陈刚，胡鹏华，李先杰，康剑翘

(核工业北京化工冶金研究院，北京 101149)

中国铀矿开采历史起步于20世纪50年代，以常规开采为主。经过60多年的开采，矿山浅部资源接近枯竭，生产作业逐渐向深部转移。受采矿方法和日常管理等因素的影响，出现了矿井通风系统无法适应生产需要的问题[1-3]。同时，典型火山岩型铀矿井随开采深度的增加，出现了矿井热害问题。

目前，国内外矿井热害的治理技术很多，有制冷水降温、风冷降温和压气节流降温等，但上述降温技术前期投资和后期运行成本均较高。铀矿井与其他金属矿井相比，其开采规模小且井下会持续不断的析出有害放射性气体——氡气，通常情况下氡气的析出量不会随时间的推移而减少。考虑到运行经济性和铀矿井自身的特殊性，其降温控制技术不能完全照搬国内外已有大型矿井的热害治理方法[4-8]。为此，详细分析了某铀矿井下热害的影响因素，结合矿井排氡技术，提出了该铀矿井排氡与降温两者兼顾的综合措施，为解决矿井生产的排氡与热害问题提供了合理可行的方法，具有重要的指导意义。

1 某铀矿井降氡降温存在的问题

中国铀矿井通风系统的重要任务是降氡、除尘和排烟，改善井下辐射环境。自铀矿冶建立到目前为止，该项研究工作持续开展近60年，在通风技术、管理以及辐射防护等方面积累了丰富的经验，取得了显著成效。但是，在60余年的生产中，铀矿冶各矿井开采深度均在500 m以上。

某铀矿井，属典型火山岩型铀矿井，于20世纪60年代建矿。当前矿山开采进度已接近2期工程的末期，开采深度540 m，共有4个生产作业中段，年运行12～15个生产采场。矿山3期工程设计开拓标高-450 m，采深接近800 m，采用无轨开采法，盲斜坡道延伸开拓。目前，随着该铀矿井开采深度逐步增大，矿井通风系统无法适应下一步生产情况。同时，由于该矿井属典型的火山岩型铀矿井，热害问题愈加凸显，需要在原降氡的基础上考虑降温问题。

1.1 井下排氡问题分析

随着矿井生产中段的下移，铀矿井通风系统逐步由小型、简单化向复杂化转变，使得通风系统在网络、动力、构筑物和日常管理等方面出现一些问题。这些问题进而导致矿井生产中段入风污染、采场供风量不足、污风串联等一系列排氡问题。目前，某铀矿井通风系统普遍存在的问题及原因分析如表1所示。

1.2 井下热害分析

井下温度在开采过程中受到不同因素的影响，包括自然因素和人为作业因素。自然因素包括岩温、地下涌水、地质构造和地表自然环境等；人为因素包括采矿机械散热、机电散热和爆破释热等。根据监测数据分析，自然因素在铀矿井作业环境升温中占据主导作用，但人为因素也不容忽视。

相对其他铀矿井，某典型火山岩型铀矿井在热害方面表现更为突出，该矿井的热害影响因素主要有热水、水电设备、围岩和自然环境。

1.2.1热水

井下热水对矿井温升的影响主要是围岩间接散热和涌水直接放热，其散热量与涌水量、水温、排水方式等因素有关。火山岩型铀矿井因其地质条件的原因，矿井涌水常有热水且温度较高。该铀矿井下-150 m中段南部巷道在开拓时出现热水，其水温有时达35 ℃，涌水量1 700 m3/d。

1.2.2机电设备

随着铀矿山机械化程度不断提高，井下机电设备散热也是不容忽视的问题。井下散热的设备主要有采掘设备、柴油铲运机、水泵和空压机等。这些设备在井下运行过程中的热量全部释放到作业空间，并经作业面风流带走。当风流较小时，会显著增加作业面环境温度。

1.2.3围岩

铀矿井开采深度与其他金属矿山相比，还未到达深部开采范围；但火山岩型矿井围岩温度随开采深度变化较快，该矿井在采深至-150 m时围岩温度即已接近35 ℃。

1.2.4自然环境

通常情况地表自然环境对井下温度升高影响不大；但该铀矿井下温度在其他散热因素的影响下已接近国家标准限值28 ℃，可供矿井环境温度波动的余量很小，在夏季很容易导致井下作业温度超标。

1.3 矿井热害对排氡的影响

铀矿井下热害因素占据主导作用的是热水和机电设备。它们不仅恶化了井下作业环境，同时也给矿井排氡带来了不利影响，具体表现：1)井下涌水中均含有一定浓度的氡，涌水中的氡会随着流动释放到巷道空气中，而温度较高的热水，在蒸发作用下加剧了这一过程；2)井下作业面的高温高湿空气增加了通风阻力，使得作业面新鲜入风量不足，导致氡浓度偏高；3)深部原岩温度的升高，会进一步促进围岩中氡的析出[9]。

2 降氡降温综合方案

铀矿井降氡措施主要有通风排氡、密闭废弃空间、调整氡渗流方向和局部喷涂防氡涂料等。对于矿井热害防治，根据热害产生的原因采取相应的措施，主要的降温技术有通风降温、新鲜风流预冷、热源隔离控制、人工制冷和个体防护等。针对某典型火山岩型铀矿井，在系统分析排氡与降温方法和充分考虑经济性的基础上，总结了通风降氡与降温的综合措施。

