·422 工程科学学报，第41卷，第4期 量、岩体损伤等多方面入手，定量分析定性预测.对 泛的降温技术，主要有水冷却系统和冰冷却系统两 于岩爆防控，首先改善采矿方法，优化开采布置、端 类.水冷却系统按冷却机组布置方式可分为：地面 面形态的方法，避免开采过程中应力过于集中，减少 集中式，地面排热井下集中式，回风排热井下集中 扰动能量聚集.其次，采用防治结合的支护方式，包 式.地面集中式的优点是设备安装维护方便、安全 括提前应力解除爆破，改善围岩的物理力学性质， 可靠、冷凝热排放方便，缺点是供冷管道长冷损大、 喷、锚、格栅、钢架加固围岩等措施 经济性差.地面排热井下集中式的优点在于系统简 综上所述，目前在岩爆诱发机理和预测理论上 单、供冷管道少、冷损小，缺点是需在井下开凿大断 的研究己经取得重要进展，但在岩爆实时监测和精 面硐室、制冷站建在井下设备安装维护不方便m 准预报方面还缺乏可靠技术，准确的岩爆实时预报， 冰冷系统是在地面建造制冰厂制取粒状冰或泥状 特别是准确的岩爆短期和临震预报还难以做到.对 冰，通过风力或水力运送到井下融冰装置，完成空调 此应该在超前理论预测的基础上，除了采用传统的 水的换热网.非人工制冷和人工制冷技术均为被 应力、位移、三维数字图像扫描(3GSM)、声波监测、 动降温.为了提高深井降温效率，应该着力发展主 微震监测等手段外，还需进一步研究新的探测技术 动降温技术.具体包含以下两个方面： 和方法，精准监测深部开采过程中岩体能量聚集、演 深井高温岩层隔热技术.深井高温岩层热辐射 化、岩体破裂、损伤和能量动力释放的过程，为岩爆 是造成井下温度高的主要原因，因此研发新型隔热 的实时预测预报提供可靠依据 材料，采用新工艺、新技术对巷道进行热隔离，并辅 3.2深井降温与热害治理 以人工制冷降温技术，可以取得良好的降温效果 1920年巴西的莫劳约里赫金矿建立了世界上 深井地热开发技术.地热是一种天然能源，在 第一个矿井空调系统，标志着矿井降温技术的兴起. 深部开采过程中采用热交换技术，可以对岩层中地 20世纪70年代后，矿井降温技术发展迅速并广泛 热资源开发利用阅.如果将深部地热开发与深井 应用.我国对矿井降温技术的研究开始于20世纪 采矿联系起来，可以大幅抵消降温成本，实现能源利 60年代，1964年淮南九龙岗矿第一次使用了矿井局 用与资源开发的双赢，为采矿深井降温找到一条具 部制冷系统。目前国内外常见的深井降温技术可分 有颠覆性且经济有效的技术途径. 为非人工制冷降温技术和人工制冷降温技术两类. 3.3深井提升技术 非人工制冷降温包含热源隔离、预冷岩层、填充 当提升高度超过3000m或4000m后，有绳提升 采空区等多种方法，但应用最多的是矿井通风系统. 技术由于钢丝绳造成的大负荷、大惯量、大扭矩将是 通过改进通风方式、提高通风能力，可以起到明显的 无法解决的问题.为此，必须研发无绳垂直提升技 降温效果.若将风流预冷后送入井下，通风降温效 术.如直线电机驱动，磁悬浮驱动提升技术等.图4 果会更好.但它的缺陷在于降温成本较高、降温能 为双边永磁直线同步电机垂直提升设想示意图.永 力小，如果矿井热害严重，很难满足需求 磁直线同步电机工作原理与旋转永正弦磁同步电机 人工制冷降温技术是目前金属矿山应用较为广 工作原理相类似.如图所示，当电机初级单元内通 运行方向 并架 ⊕ 求磁体 电机 ⊕ 初级单元 永磁体 ⊕ 三相对称正弦 ⊙ 电流-行波磁场 电机初级 单元 图4双边型永磁直线同步电机垂直提升系统 Fig.4 Two-sided permanent magnetic linear synchronous motor system工程科学学报，第 41 卷，第 4 期 量、岩体损伤等多方面入手，定量分析定性预测． 