深部矿井高温环境控制技术与能源利用优化

深部矿井高温环境控制技术与能源利用优化

豆琪

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摘要：随着矿井开采深度的增加，高温环境问题日益严重，对矿工健康和生产效率产生极大影响。本文针对深部矿井高温环境，分析了其特点及影响因素，探讨了通风降温、空调降温和冷却井壁等控制技术，并提出了能源利用优化策略。研究结果表明合理应用高温环境控制技术和优化能源利用策略，有助于改善矿井作业环境，降低生产成本，提升矿井整体经济效益。

关键词：深部矿井；高温环境；控制技术；能源利用

引言

深部矿井高温环境是制约矿井安全生产和矿工健康的重要因素，随着矿产资源开采向深部延伸，地热梯度导致矿井环境温度不断升高，加之湿度大、空气质量差等问题，使得矿井作业环境愈发恶劣。针对这一问题，国内外学者进行了大量研究，提出了多种高温环境控制技术和能源利用优化策略，然而如何根据矿井具体条件，选用合适的高温环境控制技术，并实现能源的高效利用，仍是一个亟待解决的问题，本文旨在分析深部矿井高温环境特点及影响因素，探讨高温环境控制技术及其能源利用优化策略，以期为矿井安全生产提供理论指导和实践参考。

一、深部矿井高温环境特点及影响因素分析

（一）深部矿井高温环境特点

深部矿井的高温环境极具挑战性，其显著特点在于极端的高温、高湿及空气质量恶化，随着开采深度的不断推进，地热能的累积导致岩体温度显著上升，进而使得矿井内部温度急剧攀升，形成酷热难耐的工作环境，加之矿井内湿度普遍偏高，特别是在夏季，高温高湿环境极大地降低了矿工的工作效率，并可能诱发中暑乃至热射病等严重健康问题。同时深部矿井的空气质量因粉尘弥漫、有害气体（如一氧化碳、二氧化硫等）浓度增加而显著恶化，长期暴露于此类环境中，对矿工的呼吸系统及整体健康构成了严重威胁[1]，因此改善深部矿井的高温、高湿及空气质量问题，成为保障矿工安全与健康、提升生产效率的关键所在。

（二）影响深部矿井高温环境的因素

深部矿井高温环境的形成受多重因素交织影响，其中地质条件是基础，地热梯度的高低、岩石的热传导性能以及地下水的流动与分布，均直接决定了矿井的初始温度水平，而采矿工艺是加剧高温的重要因素，爆破作业释放的巨大能量、采掘设备运转时产生的摩擦热，不断向矿井环境中注入热量，使得温度进一步攀升，此外通风与空调系统的效能至关重要，合理的通风方式、充足的风量及适宜的风速能有效降低矿井温度，而空调设备的性能优劣及在矿井内的合理布局，更是直接决定了矿井内环境温度的调控效果，因此要有效缓解深部矿井的高温问题，需综合考虑并优化上述各方面因素。

二、深部矿井高温环境控制技术

（一）通风降温技术

通风降温技术作为深部矿井应对高温环境的关键策略，该技术通过精心设计的通风方案，包括科学选定通风方式，例如抽出式通风，以强大吸力快速排出矿井内积聚的热量，精细调整通风参数，如风量、风速等，确保空气流动高效且均匀以及优化通风设备的布局与配置，构建起一个高效运转的通风系统，这样不仅能确保该系统有效地降低矿井内部的温度，改善作业环境，还能促进矿井内有害气体的稀释与排出，提升空气质量。此外不断优化通风网络结构，减少风流阻力，提高通风效率，也是进一步降低矿井高温、保障矿工健康与安全的重要举措。

（二）空调降温技术

空调降温技术作为深部矿井高温环境控制的又一强有力手段，其应用效果尤为显著。针对矿井特殊环境，设计科学合理的空调系统是首要任务，因此选用高效能、耐高温、耐腐蚀的空调设备，能够确保设施设备能够在恶劣条件下稳定运行，并持续为矿井内部提供凉爽空气[2]。同时实施精细化的运行控制策略，如根据矿井温度、湿度及人员分布自动调节制冷量，能够实现能源的最大化利用与温度的精准控制，此外空调系统的安装与维护也需充分考虑矿井实际情况，确保降温效果持久稳定，为矿工创造更加安全、舒适的作业环境。

