济宁三号煤矿热环境测试和工作面热源分布

易 欣 王振平 张广文 冯小平

（1.西安建筑科技大学，陕西省西安市，710055；2.西安科技大学，陕西省西安市，710054；3.兖州煤业股份有限公司，山东省邹城市，273500；4.江南大学，江苏省无锡市；214122）

1 矿井热害现状

济三煤矿位于山东省济宁市境内，井田面积约为110 km2，主采3上＃和3下＃煤层，设计生产能力为500万t／a，服务年限为81年。

济三煤矿全矿井平均地温梯度为2.44℃／100 m，煤系地层平均梯度为2.96℃／100 m。根据3下＃煤层和16上＃煤层底板地温等值线，－650 m等高线以上地温小于31℃；－650～－900 m等高线之间温度一般在31～37℃（一级高温区）；－900 m等高线以深地温一般高于37℃（二级高温区）。

济三煤矿目前开采的东翼采区深度在500 m以内，北翼采区深度在600 m以内、西翼采区深度已达到700 m，因地温升高而产生的矿井热害问题已日益凸显。对井下热环境参数进行调查与预测的结果表明，东翼采区采掘工作面夏季最高风温不超过28℃；北翼采区采掘面风温只在夏季最高风温达到28～30℃；西翼采区采掘工作面夏季风温达到30～32℃，最高34℃，出现较严重的热害，而冬季西翼各采掘工作面热害并不明显。

2 矿井热环境测试

为全面了解矿井气候现状，于2012年9月21日对183上＃04工作面通风线路上进行布点，并对各点的空气状态参数进行测试。观测仪器采用数字式精密气压计、干（湿）球温度计、风表、水温计、测尺、WMY－01数测温计和红外测温仪等仪器设备。测点布置图如图1所示，测定数据如表1所示。

图1 测点布置图

从图1～图4中可看出，各通风路线上的各测点空气的焓值变化情况，从地面井口（测点1）到六采区西辅巷（测点8）增加幅度较小，而183上＃04辅顺巷进风口（测点9）至工作面回风巷出口（测点16）增加幅度较大。说明井下热源主要集中在采区工作面区段，而运输大巷向风流散热量较少，部分区段运输巷道从风流中吸收热量使空气的焓值下降，巷道的壁面起到了调温的作用。

表1 18304工作面通风路线风流参数测定表

3 工作面散热量计算

经测量183上＃04综采工作面原岩温度为33℃，风量约为1200 m3／min。顺槽为煤巷，长度约为2500 m，断面宽度约为4.2 m，高度约为3.15 m，锚网支护；工作面长度约为190 m，断面宽度约为4.5 m，高度约为3 m。辅顺内机电设备包括电绞车、水泵、变压器和液压机等，总功率约为860 k W，采煤面内总装机功率约为2000 k W，转载机及破碎机功率约为600 k W。根据工作面热环境测试数据分析，焓值变化趋势如图5所示。

从图5可以看出，工作面焓值整体成递增曲线，受测定因素的影响（测量数据时测定人员位于支架内）工作面出口处焓值大于转载机处焓值，主要是由于工作面接近回风隅角处，有部分热量来自采空区，且风流没有均匀混合的原因。

图5 焓值变化曲线图

将工作面划分为区段，分段计算各热源散热量。第1区段为辅顺巷入口到183上＃04泄水巷口，第2区段为183上＃04泄水巷口到变电站前，第3区段为变电站及乳化液泵站等放置区，第4区段为变电站后到工作面进风隅角，第5区段为采煤面，第6区段为回风隅角胶顺巷出口。各区段散热量的计算结果如表2所示，各区段散热量占总散热量的比例如图6所示。

表2 工作面热源散热量分布情况表

图6 各区段散热量占总散热量的比例

4 工作面热源分布

由计算结果可以看出，辅助顺槽的散热量中围岩散热占33%，机电设备散热11%；采煤面热源散热量最大为402.9 k W，占全部热源的43%，主要热源是围岩散热、机电设备散热、运输中煤散热和采空区散热；胶带运输顺槽散热量占13%，主要热源是运输中煤散热、围岩散热和机电设备散热。

由图6可以看出，工作面作为热源的集中区域，散热量远大于其两侧运输顺槽与轨道顺槽，对风流温度变化具有重要作用。

5 结语

矿井热害形成的原因是多方面的，造成矿井气温升高的热源很多，且不同矿井其热源组成与分布都不同。但从总体上来看，引起矿井高温的主要因素是地面气候季节性变化、风流自井井筒下流时自压缩放热、地热引起的围岩壁面放热、采掘运机电设备运转时放热以及运输中的煤和煤矸石放热等热源。通过济三煤矿热环境测试结果表明，工作面是热源的集中区域，是影响矿井热环境的主要因素，矿井降温措施的实施需要考虑热源的分布特征，从而达到更好的效果。

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