礦井氣候條件及改善

礦井通風(fēng)基礎(chǔ)

——礦井氣候條件陜煤化銅川培訓(xùn)中心劉斌前言井下氣候條件指井下空氣的溫度、濕度和風(fēng)速相互作用。溫度濕度風(fēng)速氣候條件目錄第一節(jié)第二節(jié)井下氣候條件井下氣候條件的改善第一節(jié)礦井氣候條件人體的散熱方式對(duì)流輻射蒸發(fā)周圍空氣的溫度、風(fēng)速周圍物體的表面溫度周圍空氣的相對(duì)濕度、風(fēng)速一、礦井氣候?qū)θ梭w熱平衡的綜合影響二、氣候參數(shù)對(duì)人體散熱的影響

氣候參數(shù)溫度濕度風(fēng)速空氣溫度低于體溫：對(duì)流、輻射空氣溫度等于體溫：蒸發(fā)為主空氣溫度高于體溫：蒸發(fā)影響汗液蒸發(fā)的效果影響對(duì)流、蒸發(fā)效果地面溫度影響因素井下圍巖溫度機(jī)電設(shè)備散熱煤炭等有機(jī)物氧化人體散熱水分蒸發(fā)空氣的壓縮或膨脹通風(fēng)強(qiáng)度三、礦井空氣的溫度

在不同礦井、不同的通風(fēng)地點(diǎn)，影響因素和影響大小也不盡相同，但總的來看，升溫作用大于降溫作用，因此，隨著井下通風(fēng)路線的延長(zhǎng)，空氣溫度逐漸升高。與地面空氣相比，井下空氣有冬暖夏涼的感覺。規(guī)程規(guī)定，采掘工作面的氣溫不得超過26℃，若超過則必須縮短勞動(dòng)時(shí)間，并給與高溫保健補(bǔ)貼；機(jī)電設(shè)備硐室的氣溫不得超過30℃；冬季總進(jìn)風(fēng)的氣溫不得小于2℃。除機(jī)電硐室外井下風(fēng)流的氣溫允許在2-28℃的范圍內(nèi)變化。當(dāng)井下氣溫超過規(guī)定時(shí)，應(yīng)采取加熱或降溫的措施。一般認(rèn)為對(duì)人體最適宜的空氣溫度為15℃～20℃。四、礦井空氣的濕度定義：空氣的濕度是指空氣中所含的水蒸氣量或潮濕程度。（1）絕對(duì)濕度：指單位體積濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量（g/m3），用f表示。（2）相對(duì)濕度：指空氣中水蒸氣的實(shí)際含量（f）與同溫度下飽和水蒸氣量（F飽）比值的百分?jǐn)?shù)，用公式表示如下：相對(duì)濕度影響人體蒸發(fā)散熱的效果。一般認(rèn)為人體感到最適宜的空氣濕度為50%～60%。一般情況下，在礦井進(jìn)風(fēng)路線上，空氣的濕度隨季節(jié)變化感覺也不同。有冬干夏濕的感覺五、井巷中的風(fēng)速在礦井巷中，風(fēng)流在單位時(shí)間內(nèi)能流經(jīng)的距離，稱為井巷中的風(fēng)速，簡(jiǎn)稱風(fēng)速。對(duì)流散熱強(qiáng)度隨風(fēng)速而增大。當(dāng)氣溫低于體溫時(shí)，風(fēng)速越大，對(duì)流散熱量也越大；當(dāng)氣溫高于體溫時(shí)，風(fēng)速越大，對(duì)流散熱量也越大。同時(shí)蒸發(fā)散熱、散濕的效果也隨風(fēng)速的增大而增強(qiáng)。風(fēng)速大小直接影響人體的散熱效果，同時(shí)影響井巷中煤塵濃度和風(fēng)量井巷名稱允許風(fēng)速/（m/s）最低最高無提升設(shè)備的風(fēng)井和風(fēng)硐15專為升降物料的井筒12風(fēng)橋10升降人員和物料的井筒8主要進(jìn)、回風(fēng)巷8架線電機(jī)車巷道1.08運(yùn)輸機(jī)巷，采區(qū)進(jìn)、回風(fēng)巷0.256采煤工作面、掘進(jìn)中的煤巷和半煤巖巷0.254掘進(jìn)中的巖巷0.154其它通風(fēng)人行巷道0.15第二節(jié)礦井氣候條件的改善一、空氣預(yù)熱1、通風(fēng)降溫2、改革采煤方法和頂板管理3、減少各種熱源散熱4、制冷降溫空氣預(yù)熱就是使用蒸汽、水暖或其它設(shè)備，將一部分空氣預(yù)熱到70℃～80℃，再使其與冷空氣混合，混合后的空氣溫度達(dá)到2℃以上。冷熱空氣混合方式井筒混合式井口房混合式井筒、井口房混合式二、降溫措施

