浅析晒口煤矿深部热源及防治措施

2015-10-14薛城

卷宗 2015年10期

薛城

摘要：随着煤炭生产向深部发展，通风能力越来越不能适应现阶段矿井安全生产的需求，地温不断升高，热害以及粉尘的危害也日益增大，给矿井的安全生产及日常安全管理带来极大的困难。本文通过对晒口煤矿井下热源的调查，分析了影响地温的主要因素，提出了防治措施，对晒口煤矿地温的防治工作具有一定的现实意义。

关键词：晒口煤矿；热源；地温；防治措施

随着煤炭生产向深部发展，工作面不断推进，矿井的通风系统随之发生变化，采煤工作面风流温度高达32～33℃，通风能力越来越不能适应现阶段矿井安全生产的需求。特别是随着深部开采的进行，地温不断升高，热害以及粉尘的危害也日益增大。这些危害严重影响作业人员的工作效率以及他们的身心健康，给矿井的安全生产及日常安全管理带来极大的困难。因此，很有必要针对矿井深部采区的高地温治理技术进行深入的研究，以实现煤矿的安全生产。晒口煤矿平均地温梯度为2.41℃/100m，属于中常温类矿井。

1 热源组成

在众多的矿内热源中，有些热源所散发热量的多寡主要取决于流经该热源的风流的温度及其水蒸气分压力，例如岩体放热和水与风流间的热湿交换就属于这种类型，一般称它们为相对热源或自然热源；另一类热源所散发的热量数并不取决于风流的温、湿度，而仅取决于它们在生产中所起的作用而定，例如机电设备的放热，所以也称它们为绝对热源或人为热源。

造成矿内气温升高的热源归纳为表1：

1.1 空气的自压缩

它是在地球重力场作用下，空气绝热地沿井巷向下流动时，其温升是由于位能转换为焓的结果，而不是由外部热源输入热流造成的。但对深矿井来说，自压缩引起风流的温升在矿井的通风与空调中所占的比例很大。

1.2 围岩散热

围岩向井巷传热的途径有两个：一是借热传导自岩体深处向井巷传热；二是经裂隙水借对流将热量传给井巷。

1.3 机电设备散热

机电设备所消耗的能量除了部分用以做有用功外，其余全部转换为热能并散发到周围的介质中去，因为在煤矿井下，在能量平衡方程式中，动能的变化量基本上是可以略而不计的。在矿井里，所谓的有用功，指的是将物质（固体或流体）反搞重力而提高到一个较高的水平上所做的功。机电设备所消耗的能量指的是它从馈电线路上所收受的能量，并不是它们铭牌上的容量。井下向风流排出热量的机电设备主要有绞车、水泵、变压器、电机车、局部通风机等。

1.4 氧化热

井下有些矿物、坑木、充填材料、油、布料等都能氧化发热，使矿内气温升高，其中以煤的氧化发热量最为显著。因此，矿井巷道中氧化散热量的大小主要取决于巷道的岩性。据苏联学者得到的研究结果表明，煤氧化过程的散热量取决于：风流与煤的接触面积；散状煤块的粒度和堆积状态；煤的含湿量。煤尘与散状煤块同新暴露的煤层一样最容易被氧化。煤层中的裂隙和裂缝会大大增加煤炭的氧化面积。煤在氧化过程中经常伴有水分的蒸发。在新掘出的煤巷里，出现潮湿的情况就是煤经历氧化的标志。

1.5 炸药爆破热

炸药爆破散热量可按下式计算：

1.6 其它热源

1.6.1井下热水

热容量大的地下水是强载热体，当通过某些构造通道（如断层裂隙带、急倾斜透水层等），由大气降水渗入地下，被深部岩温加热后的热水承压上升，或缺乏排泄通道的承压高温水，向上顶托渗透到地表或矿井。这种深循环地下热水，可以与上部岩石进行强烈的热交换，造成一定范围的高温异常。在矿井建设过程中，由于高温热水的排放，影响整个井下的热环境。

1.6.2运输中煤炭和及矸石放热

运输中的煤炭及矸石的放热，实质上是围岩散热的另一种表现形式，其中以在连续式输送机上的煤炭的放热量为最大，在以进风道为运输道时，对进风流的加热就具有特别重要的意义。据测定，在高产工作面的长距离运输巷道里，这种放热量可达230kW或更高一些。

2 晒口煤矿热源的计算数据

根据以上分析的各种热源和现场采集的数据，现对晒口煤矿井下热源进行分析计算，结果以各热源引起的空气焓值变化来表示。计算结果列于表3。

3 通过数据分析得结论

机电设备放热是该矿井的首要热源，占总热源的45.5%。对到达六采区三片北翼一号眼采煤工作面迎头的风流有加热作用的机电设备有新副井下山-200处的变压器，六采区下山的绞车，六采区二片口的水泵，六采区三片的电瓶车、照明灯具和局部通风机，工作面的两台链板机和电煤钻。

