礦井熱源分析及降溫措施

1、礦井熱源分析及降溫措施朱春陽徐明（永煤股份新橋煤礦安檢科 河南 永城 476600 ）摘要：隨著礦井采深的不斷增加，地熱的危害越來越嚴重，因此，解決礦井 的熱害將成為未來礦井井工開采安全的一個主要研究方向。關(guān)鍵詞：熱源分析降溫措施1、引言深部開采是未來發(fā)展的必然趨勢。 率先進入深部開采是金屬礦山，早在本 世紀初，南非金礦的開采深度就己超過 2000m。據(jù)不完全統(tǒng)計，國外開采超過 千米的金屬礦山有80多座，其中南非就 有40多座礦井開采深度超過1000m，其 中一半多已達20003000m。隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，地殼淺部煤 炭資源不斷枯竭，礦井開采深度逐年增 加。據(jù)有關(guān)資料:我國預(yù)測煤炭總儲量 的

2、70%以上埋藏在600m以下，煤炭資源 從淺部開始，隨著煤炭的采出，開采煤 層的埋藏深度必然要增加，開采規(guī)模的 擴大和機械化水平的提高又加速了生 產(chǎn)礦井向深部發(fā)展，我國生產(chǎn)礦井1980 年的平均深度為288m，而1995年的平均 深度為428m，相當于每年以10-12m的速 度向深部發(fā)展。而東部礦井正以每10年 100250m的速度發(fā)展，預(yù)計在未來20 年很多煤礦將進入到10001500m的深 度。因此，煤礦深部開采是大多數(shù)主要 采煤國家目前和將來要面臨的問題。隨著礦井開采逐漸向深部發(fā)展，地 熱的危害越來越明顯。熱害將嚴重威脅 煤礦安全生產(chǎn)。因此，降溫工作必須得 到重視。2、礦井熱源分析2.1

3、地面大氣溫度地面氣溫直接決定著礦井井下氣 溫，對于淺井影響則更為明顯。2.2空氣壓縮當空氣沿井筒向下流動時，由于井 筒加深，空氣受壓縮，使氣溫升高。2.3巖石溫度地面以下巖層溫度的變化可分為 三帶：變溫帶、恒溫帶、增溫帶。恒溫帶以下巖石的溫度隨深度而 增加（地溫梯度約為2.53.5C /100m）。當巖體溫度高于進入井內(nèi)空 氣的溫度時，巖體內(nèi)部的熱量就會傳遞 到巷道壁，再由巖壁散發(fā)到空氣中，使 空氣加熱而升溫。2.4氧化物的熱量氧化反應(yīng)一般都是放熱反應(yīng)，因此 氧化反應(yīng)一般都伴隨有熱量的產(chǎn)生，在 井下主要有以下幾種氧化反應(yīng)產(chǎn)生較 大的熱量：2.4.1硫化物氧化井下硫化物主要有爆破產(chǎn)生而引 起了較

4、大的熱量和含硫有機物在長期 暴露空氣中氧化散熱，有的巖石中也含 有硫，在逐漸氧化過程中也會產(chǎn)生一定 的熱量，都使井下的空氣溫度有不同程 度的升高。2.4.2煤炭運輸過程的氧化煤炭在運輸?shù)倪^程中，煤炭與風流 中的氧氣進行復(fù)雜的摩擦和氧化過程， 不斷的產(chǎn)生熱量，不斷的向風流加熱， 使風流在運行過程中不斷的升溫不斷 的加快煤炭的氧化，形成不利循環(huán)，最 終導(dǎo)致風流溫度不斷提高。2.4.3撒落煤的氧化撒落煤不斷的沉積本身就會在沉 積過程中自燃產(chǎn)生熱量，并且散發(fā)到空 氣中去，同時表面不斷的被風流氧化產(chǎn) 生一部分熱，也增加了空氣溫度。2.5機電設(shè)備散熱隨著機械化、生產(chǎn)集中化程度的提 高和產(chǎn)量的增大,機電設(shè)備

5、的容量大大 增加,其散熱量也增大很多，必然影響 采掘工作面的風溫。例如:平頂山八礦 綜采工作面的裝機容量高達3000kW左 右，其散熱量為640kW,占該采面內(nèi)總熱 量的2.7%。2.6地溫在垂直井筒內(nèi)，空氣壓縮會產(chǎn)生熱 量，如果不考慮蒸發(fā)散熱，深度每增加 102m，風流溫度會增加1C。那么一個 煤礦井底深度為816m溫度就增加8C。 因此地溫對井下空氣溫度有很大影響。3、降溫措施3.1通風降溫通風是目前解決溫度最經(jīng)濟并且 相對最有效的方法，并且一般情況下， 空氣溫度在31C37C采用通風的方 法是比較有效果的，高于37C一般采用 通風的效果不太明顯。3.1.1通風系統(tǒng)、風量通風系統(tǒng)決定于開拓

