当前全球采深1000米以上的金属矿山128座。排名前三的是加拿大、南非和中国！具体分布如下：

我国已经超过澳大利亚，居世界第3位。如果按照现在的发展速度，我国在较短时间内深井矿山数量就会居世界第一。据统计，未来10年内，我国将有1/3以上金属矿山开采深度达到或超过1000米。

但是深井开采面临很多问题：深部高应力问题、岩性恶化问题、提升难度和提升成本和安全问题、深井高温环境问题等。

今天来谈谈深井高温问题及解决途径

深部矿床开采热环境

地热是影响深部开采的主要原因之一，因为地温梯度大约是3℃/100m。井深小于1000m时，井下岩温约30-40℃，降温主要靠加强通风；当深度1000-5000m时，岩温可达40-130℃，这时通风不足以解决高温遇害问题，必须采取供水制冷降温，或者井上制冰降温。

地下岩层温度随深度的增加而梯度上升，通常千米以上深井岩层温度将超过人体温度。根据我们最新调查，我国超过700米的金属矿有100多座，超过 700米后岩温普遍超过35℃。 高温导致工作面条件严重恶化，劳动生产率和设备作业效率大大下降，并可造成严重灾害事故。

 

井下高温控制技术

国内外常用的矿井降温技术有非人工制冷和人工制冷两大类。矿井通风是主要的非人工制冷降温技术，但井深超过千米后，常规通风不能达到安全规程对井下工作面环境温度要求。

1、通风降温

深井开采经验表明，采深不超过1600mm时，采用通风降温就可满足要求，但超过1600m时，就要采取人工制冷措施，国内矿山因为采深和成本原因，目前大多采用通风降温，但是在通风设备设施、通风网络设计等方面还是与普通的有所差异。

在三山岛金矿中，随着开采深度的加深，原有的通风系统不能满足需要，进行通风系统改造，改造后明显改善作业环境，生产安全得到了有效保障。因此，通风降温技术在目前的开采条件下，国内的大多数矿山采用通风降温技术还是可行的。

2、人工降温

随着矿井开采深度的不断加深，传统的通风降温已经不能满足通风要求，采用人工制冷降温技术也被国内大型深部开采的矿山所采用，如湘西金矿、夏甸金矿等。

人工制冷降温包括水冷和冰冷两种。

水冷是在地面或地下制出冷水送到井下工作站，通过高低压换热器和空冷器使风冷却后，将冷风送到工作面降温。

冰冷在井上制出粒状冰或泥状冰，送至井下融冰池融冰，融冰形成的冷水送至工作面进行喷雾降温。

3、局部降温技术

局部降温技术作为辅助降温措施在生产实际中也是必不可少的，与整体相辅相成，使得整体的降温效果更为显著。局部降温可以分为个人降温和局部冷却风流。个人降温主要是通过穿戴降温服来实现；风流可以通过冰块、压气引射器和局部制冷来实现对风流的冷却。

深井制冷案例

1、 夏甸金矿深部开采制冷降温

我国非煤矿山首个大型深井集中式制冷降温系统，在夏甸金矿顺利通过验收。夏甸金矿部分水平的掘进风筒出口处温度已达33.8℃，回风竖井掘进头温度已达32.8℃，相对湿度均达到100%，存在高温热害问题。

夏甸金矿热害治理采用：矿井空调制冷降温技术。工作原理的不同，使得风冷机组和水冷机组的摆放位置不同，前者应距离回风井较近，后者应距离水仓较近。通过对风冷和水冷两种不同方案进行比较，前者的最大降温为2.9℃，制冷效果显著，安装和使用较为方便，井下作业环境的改善效果明显。

2、丁集煤矿制冷降温系统

丁集煤矿受地面高温影响，采掘工作面进风温度达30-34℃，回风温度达36-40℃，部分工作面高达45摄氏度，湿度始终在95%以上。在采煤工作面采用各种方式进行降温，取得的效果都不显著。

矿山投入资金建设矿井降温系统，该系统主要包括地面制冷和井下供冷两个系统。其主要参数为：瓦斯发电先期总装机功率3.6MW，每小时消耗1200m3纯瓦斯量，利用产生的余热制取饱和蒸汽3t/h；制冷总容量为21MW。采用的设备主要有：2台1800KW高浓瓦斯发电机组，3台制冷功率5MW蒸汽式溴化锂制冷机组，3台单机制冷功率5MW离心式电制冷机组，1套交换能力为17.3MW井下三腔冷媒分配设备。采取掘进工作面串接直供式的降温方式后，各工作面平均掘进工作面温度降到25℃左右，湿度降到83%左右。

3、南非姆波尼格金矿降温

南非姆波尼格金矿采矿深度达4530m，为全球最深矿井！地下岩温65.6℃，该矿在地上建制冰厂，制出冰浆送入地下3个巨大冰坝，冰浆通过管道循环，为整座矿井降温！

院士怎么说

国内蔡美峰院士团队对深井高温环境控制与降温治理有深入研究：

提出人工制冷和非人工制冷都是被动式降温技术。为高效解决深井降温问题，必须发挥主动式降温技术，重点在以下两个方面：

1、深井高温岩层隔热技术

深井高温环境主要是高温岩层热辐射所造成，研发新型高效的隔热新材料、新技术、新工艺，对岩层高温进行隔离，在此基础上，再采用人工制冷降温技术等，就会使井下巷道和采矿工作面取得良好的降温效果。

2、深井地热开发技术

地热是一种天然能源，目前能源系统正在借助采矿技术进行地热开采的战略研究。根据国家“863”项目“干热岩地热地质资源评价与开发技术研究”的估算，我国干热岩地热能源资源量相当于860万亿吨标准煤，按照我国目前能源消费水平，可用16万年！

所以，就目前的采矿技术和开采成本而言，在地下3000m以下进行矿产资源开发并不是非常经济的做法。EGS/E（Enhanced Geothermal Systems）深地地热开采技术将采矿技术用于地热开发，既能极大地提高深部地热开发效率，又能极大地降低深地采矿的成本，为解决未来的能源问题以及深部采矿的经济性问题开辟了有效途径。

注：配图来源网络

将采矿技术用于地热开采可以从根本上解决这一问题。从地表向深地打竖井，在竖井下打多水平、360°分布的水平钻孔，再采用水或液态二氧化碳等作为热交换介质，可成百上千倍地增加热交换的面积、提高地热开发能力！

如果将深井采矿和深部地热开发有机结合起来，就为采矿工程深井降温找到了一条具有颠覆性的技术途径，可以实现深部能源开发与资源开发的共赢。二者的理想结合和双赢，将是能源领域和矿业领域科技创新的重大突破。我国有希望在这两个方面取得具有中国标记的领先世界的突破性进展。

蔡美峰院士将于6月22日在《第四届低品位矿采选技术交流会》上分享深部开采降温最新研究进展和深部开采其他问题的研究进展。届时欢迎大家参加、交流，分享深部开采的想法和技术，为赶超国外深采先进国家、开创中国深井开采先进技术贡献力量！

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注：本文部分内容来源于许志发等《深井矿山通风技术研究应用现状》，由矿业汇补充编辑整理，转载请注明来源矿业汇！合作、咨询等相关事宜请加微信eyedongdong。