红阳三矿热害综合治理的研究与实践

夏洪满 赵建安 罗志雄

（1.沈阳焦煤有限责任公司，辽宁省沈阳市，110122；2.沈阳焦煤有限责任公司红阳三矿，辽宁省辽阳市，111307；3.国家安全生产监督管理总局信息研究院，北京市朝阳区，100029）

红阳三矿热害综合治理的研究与实践

夏洪满1赵建安2罗志雄3

（1.沈阳焦煤有限责任公司，辽宁省沈阳市，110122；2.沈阳焦煤有限责任公司红阳三矿，辽宁省辽阳市，111307；3.国家安全生产监督管理总局信息研究院，北京市朝阳区，100029）

立足于红阳三矿热害及治理状况的实践，借鉴国内外矿井热害治理措施，分别从技术、管理两个层面对红阳三矿热害综合治理提出了系统性的解决方案。该系统解决方案包括冰冷却降温系统及优化、井下冷量配置及优化、通风系统降温及优化、非机械制冷降温措施及管理措施5个方面。

矿井热害 综合治理 冷量配置

1 红阳三矿热害概况

红阳三矿矿井设计能力为150万t／a，经改扩建后，矿井的核定能力可达500万t／a。经测定，该区域恒温带深度为25m，温度为9.8℃，全孔平均地温梯度为3.087℃／hm，煤系地层平均地温梯度为3.27℃／hm。红阳三矿当前的开采深度为－1050m，煤温约为47℃，属于二级热害区（围岩温度高于37℃），在不采取降温措施的情况下，其采煤工作面平均风温为38℃，掘进工作面平均风温为33℃。根据我国《煤矿安全规程》（2009年版）规定，当采掘工作面的空气温度超过30℃、机电硐室的空气温度超过34℃时，必须停止作业。因此，为了保障矿井的正常生产及井下作业人员的身体健康，必须采取措施对红阳三矿热害进行治理，保证其在《规程》要求的范围内。

矿井热害主要是由围岩散热、机电设备散热以及热水散热等几个因素共同作用而导致的一种灾害。据统计，截至2008年5月，我国共有62座煤矿热害矿井，其热害灾害基本上都是由以上几种因素共同作用的结果。因此，对矿井热害的治理必须采取系统性、综合性的措施，通过联合技术、管理等多种手段共同解决矿井热害。

就当前我国热害矿井的治理措施来看，管理、技术手段平均到每个热害矿井的数量为1种、2种，略显单一。本文在借鉴国内外相关热害治理措施的基础上，结合红阳三矿热害的实际状况，对其热害灾害的治理提出了系统的、综合性的解决方案。

2 红阳三矿热害治理系统解决方案

红阳三矿热害治理系统解决方案包括冰冷却降温系统及优化、冷量配置及优化、通风系统及优化、非机械制冷降温措施以及矿井热害治理的管理措施5个方面。

2.1 冰冷却降温系统及优化

矿井热害已严重地影响到井下作业人员的身体健康和矿井的正常生产，红阳三矿在采取一系列降温措施仍无法改善井下气候条件后，于2006年委托有关公司设计了一套冰冷却降温系统，该系统主要由地面制冷制冰系统、输冰系统、融冰系统、输冷散冷系统、控制配电系统等组成。

系统运转后，采掘工作面降温明显，有效地解决了工作面的高温热害问题。但是，在降温系统的运行过程中也出现了一些问题和不足，如输冰管道容易堵塞，1＃、2＃融冰硐室温度不一致等。通过探索和改造，使一些影响系统运行的问题得到了解决，具体措施如下：

（1）井下输冷管路的压力调控。为解决因各采掘工作面的布置水平不一致而导致其需冷量、用水量不一致等问题，采用了3种压力调控的方法：一是在融冰硐室水泵出水管路设泄压水管；二是在标高相对较低的采掘工作面设减压阀；三是在输冷进回水间设循环水管。

（2）降温系统技术改造。降温系统的技术改造主要包括制冷压缩机油冷水管路改造，融冰硐室内回水管路改造，制冷压缩机油冷却方式改造，1＃、2＃融冰硐室水温度互调改造以及改进输冰管路等。通过采取以上措施，使系统的降温效果得到了保障，同时取得了一定的安全效益和经济效益。

（3）降低冰和冷却水输送过程中的冷量损失。一是在采掘工作面至融冰池的进、回水管道外铺设保温层，尽量减少冷却水在输送过程中冷量损失。目前融冰池距离工作面约3000m，按照每1000m水温升高1℃计，沿途将损失使水温降低3℃的冷量，约315kW，约占总制冷量3.2%，相当巨大。二是合理设计供、回水管路系统，降低管路系统的水头损失。根据焦汤定律，冷却水输送过程中的冷量损失与水头损失是成正比的关系，主要是由于冷却水与管道在进行摩擦、撞击的同时，既有水头损失，也有冷量损失。三是根据相应的水头损失，对供水泵进行合理选型，以降低由于水泵造成供、回水温升而损失大量的冷量。四是对输送过程中出现保温材料破损的情况需及时进行修补，并做好法兰、弯头、阀门以及管径突变等局部地方的保温措施。

