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深部矿井热害治理协同地热能开采构想及方法分析

1062 编辑：中冶有色网来源：徐宇,李孜军,贾敏涛,刘华森,潘伟,李明,查道函

2024-04-02 14:21:09

近年来，随着我国浅部矿产资源逐渐开采耗尽以及开采技术和开采装置逐渐增强，矿井开采水平逐渐向深部转移，深部开采将是我国未来资源开发的重要形式且开发潜力巨大[1-2] 目前，我国资源勘探深度低于矿业发达国家，向地球深部进军是我国战略科技需求，5000 m开采深度将是我国金属矿深部开采中长期战略研究目标[3] 高地应力、高地温、高岩溶水压是深部矿井开采的典型赋存环境，高温热害问题是矿井深部开采面临的重要难题[4] 据统计，未来10到15年我国50%铁矿、33%的有色金属矿、53%的煤炭资源将进入千米以下深部开采[5] 目前，我国大约已有32座金属矿山开采深度超过1000 m，超过100多处开采深度超过700 m，其岩温大都已经超过35 ℃，最高温度接近50 ℃ 例如，安徽江泥河铁矿的岩温为40.9 ℃，罗河铁矿西部则达到42 ℃[6] 目前，采掘工作面风流温度超过30 ℃的矿井已经超过140座[7] 矿井热害不仅会影响工人劳动效率，长期在高温环境下作业将影响人体健康，引发各种生理疾病，并容易造成安全事故[8] 多年来，为防治矿井热害确保安全高效生产，各种矿井热害治理方法先后被提出通风降温是最早、最常用的热危害控制方法，但是其降温效果十分有限[9] 为了提高矿井降温效果，各种机械制冷降温方法相继被学者们提出 CHEN等[10]提出以空气作为制冷介质进行压缩制冷孙希奎等[11]、郭平业等[12]设计了以水作为制冷介质的制冷系统，通过使用冰水混合物提高制冷系统的制冷量由于二氧化碳作为制冷介质具有显著优势，ZHAI等[13]提出了二氧化碳循环降温制冷系统这些制冷方法虽然能明显地改善矿井环境，但其运行成本普遍较高且设备体积庞大一些非机械降温方法比如热管降温除湿提高工人舒适度、井巷岩壁喷洒隔热材料减少围岩放热、个体防护服降温、煤层注水预降温、采空区填充体蓄热吸附降温等方法被提出用于矿井热害治理[14-16] 这些降温方法成本较低，但降温效果有限目前，虽然矿井采取了许多降温措施来控制井下的空气温度和湿度，但目前的降温装备和降温方法对井下的降温效果仍然不能满足工人对工作环境的要求[17] 深部矿井开采时，传统的降温方法将面临成本高、效率低、冷量损失大、降温效果差等问题，因此有必要针对深部矿井提出新的降温方法深部矿井热害的治理不仅是我国向

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