ s ； r 空 气密度 ，k g ／ m ；r1 ． 3 0 。 0啦 4 7 4 3 k J ／ s 坑 内总 吸热量 为空气 温度升高 吸收的热 量和空气 中湿 度增 加吸收 的热量 ，即 Q啦0啦 0啦2 1 5 2 4 3 k J ／ s 。 5结 论 从以上计算可知 ，设 汁考虑的通风系统 中的坑 内总吸热量与 总放 热量 基本平衡 ，故 可 以得 出如 下结论 1 通过加大风量可以将 铜矿进风侧 的巷 道 内和绝 大部分工作 面空气 温度保 持在 2 7 5 1 3 以下 ，满足 冶金矿 山安全规程的 要求 。 2 由于通风风 流的不均衡 性 ，局 部地 段巷道 和风流较小 的硐 室 内空 气温 度会 超过 冶金矿山安全规程要求的2 7 ． 5 ℃，必须 为 铜矿考虑采用局部制冷措施 ，以保证矿 山开采 正常进行 。 参 考 文献 1 冶金工业部 ，中国有色金屑工业总公司 ，劳动部 冶盎地下矿山安垒规程．1 9 9 0 2 采矿设计手册编写委员会．采矿设计手册 北 京 中 国建 筑工 业 出版 社 1 9 8 7 3 盘眉矿井通 风防尘设计参考 资料编写组．金 属矿井通风 防尘设计参 考资料北京 冶金工业 出版社 】 98 2 作者 简介 束 国才 ．男 ．4 1岁 ，采矿 高级 工程师 从事采矿工程设计 。 北京有色冶金设计研究总院 1 0项设计成果 获 中国有色金属建设协会优秀设计奖 优秀工程 设计 3项 一 等蹩 ． 江西铜业公司德若铜矿台铜废 石治理工程 ；黄山太平索道。 二等奖 重庆两路 口自动扶梯工程。 优秀非标准设备设计 7项 一 等奖 诺 兰达 炉 、 白银 炉余 热 锅 炉 ； K WZRS 5 0 1／ 4 I 电收尘器；往复式原 子滑行车；平津战役纪念馆乡维演示厅机械 设备 。 二等 奖 大型革取 箱设 计 ；2 3 6菅铅 电 除雾器 。 三等奖中自5 5 0 0干吸塔。 获得优秀工程设计一等奖的德 铜矿含 铜废石 综合 治理工程 是 国 内第一家采 用细菌 堆浸 一革取 一电积工艺从合铜硫化矿废石 中 回收铜的工程，填补了国内铜工业采用细菌 浸 出技术 的空 白，有着广 阔的推 广前景 。 有 色矿 山 1 9 9 9 ． 5 维普资讯