对 于岩爆防控，首先改善采矿方法，优化开采布置、端 面形态的方法，避免开采过程中应力过于集中，减少 扰动能量聚集． 其次，采用防治结合的支护方式，包 括提前应力解除爆破，改善围岩的物理力学性质， 喷、锚、格栅、钢架加固围岩等措施． 综上所述，目前在岩爆诱发机理和预测理论上 的研究已经取得重要进展，但在岩爆实时监测和精 准预报方面还缺乏可靠技术，准确的岩爆实时预报， 特别是准确的岩爆短期和临震预报还难以做到． 对 此应该在超前理论预测的基础上，除了采用传统的 应力、位移、三维数字图像扫描( 3GSM) 、声波监测、 微震监测等手段外，还需进一步研究新的探测技术 和方法，精准监测深部开采过程中岩体能量聚集、演 化、岩体破裂、损伤和能量动力释放的过程，为岩爆 的实时预测预报提供可靠依据． 3. 2 深井降温与热害治理 1920 年巴西的莫劳约里赫金矿建立了世界上 第一个矿井空调系统，标志着矿井降温技术的兴起． 20 世纪 70 年代后，矿井降温技术发展迅速并广泛 应用． 我国对矿井降温技术的研究开始于 20 世纪 60 年代，1964 年淮南九龙岗矿第一次使用了矿井局 部制冷系统． 目前国内外常见的深井降温技术可分 为非人工制冷降温技术和人工制冷降温技术两类． 图 4 双边型永磁直线同步电机垂直提升系统 Fig． 4 Two-sided permanent magnetic linear synchronous motor system 非人工制冷降温包含热源隔离、预冷岩层、填充 采空区等多种方法，但应用最多的是矿井通风系统． 通过改进通风方式、提高通风能力，可以起到明显的 降温效果． 若将风流预冷后送入井下，通风降温效 果会更好． 但它的缺陷在于降温成本较高、降温能 力小，如果矿井热害严重，很难满足需求． 人工制冷降温技术是目前金属矿山应用较为广 泛的降温技术，主要有水冷却系统和冰冷却系统两 类． 水冷却系统按冷却机组布置方式可分为: 地面 集中式，地面排热井下集中式，回风排热井下集中 式． 地面集中式的优点是设备安装维护方便、安全 可靠、冷凝热排放方便，缺点是供冷管道长冷损大、 经济性差． 地面排热井下集中式的优点在于系统简 单、供冷管道少、冷损小，缺点是需在井下开凿大断 面硐室、制冷站建在井下设备安装维护不方便［31］． 冰冷系统是在地面建造制冰厂制取粒状冰或泥状 冰，通过风力或水力运送到井下融冰装置，完成空调 水的换热［32］． 非人工制冷和人工制冷技术均为被 动降温． 为了提高深井降温效率，应该着力发展主 动降温技术． 具体包含以下两个方面: 深井高温岩层隔热技术． 深井高温岩层热辐射 是造成井下温度高的主要原因，因此研发新型隔热 材料，采用新工艺、新技术对巷道进行热隔离，并辅 以人工制冷降温技术，可以取得良好的降温效果． 深井地热开发技术． 地热是一种天然能源，在 深部开采过程中采用热交换技术，可以对岩层中地 热资源开发利用［33］． 如果将深部地热开发与深井 采矿联系起来，可以大幅抵消降温成本，实现能源利 用与资源开发的双赢，为采矿深井降温找到一条具 有颠覆性且经济有效的技术途径． 3. 3 深井提升技术 当提升高度超过3000 m 或4000 m 后，有绳提升 技术由于钢丝绳造成的大负荷、大惯量、大扭矩将是 无法解决的问题． 为此，必须研发无绳垂直提升技 术． 如直线电机驱动，磁悬浮驱动提升技术等． 图 4 为双边永磁直线同步电机垂直提升设想示意图． 永 磁直线同步电机工作原理与旋转永正弦磁同步电机 工作原理相类似． 如图所示，当电机初级单元内通 · 224 ·