我國南方部分礦井和開采深部煤層的礦井，受地面溫度、地溫或井下機(jī)電設(shè)備散熱等因素的影響，井下局部地點(diǎn)的空氣溫度可能很高，甚至超過《規(guī)程》規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)就要考慮采取降溫措施。

1、通風(fēng)降溫

(1）增加風(fēng)量。當(dāng)熱害不太嚴(yán)重時(shí)，用提高通風(fēng)強(qiáng)度即增大風(fēng)量的方法來降溫是行之有效的降溫措施。

(2）選擇合理的通風(fēng)系統(tǒng)。礦井通風(fēng)系統(tǒng)或采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)盡量縮短進(jìn)風(fēng)風(fēng)流的路線長(zhǎng)度，并使進(jìn)風(fēng)巷道位于熱源溫度較低的層位中，以減少風(fēng)流被加熱的機(jī)會(huì)；采煤工作面通風(fēng)時(shí)，可選擇下行通風(fēng)方式，將機(jī)電設(shè)備、煤炭運(yùn)輸?shù)攸c(diǎn)等選擇在回風(fēng)風(fēng)流，以降低這些局部熱源對(duì)工作面的影響。

(3）改革采煤工作面通風(fēng)方式。

2、改革采煤方法和頂板管理

(1）后退式采煤法與前進(jìn)式相比，風(fēng)阻小風(fēng)量大，有利于降溫。

(2）傾斜長(zhǎng)壁式采煤法的通風(fēng)路線短，風(fēng)阻小，風(fēng)量大，工作面入口風(fēng)流溫度相應(yīng)較低，對(duì)改善工作面的氣候有利。

(3）采用充填法管理頂板，避免或減少了采空區(qū)冒落巖石的散熱和采空區(qū)熱風(fēng)的散熱，可降低工作面風(fēng)流的溫度。3、減少各種熱源散熱如減少煤炭在井下的暴露時(shí)間；在高溫巖壁與巷道支架之間充填隔熱材料；井下大型機(jī)電設(shè)備銅室設(shè)置單獨(dú)的通風(fēng)道；對(duì)溫度較高的壓氣管路和排熱水管用絕熱材料包裹；及時(shí)封堵或合理排除井下熱水等。

4、制冷降溫當(dāng)采用通常的降溫措施不能有效地解決采掘工作面等局部地點(diǎn)的高溫問題時(shí)，就必須采用機(jī)械制冷設(shè)備強(qiáng)制制冷，即礦井空調(diào)技術(shù)。目前機(jī)械制冷方法有三種：地面集中制冷機(jī)制冷；井下集中制冷機(jī)制冷；井下移動(dòng)冷凍機(jī)制冷。三、煤礦井下熱害防治在我國已探明的煤炭資源中，約占50％的煤炭埋深超過千米。隨著對(duì)能源需求量的增加和開采強(qiáng)度的不斷加大，我國煤炭開采逐步轉(zhuǎn)向深部，煤礦開采深度以8一12m/年的速度增加．如何能夠安全、高效、低成本地開采深部煤炭資源，將其轉(zhuǎn)換為經(jīng)濟(jì)建設(shè)有力的能源保障，成為目前我國煤炭行業(yè)急需尋求突破的重大技術(shù)難題。