2.1 改变系统通风方式

铀矿井通风系统普遍采用的通风方式是抽出式通风。该铀矿井随着生产中段向下推移，通风路线增长，通风阻力增大。若单纯更换大功率主扇风机来克服通风阻力，因大负压而导致的上部采空区漏风问题将愈加突出。因此，可以考虑采用接力通风或者多级机站的通风方式，来克服回风阻力，降低主扇风压，减小上部采空区漏风[10-12]。

2.2 优化矿井通风网络

矿井通风路线长、回风井断面小和部分生产中段风流温度较高等均会导致通风系统阻力增大。因此，矿山应减少生产作业中段，简化通风系统；创造多支路回风的条件，进一步降低系统阻力。通过生产中段集中布置和多支路回风措施，提高作业面有效入风量，加快换气频率，实现排氡与降温的目的。

2.3 调整主扇风机功率

目前矿井主扇风机主要存在的问题：南北两翼风机已超出设计使用年限，超期服役；风机在设计初期未考虑井下降温，排风量无法满足生产需求。针对上述问题，矿山应结合通风系统优化调整，重新校核风机功率，计算需风量时需充分考虑作业面的降温风量。

2.4 隔离控制主要热源

1)热水。超前疏放水；或采用隔热管道收集热水并排放；或采用加装隔热盖板的水沟将热水引流至水仓。

2)机电设备。对机电硐室进行独立供风；将空压机硐室转移至回风端或参照六大系统布置于地表；同时避免使用效率低下的机械设备。

2.5 合理应用新技术通风构筑物

目前该矿井下使用较为普遍的通风构筑物是铁皮风门，该类风门在人和电机车通过时需手动开关，密闭性差，给日常通风管理带来诸多不便。因此，矿山可以在行车较为频繁的巷道安装无压撞杆式风门或在无轨设备通行处设置自动风帘。上述2种类型的风门密闭性好，能够实现自动开闭，既能够调整风流又不影响正常行车行人。

3 降氡降温方案实施效果

3.1 降氡降温措施实施

根据当前对矿井通风系统检测得到的资料和问题，兼顾矿山3期生产，综合分析矿井通风排氡和降温方法，主要从通风方式、通风网络和通风设备等方面，提出了以下调整措施。

3.1.1通风方式

采用多级机站通风方式，将有效解决漏风问题。随着3期工程启动，可以在0 m中段南、北回风端各加装1台抽出式辅扇，与上部主扇联动控制，在确保矿井总需风量的情况下，解决大负压造成的漏风问题。

3.1.2通风网络

减少矿井同时作业中段数量，使作业中段维持在3个左右，简化通风网络，增大作业中段入风量；同时，在各中段南、北两翼回风端各增加1条回风井，形成多支路回风，进一步降低通风系统阻力，确保作业面有足够风量排氡和降温。

3.1.3通风设备

主扇风机重新选型，选型计算时需充分考虑排热需风量，最终在排氡、除尘和排热等计算风量中选取最大值作为设计需风量。

3.1.4其他措施

1)在-150 m中段最南端设置临时热水收集仓，将上中段与-150 m中段的热水汇集于仓中，然后采用水泵+隔热管道的方式，将热水经回风井排至上部水仓，缓解热水对作业环境的散热。

2)将-150 m中段井底车场附近的空压机调整至回风端或结合六大系统将空压机放置在地表，避免空压机散热对矿井入风的加热。

3)下一步3期工程开拓时，因通风系统尚未形成，独头掘进面的通风排热困难，可以考虑引入小型局部降温设备，有效改善作业面环境，但使用时需注意避免因污风循环导致的氡浓度超标问题。

3.2 应用效果

依据提出的方案，结合生产情况对通风系统开展了一系列的调整工作，目前完成了通风网络的部分调整和热水的治理。根据现场监测数据分析，调整工作取得了良好效果。

3.2.1通风网络

矿井暂停了0 m中段以上的作业，同时作业的生产中段数量减少至3个，并在各生产中段的北翼回风端增加1条回风井。通过上述调整后，通风系统有效风量率在总回风量不变的情况下得到明显提高，如图1所示，图中虚线为调整后的“总回风量”和“有效风量率”的变化趋势。

图1调整前后“总回风量”和“有效风量率”变化趋势

3.2.2热水

矿山将-100 m南部热水通过管道经回风天井自流至-150 m中段，与该中段涌水一并汇集于临时热水收集仓中，最终通过PVC管道(包裹隔热材料)泵送至上部水仓；同时，充分利用地表空压机制造压缩空气，缩短-150 m中段空压机运行时间。-150 m中段南主巷末端为临时热水仓，无人作业。通过上述调整，有效降低作业面环境温度。调整前后-150 m中段各区域的环境温度变化如图2所示。

图2 热水治理前后-150 m中段环境温度变化趋势

通过通风网络的调整和热害的局部治理，矿井通风系统阻力下降，生产中段入风量增大，作业面氡浓度降低，作业环境温度降至规范限值28 ℃以下，调整工作取得一定成效。

4 结论

针对某典型火山岩型铀矿井通风降氡出现的网络复杂化、动力不足、风量利用率降低以及出现的热害问题，采用降氡与降温并举的手段，通过改变通风方式、简化通风网络、调整通风设备、优选通风构筑物和控制热源等一系列综合调整措施，使得该铀矿井下的氡浓度与作业环境温度下降至国家要求限值以内。该方法在铀矿井实际应用中取得了良好效果，可在其他类似铀矿企业中推广和应用。

致谢：本项目研究过程中得到中核韶关锦原铀业有限公司谭建华、刘再道的大力支持和帮助，在此表示感谢！