氧化放热是矿井的第二大热源，占总热源的23.8%，分布在三片和工作面内，这两处有大量的煤块和煤粉，煤块、煤粉比表面积大，与空气接触充分，氧化放热，加上三片风量很小，只有2.91m3/s，远不足以带走积蓄的热量。

风量不足，热量积蓄，是导致工作面高温的主要原因。据测量，六采区二片标高-278，原始岩温30.9℃，比三片的原始岩温低1℃，而工作面温度达33.6℃，比三片工作面高出1℃，相对湿度也要高出3%，就人体感觉而言，二片工作面比三片工作面要更为闷热，更不舒适。从风量上看，二片风量仅为1.76m3/s，三片风量为2.91m3/s。这可以得出：1再次说明引起工作面高温的关键并不是围岩放热；2采区风量大小对工作面气候影响很大，新鲜风流可带走热量、有毒有害气体，也说明了采有增加风量的办法降温对该矿井来说一个行之有效的方法。

空气压缩热、爆破热、人员散热以及其它热源主要是三片矿车上煤炭和矸石放热，都是相对较小的热源，分别占总热源的16.1%、1.4%、2.0%、2.8%，这四种热源是生产过程中一定会产生的热量，是不可避免的，好在发热量较小，都是次要的热源。

4 减少热源的措施

4.1 机电硐室采用独立通风

井下机电硐室的发热量很大，如果这些设备的散热直接进入进风流，矿井进风风流的温度将会有较大的温升。所以对矿井地温高的深部块段，应避免机电硐室设备散热温度进入进风流中，井下机电硐室（如中央变电所、泵房和绞车房等）应建立独立的回风系统。

井下使用的电瓶车充电柜应放置在回风流中，避免充电柜充电时产生的散热进入进风流中，增加进风流的温度。晒口煤矿为瓦斯矿井，瓦斯含量为0.1%-0.5%，进风大巷中不会出现瓦斯集聚和瓦斯突出现象，无瓦斯爆炸隐患，可以将电瓶车充电柜放置在回风流中。

4.2 缩短煤炭运输时间

晒口煤矿DE煤层的发热量为6017卡/g，为中高发热量煤，煤在空气中裸露的时间越长散发的热量也就越多，井下作业点的温度也就越高。煤由工作面经由链板机运输至装车口，再装车拉至区段车场，深部采区还要经过下山提升，再拉至翻滚笼翻煤，整个运输过程占时较长。煤流与风流方向相反，煤炭在运输过程中的散热随着风流进入工作面，使工作面的温度更高，因此，要尽量缩短煤炭各个运输环节，从而缩短煤炭的散热时间。

4.3 改善通风系统

加大风量以降低井下温度。改善通风系统，增加井下通风量，可采用下列措施：减少风阻；防止漏风；加大扇风机能力；采用合理分风与辅助风路通风法；加强通风管理等。但是，风量的增加不是无限制的，它受规定的风速和降温成本的制约。

4.4 洒水降温

采用非制冷措施降低进入工作面的风流温度。如让风流通过一段有喷淋水雾的巷道，将其冷却，该方法可达到降温和降尘的目的

深部煤层受地温的影响，煤层温度高，揭露的煤体向外部散热，使的工作面的温度变高。因此，在职工进入工作面前，先对裸露煤体进行洒水，让低温水体吸收裸露煤体的温度，使工作面的温度得到降低。同时，在放炮前、放炮后都要做好洒水工作，进一步起到降低工作面温度的作用。

对锚喷巷道进行洒水养护，晒口煤矿在主运巷中设多道喷雾装置，每间隔20m安装一处喷雾进行洒水降温。

4.5 采取个体防护

个体防护的主要措施是作业人员穿冷却服。冷却服的适用范围很广，既可以是独头高温工作面，又可以是井下各种大型设备操作人员和未采用中央制冷空调时的井下游动工作人员和生产管理者。个体防护的制冷成本仅为其它制冷成本的1/ 5左右，因而世界各国争相开展冷却服的研制。走在技术前列的有德国、南非、美国、澳大利亚。

4.6 适时休息

在高温条件下作业，职工劳动强度大，体力消耗快，人体水分、盐分流失多。矿区职工医院定期对井下高温作业人员进行体检和保健咨询服务，矿班中餐供应高能含盐食品，改白开水为富含K+、Na+等离子电解质饮料或盐水，以改善人体的耐热能力。

参考文献

[1]张国枢.通风安全学.徐州：中国矿业大学出版社，2000.7