一般情況下，地溫隨深度增加而呈線性增加，礦井深度的變化，使空氣受到的壓力狀態(tài)也隨之而改變。當(dāng)風(fēng)流沿井巷向下流動(dòng)時(shí)，空氣的壓力值增大?？諝獾膲嚎s會(huì)出現(xiàn)放熱（或吸熱），從而使礦井溫度升高，平均地溫梯度3.7℃／100m。隨著礦井向深部開采，井下作業(yè)環(huán)境條件惡化，巖層溫度將達(dá)到攝氏幾十度的高溫。地溫升高造成井下工人注意力分散，嚴(yán)重影響人體健康，引發(fā)各種疾病，造成事故率上升，勞動(dòng)生產(chǎn)率下降，甚至被迫停產(chǎn)。熱害治理技術(shù)目前國內(nèi)外的礦井降溫，主要有兩個(gè)方面的措施：一是非人工制冷措施，即通過改善通風(fēng)方式，加大通風(fēng)量等方式來進(jìn)行降溫，這種措施雖然經(jīng)濟(jì)實(shí)用，但是降溫幅度有限，且受到諸多因素的制約；二是人工制冷降溫，此技術(shù)可以分為水冷卻系統(tǒng)和冰冷卻系統(tǒng)，水冷卻系統(tǒng)就是礦井空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用，而冰冷卻系統(tǒng)則是將冰塊灑向工作面來達(dá)到降溫的目的。1993年7月，平頂山礦務(wù)局科研所和原中國航空工業(yè)總公司第609研究所聯(lián)合研制成KKL101礦用無氟空氣制冷機(jī)，可使掘進(jìn)工作面的氣溫降低5一8℃。1996后又與相關(guān)單位合作，用LSLGF一300、1000、500螺桿式水冷機(jī)組對(duì)工作面降溫，效果明顯。目前山東能源在世界上首家自主研發(fā)并成功投用了冰冷低溫輻射降溫技術(shù)，使采掘地點(diǎn)溫度下降5至10攝氏度，能夠控制在26攝氏度以下。唐口煤業(yè)公司熱害處理系統(tǒng)唐口煤業(yè)公司-1000m水平原始地溫接近37℃，通風(fēng)降溫已不能解決整個(gè)礦井高溫?zé)岷栴}。目前礦井開采范圍較小．但需冷量較大，分散制冷和空氣壓縮制冷技術(shù)均不宜采用。地面片冰井下降溫系統(tǒng)組成根據(jù)井下工作面的熱害情況調(diào)查、測(cè)試，確定了各個(gè)降溫地點(diǎn)的需冷量。考慮系統(tǒng)冷損量和備用系數(shù)。確定了唐口煤業(yè)公司總需冷量為5944kw。在地面建立制冰廠制取片狀冰，主井井筒中安裝一趟下冰保溫管路，井底100m附近修建制冷硐室，并設(shè)立融冰池；地面生產(chǎn)的片冰被送至融冰池融化后，供冷泵將池中O一2℃的冰水通過管道輸送至采掘工作面，采用空冷器、噴淋與防塵水相結(jié)合以及作為機(jī)組冷卻用水等方式進(jìn)行散冷，降低工作面溫度，滿足生產(chǎn)要求；對(duì)于輸送至采掘工作面的剩余冷水再返回制冷用室用于融冰池融冰。各系統(tǒng)簡(jiǎn)況如下：

各系統(tǒng)簡(jiǎn)況如下：

(l）地面制冰制冷水系統(tǒng)根據(jù)需要配備15套片冰設(shè)備。完成900t/d的制冰量，制冷量為402kw；配備2臺(tái)冷水機(jī)組，產(chǎn)冷水量1500t/d,制冷量為192OkW，井下總供冷最5944kw。滿足2個(gè)采煤工作面、11個(gè)掘進(jìn)工作面降沮；地面制冷機(jī)采用6kV供電。

(2）輸冰系統(tǒng)地面制冰機(jī)房?jī)?nèi)片冰機(jī)生產(chǎn)的片冰通過羅茨鼓風(fēng)機(jī)及輸冰管道輸送至井口立管。片冰則靠自重通過下冰立管下落至井底融冰用室。立井下冰管路采用無縫鋼管，安設(shè)在主井井筒中，并進(jìn)行保溫處理，立井下冰管路將冰輸送至井底。然后沿清理斜巷安裝輸冰專用沖冰水管，直至水平巷的融冰池。(3）融冰系統(tǒng)利用主井并底水平巷，開幫2m作為井下制冷硐室，制作專用融冰池并進(jìn)行保溫處理。(4）輸冷散冷系統(tǒng)根據(jù)井下開拓布置圖和工作面降溫要求，2個(gè)回采工作面和11個(gè)掘進(jìn)迎頭同時(shí)降溫，選定安設(shè)3臺(tái)供冷水泵，2用l備；供冷水管路2趟，一趟供冷水管、一趟回水管。井下輸冷散冷系統(tǒng)為開式系統(tǒng)，即回水流回融冰池，由于采區(qū)防塵用水量較小，可從供冷水管路接出。空冷器進(jìn)風(fēng)溫度29一32℃時(shí)，出風(fēng)盆度為20℃左右．其余冷量通過工作面防塵和噴淋降溫，并直接作為采煤機(jī)組的冷卻用水。(5）井下設(shè)備及配電井下輸冷系統(tǒng)供電電源660V，電源直接來自井底中央泵房，分別供3臺(tái)供冷水泵和1臺(tái)循環(huán)沖冰水泵以及制冷喇室照明等其他設(shè)備。對(duì)于各回采工作面的空冷