6、系統(tǒng)，因此由 于開拓方式的不同,入風路線長度也不 同，因此風流到達工作面時溫度也不 同。通常分區(qū)式開拓可大大縮短入風路 線的長度，從而降低入風流到達工作面 前的溫升。實施證明，混合式開拓方式 對礦井的降溫效果較好,應(yīng)予以重視。加大風量，這在很多礦都有實踐經(jīng) 驗，也是現(xiàn)場通風管理人員通常采用最 多的方法，例如：平煤八礦丁5-6-11030 工作面，風量由990m/min增加到1280 m/min，氣溫平均降低2.5C。這些都是 現(xiàn)場實踐的寶貴經(jīng)驗。3.1.2下行通風在通風方式既定的情況下，改變工 作面的通風方式也是可以降低空氣溫 度的一種好辦法。這主要有以下兩個原因：實行下行風可以縮短進風路線，

7、 新鮮風流在巖溫較低的巷道流動，減少 圍巖散熱。實行下行風可使運輸巷的機電 設(shè)備處于回風流中，減少其散熱量進入 工作面，對改善工作面氣候條件是極為 有利的。3.1.3硐室單獨回風電氣設(shè)備一般都布置在進風流中， 不利于降溫在設(shè)計的源頭將電氣散熱 規(guī)劃好，盡量把電氣設(shè)備硐室布置為單 獨回風，這樣將電氣設(shè)備的散熱直接引 入回風流。3.1.4優(yōu)化工作面的參數(shù)適當?shù)販p少工作面長度、增加采 高、提高推進速度,非常有利于深井降 溫。3.2機械設(shè)備降溫機械設(shè)備降溫在平煤集團、棗莊集 團、兗礦集團曾應(yīng)用過，取得了一定的 效果。3.2.1空氣制冷機降溫主要由渦輪膨脹機、水冷卻器、水 分離器、限流環(huán)、消音隔熱風筒以

8、及控 制儀表等組成。工作原理是:來自井下 干管的壓縮空氣經(jīng)降壓限流后把空氣 降低到0.2MPa（表壓），然后進入渦輪機 進行升壓、冷卻、膨脹制冷輸出-30C 的低溫空氣，再由消音隔熱風筒送往掘 進工作面降溫。安裝在距工作面450m 處。在供氣壓力0.2MPa供風量18m3/min, 冷卻水量1.5t/h時,開機40min后，就把 掘進工作面的氣溫由34C降到24.8C, 作業(yè)條件大大改善。隨著開機時間的延 長,掘進工作面的降溫范圍逐步擴大， 迎頭降溫幅度最大一般為68C,距掘 進工作面越遠降溫幅度越小。這在平煤 五礦進行過實驗，效果還是比較明顯 的。3.2.2其他制冷設(shè)備礦用防爆制冷機、礦用高

9、壓空冷 器、冷凝熱排放系統(tǒng)等都在礦井有很多 應(yīng)用，但目前還沒有較大全面的推廣。 這里不再一一贅述。3.3其他措施3.3.1局部降溫采煤工作面溫度最高點集中在工 作面的上隅角，對面內(nèi)工作人員影響不 大。必要時可采用引射器通風進行局部 降溫；掘進工作面受熱害影響最大，由 于接近迎頭出風口風量直接對供風的 影響，因此在迎頭的風量較大，感覺比 較涼爽，后巷風量較小，并且風流容易 紊亂，因此可采用局部降溫，與局部通 風同時供風、供冷，以改善工作面環(huán)境。3.3.2噴霧降水根據(jù)熱力學原理，如果噴霧灑水用的防塵水溫度在空氣十溫和濕溫之間， 降溫效果較好，通過一些措施，在進風 巷道中安裝噴霧裝置，可達到一定的降 溫效果。3.3.3個體防護在礦內(nèi)某些氣候條件惡劣的地點， 由于經(jīng)濟和技術(shù)上的原因，不宜采取風 流冷卻措施時，可以讓礦工穿上冷卻 服，以實行個體保護。穿著冷卻服是保 護個體免受惡劣氣候環(huán)境危害的有效 措施。此外，在高溫環(huán)境里作業(yè)的礦工 應(yīng)該注意多飲水，以補充汗液的流失， 防止脫水；注意營養(yǎng)，多食用高碳水化 合物的食物，以補充能量的代謝；注意 飲食，補充汗液中失掉的鹽分；注意休 息，恢復(fù)體力，保持身體健康等。4、結(jié)束語本文是筆者經(jīng)過一段時間對煤礦 井下工作，體會