（三）冷却井壁技术

冷却井壁技术的实施，为深部矿井高温环境的治理提供了新的思路与解决方案，这种新型的深部矿井降温策略核心在于通过直接降低井壁温度来间接影响并降低矿井内部的整体环境温度[3]。实现这一目标的关键在于材料的选择与结构设计，采用导热系数低、热稳定性好的材料，如高性能隔热材料，能够有效隔绝地热向矿井内部的传导，同时设计合理的冷却井壁结构，如设置冷却水管网或采用相变材料填充层，利用循环水或相变吸热原理，进一步增强井壁的冷却效果，此外施工工艺的先进性也至关重要，确保冷却井壁结构的密封性、稳定性与耐久性，从而保障技术的长期有效运行。

三、能源利用优化策略

（一）能源需求分析

在深部矿井高温环境控制中，能源需求分析是节能降耗的重要前提，而通风空调系统与冷却井壁系统作为主要的能耗单元，其能耗情况需细致分析。通风空调系统通过大功率风机与制冷设备运作，消耗大量电能以维持矿井内适宜温湿度，其能耗随矿井规模、深度及作业强度的增加而上升。冷却井壁系统则通过循环水冷却、热传导等方式降低井壁温度，其能耗与冷却效率、材料性能及施工工艺密切相关。通过精准分析各系统能耗特点，识别高耗能环节，可制定针对性的节能措施，如优化系统配置、提升设备能效、引入智能控制技术等，以实现深部矿井高温环境控制过程中的能源高效利用与节约。

（二）能源利用优化措施

为优化深部矿井高温环境控制的能源利用，一系列高效节能措施势在必行，首先针对通风空调系统，应大力推广变频调速风机、高效节能空调机组等先进设备，通过智能调节运行参数，实现按需供风、精准控温，从而显著降低能耗。其次应实施能源梯级利用策略，将矿井余热、废热等低品位能源进行回收再利用，如用于矿井供暖、热水供应等，提高能源综合利用效率，此外还应构建完善的能源管理系统，实时监测各系统能耗数据，分析能源使用效率，为节能改造提供科学依据。通过综合运用这些优化措施，可望大幅降低深部矿井高温环境控制的整体能耗，促进矿井绿色可持续发展。

（三）经济性分析

对深部矿井高温环境控制技术进行全面的经济性分析，是评估其可行性与推广价值的关键环节，而分析应全面涵盖投资成本、运行成本及预期经济效益等多个维度，研究显示虽然初期投资可能较高，但采用先进的节能技术和优化能源利用策略，能够显著降低长期运行成本，而节能设备的引入和能源管理系统的实施，不仅减少了能源消耗，还提升了矿井生产效率和作业环境质量，进而促进了矿工工作效率和健康水平的提升。因此长远来看，这些改进将转化为更高的经济效益，包括增产增效、减少维护费用及降低安全事故风险等，所以从经济性角度考虑，深部矿井高温环境控制技术的投资是合理且必要的。

总结

本文通过对深部矿井高温环境特点及影响因素的分析，提出了通风降温、空调降温和冷却井壁等控制技术，并从能源需求、利用优化措施和经济性三个方面阐述了能源利用优化策略。研究表明合理应用高温环境控制技术和优化能源利用策略，能够有效降低矿井环境温度，提高能源利用效率，降低生产成本，为矿井安全生产和矿工健康提供保障，然而深部矿井高温环境控制技术及其能源利用优化仍具有一定的复杂性，未来研究可进一步探讨不同矿井条件下的适应性、技术集成与创新，以实现矿井环境的绿色、高效、可持续发展。

参考文献

[1] 朱国龙,周鹏,宫伟力,等.高温矿井工作面热害控制模拟研究及系统优化[J].中国矿业, 2016, 25(12):7.

[2] 姚韦靖,庞建勇.我国深部矿井热害控制措施研究现状与进展[J].  2017.

[3] 康长豪,查文华,张亮,et al.深部开采高温控制理论与技术分析[J].煤矿安全, 2016, 47(5):5.