2.2 井下冷量配置及优化

随着矿井后续开采的不断深入，井下散热量会逐步增大，对需冷量的供给也会增加，在整个降温系统制冷功率配置有限的条件下，如何有效地利用、分配降温系统的制冷量，解决井下热害问题是矿方后续生产面临的主要问题之一。对于后期降温系统的冷量配置，必须在散冷设备上进行优化配置，即在生产过程中根据采掘工作面的实际需冷量，优化配置空冷器的数量、组合方式及布置位置。

为了提高降温系统输出冷量的利用率，必须对采煤工作面的冷量进行优化配置。空冷器的安装位置对采煤工作面的降温效果和效率影响较大。受进风巷条件的限制及空冷器移动方便等因素影响，不可能将空冷器布置在进风巷的尽头；当空冷器的安装位置距工作面入风口超过一定距离时，入风温度将超过其允许的进风温度，而达不到降温效果。空冷器距离工作面入口工作面的长度与工作面长度、巷道长度、工作面日产煤量、风量及围岩温度等多种因素有关，在其他因素不变的情况下，随着巷道长度的缩短，空冷器到工作面入口工作面的长度也可适当增加。

为了改善红阳三矿后期工作面的温度分布情况，必须优化工作面的空冷器布局，可采用在运输巷道布置大型空冷器以减少空冷器安装数量，并在回采工作面布置小型空冷器（悬挂式）的方式。工作面的降温以大型空冷器为主，悬挂式空冷器为辅，可根据现场情况确定回采工作面的温度超过28℃的边界点，从边界点后开始布置制冷量较小的悬挂式空冷器，所需冷却水通过软管连接输送，可有效地保证整个工作面的气候环境比较均匀且符合降温要求。

2.3 通风系统降温及优化

根据红阳三矿通风系统中通风设施安置、供风量分配、局部通风改造等在全矿井降温方面的配置状况，提出了如下通风系统优化措施。

（1）增加风量。当前回采工作面通风记录显示，月均通风量在1350～1500m3／min之间，按各工作面平均断面及实测，工作面风速均在2m／s左右，与《煤矿安全规程》关于工作面风速规程（0.25～4m／s）相比，风速仍有适度上升的空间。

（2）在采煤回风巷设对旋通风机，引排乏风降温。在采煤回风巷道距工作面100～150m处安设2×15kW对旋通风机作为引排乏风动力，其排风量可达200～300m3／min，进一步增强了排风效果。采用该措施后，上隅角气温下降了2～4℃，有效地解决了其积热问题。

（3）改进通风方式。在具备条件的工作面利用沿空留巷技术，优先采用Y型通风方式，变传统U型通风方式为两进一回的通风方式，缩短风流路线，减少巷道散热和采空区氧化热进入工作空间。

2.4 非机械制冷降温措施

借鉴国内外的非机械制冷降温方式，结合当地气候以及红阳三矿实际条件，本文提出了适合红阳三矿的非机械式制冷降温方式，其中一些降温方式已经得到了应用，另外一些也正考虑实施。

（1）隔热管道排放热水。为了减少井下局部区域的热水向空气中散热，将采掘巷道附近采空区内的积存热水采用隔热管道单独排放到回风巷排水沟中，管道外用厚3cm聚氨酯保温层包裹，进行隔热保温处理，基本上隔绝采空区内的积存热水向巷道散热。

（2）煤层注水。在局部高温的采掘工作面采用煤层注水，提前对煤层进行预湿、预冷，既能起到降尘的作用，又能降低煤体温度，治理矿井热害。

（3）用冷却水作为服务用水。在借鉴国内外典型经验的基础上，将采煤工作面、掘进面、带式输送机转载处等需用服务用水的区域，用冷却水作为服务用水，既能有效地降尘，又能降低该区域的温度。

（4）减少采空区漏风。对于采空区，每隔30～50m构筑挡风墙，以减少采空区漏风，从而有效地控制由于采空区漏风而带入工作面的热湿量。

（5）减少井下作业人员的体能消耗。因井底车场距离一些采掘工作面的距离已超过3km，相对较远，井下作业人员在其途中完全依靠步行，损耗掉了一定的体力。下一步考虑对井下作业人员采用机械方式进行辅助运输，以减少井下作业人员的体能消耗。2.5 矿井热害治理管理措施

无论是在采用机械制冷降温前，还是在采用机械制冷降温后，管理措施作为矿井热害治理的一种手段，对保护井下作业人员的身体健康和维持矿井的正常生产，都发挥着极为重要的作用。

（1）成立制冷科。为了抓好矿井热害治理和降温系统日常运行、维护、管理等工作，红阳三矿成立制冷科，并建立了降温系统三级管理模式，现已形成了健全的组织机构和管理模式，有效地保证了矿井日常降温工作的正常开展。

（2）提供补给品。在不增加较大经济投入的前提下，通过给采掘一线作业人员提供增强耐热能力的饮品，如含维生素C丰富的饮品，能有效缓解矿井热害对井下作业人员造成的伤害。

（3）开展对操作人员及井下作业人员的安全培训。开展对操作人员及井下作业人员安全培训，能有效地提高矿工的安全防患意识，并使矿工熟悉矿井热病的症状，学会现场急救措施，提高其自我保护能力。

（4）建立矿井热害防治的相关制度。矿井热害防治的制度主要包括劳动用工、工班时间、健康体检、高温作业补贴、维生素C及预防中暑物品的发放等。根据劳动强度情况，可对劳动强度较大的井下作业人员执行四六工作制，或减少一次性劳动时间，增加休息频次。

（5）开展对降温系统的管理维护。开展对制冷、制冰系统的管理维护，及时处理出现问题，定期清理输送管道内的水垢，可确保降温系统的正常运行，并尽量减少冷量输送过程中的沿程损失。

（6）完善相应的安全措施与应急预案。针对制冷系统制定了制冷机司机操作规程、制冷设备操作安全注意事项、融冰水泵司机操作规程、制冷机长期停车维护措施5项主要技术措施以及制冷设备各部检修安全措施10项。在采取了一系列的降温措施后，针对局部地段仍然会遇到高温热害的情形（如回风巷道或者是来不及散热的掘进面，以及在降温系统的运行和检修过程中，也存在高处坠落、机械伤害和触电等危险有害因素），对其必须采取相应的安全措施，制定应急预案，并定期进行演练。

3 红阳三矿热害综合治理效果

通过采取热害治理措施，分别对709和1208等采掘工作面进行降温，取得了较好的效果，采掘工作面的降温幅度达到了5～8℃，平均温度已下降到26℃以下。后期，在参照热害治理系统解决方案的基础上，随着红阳三矿热害治理措施的不断完善，其工作面的降温幅度将会更加明显或者其降温经济性更佳。709和1208采掘工作面降温前后的温度对比如表1、2所示。

表1 710工作面与制冷后的709工作面温度对比表℃

表2 1202掘进巷道与制冷后的1208掘进巷道温度对比表℃

4 结论

随着矿井开采深度的不断增加及机械化程度的越来越高，矿井热害问题将会越来越突出、越来越严重，单纯依靠一种或几种治理措施治理矿井热害已不能满足矿井降温要求，也不符合矿井科学发展的需要，必须采取综合性的、系统性的解决方案来治理矿井热害。

红阳三矿热害治理系统解决方案既囊括了冰冷却降温系统及优化、井下冷量配置及优化、通风系统降温及优化、非机械制冷降温措施及矿井热害治理的管理措施等要素，同时各要素之间又有着相互关联及阶层性，使该解决方案构成了一个完整的系统。

[1] 刘忠玖，曾令坤.红阳三矿地热规律及影响因素浅析[J].中国煤炭（增刊），2004

[2] 胡春胜.矿井降温设计理论与工程设计[M].北京：煤炭工业出版社，2008

[3] 余恒昌.矿山地热与热害治理[M].北京：煤炭工业出版社，1991

[4] 王锐.矿井热害勘探预测与治理[M].原子能工业出版社，1994

[5] 袁亮.淮南矿区矿井降温研究与实践[J].采矿与安全工程学报，2007（3）

Research and practice on comprehensive control heat hazard of No.3 Hongyang Coal Mine

Xia Hongman1，Zhao Jian＇an2，Luo Zhixiong3

（1.Shenyang Coking Coal Co.Ltd，Shenyang，Liaoning 110122，China；2.No.3Hongyang Coal Mine，Shenyang Coking Coal Co.Ltd，Liaoyang，Liaoning 111307，China；3.National Institute for Occupational Safety，Chaoyang，Beijing 100029，China）

Based on practice of heat hazard control in Hongyang coal mine and studied control measure of heat hazard at home and abroad，the article suggested systemic solution to control heat hazard of Hongyang coal mine from two aspects of technology and management.The systemic solution consisted of cooling system using ice and its optimization，underground refrigerating capacity allocation and its optimization，ventilation cooling and its optimization，non－mechanical cooling measure，management measure.

heat hazard in mine，comprehensive control，refrigerating capacity allocation

TD 727.2

B

夏洪满（1963－），男，辽宁沈阳人，教授级高工，中国矿业大学博士生，现任沈阳焦煤集团副总经理。

（责任编辑 张大鹏）