深层矿井高温防治工艺技术研究

摘 要：结合矿井实际效果介绍了几项矿井热害防治措施，给矿井下一步建设过程中的热害治理工作提供了较好地建议和选择。

关键词：高温热害；治理；安全生产

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.018

1 引言

随着矿井开采深度不断增加，矿井高温热害问题越来越显著，已严重影响到矿井的安全生产，甚至可能带来恶性事故的发生，所以必须积极采取措施治理，以确保矿井的安全生产，并为职工提供适宜的工作环境。

陈蛮庄煤矿为立井开拓，设—900m一个水平，资料显示，本煤田可采煤层基本上都处于二级高温区，在夏季该地区极端温度达到41.8℃，致使井下工作面温度达到32℃，回风流中温度甚至超过35℃。积极采取相应措施防治热害已成为关乎矿井重大任务。

2 矿井高温热海成因分析

2.1 井下围岩散热

陈蛮庄矿区恒温深度50m，温度18.9摄氏度，平均地温梯度为2.59℃/100m，地热增温率为1℃/38.6m，地温梯度小于3℃，属于地温正常区。但是，随着开采深度的增加，地温将有所升高，陈蛮庄矿区3煤层深度750m以深为大于37℃的二级高温区，陈蛮庄矿的开采水平为—900m，也就是说本井田可开采煤层基本都属于二级高温区。同时，工作面和巷道的淋水温度也非常高，经实际测量，部分工作面淋水温度达到42℃，水沟中的水温也在40℃左右。由此可见，围岩散热是引起陈蛮庄矿区高温热害的主要因素。

2.2 空气自压缩热

空气从地面到达井下温度升高主要来自两个方面：井筒围岩散热和空气压缩散热。陈蛮庄矿的副井水平为+43.5m，副井底水平为—900m。初步计算，从地面副井口到井底车场，风流由于自身压缩而引起的升温理论值为9.25℃。可见，对于深井开采来说，空气自压缩引起的风流的温升在矿井的热源中所占的比例很大。

2.3 机电设备散热

随着机械化程度的不断提高，井下使用的能源，大部分采用的是电源。陈蛮庄矿是新建矿井，机械化程度也是很高，井下机电设备散热非常明显，通过测定，机电设备散热量占总的采煤工作面总热量的20%左右，它能使风流温度上升5～6℃。

2.4 煤矸运输过程中散热

随着矿井开采强度的加大，生产的相对集中以及生产水平的延伸，开采出来的煤岩温度高，并且陈蛮庄矿90%的煤矸都是采用胶带输送机或者链条输送机运输，加大了煤矸与空气的接触面积，在运输过程中煤矸对风流强烈加热，进一步升高了风流的温度。

2.5 地面温度

地面温度直接影响井下各采掘工作面的温度。陈蛮庄矿所在的地区四季分明，1月份平均温度为—0.9℃，7月份平均温度为27.1℃。井下实测实据显示，在冬季，大巷中的温度15℃左右，回采工作面回风流温度为26℃，到夏季大巷中的温度25℃，采掘面风流温度达到33℃，总回风流温度在35℃。

3 制冷降温措施措施

3.1 非机械制冷降温措施

（1）增加风量：事实证明，增大风量降温是最为经济的手段之一。陈蛮庄矿在进入7月份以后天气开始升温的时候就选择了加大风量的办法，首先调整了主通风机的叶片运行角度，由原来的36°调至42°，同时井下的局部通风机也适度加大了功率并实现“双风机双电源”。这样一来井下的风量增加了1700m3/min，回采工作面风量也达到了1000m3/min以上，明显改善了井下作业环境的温度和湿度，经实测数据得知，加大风量可以降低温度2°左右。不过，风量的增加不是无限制的，它受规定风速和降温成本的制约，而且风量增加到一定程度后降温作用就会非常微弱甚至不起作用。

（2）改善通风方式：实践表明，将上行通风改为下行通风可使工作面的风温降低1～4℃，W型通风方式比U型通风方式降低了1～2℃；在不同通风系统中风风速相同时，侧翼式比中央运输的终端风温低2.2～6.3℃，混合式比中央式低2.4～9.3℃。陈蛮庄矿回采工作面就采取了下行通风的方式，可以把工作面产生的大量热量带走，同时把回风巷中的机电设备散热也带入总回风流中，从而降低了工作面的温度，改善了工作环境。但其降温幅度有限，对于热害严重的矿井往往不能满足。

（3）控制热源降温：主要是考虑到陈蛮庄矿井的工作面淋水温度较高，且三灰水温度也很高，通过疏放热水，并用隔热管道排到地面，或经由隔热盖板的水沟导入水仓；将高温排水管和热压风管设于回风巷。实践证明该明水沟为暗水沟，减少热水对井巷空气的散热量，可是将行风温降低0.7%。同时，对于机电硐室独立通风，合理选择局扇位置，尽量选择在风温较低的位置，并对局部通风风筒进行洒水降温。

（4）其他降温措施：1）煤层注水预冷煤体。2）个体防护。缩短劳动时间，在井口发放冰绿豆汤，同时安排专人对井下高温作业区域人员送降暑雪糕及冷饮。3）采掘工作面高温区域利用水射流风机，将水汽化吸热降温。

3.2 机械制冷降温措施

（1）使用地面空调系统预冷进风风流：通过在井口安设的7台中央空调，对进入副井的风流温度进行预冷。同时，减小副井进出车两侧的断面积，加大副井南侧空调冷风的进入，从而尽量减少户外热风涌入井口。经实际测量，全部打开7台中央空调可以降低井口温度2～3℃。

（2）建设制冷系统：制冷系统以向井下采掘工作面输送冷媒的种类不同，分为风冷系统、水冷系统、冰冷系统。风冷系统通过技术分析不太可行，所以陈蛮庄矿将采用水冷系统。按制冷机组的设置位置不同，制冷系统可分为地面集中式和井下集中式，根据制冷系统的设施位置及其运行工况，陈蛮庄矿的矿井降温制冷系统设于—900m井底车场附近的制冷机房，即井下集中式系统，与地面建筑空调制冷系统分别独立设置。

4 结语

通过对深层开采矿井高温热源的分析，根据陈蛮庄矿的实际情况，提出了一些相关的降温制冷的措施，并以陈蛮庄矿为实例做了效果验证，制冷系统已基本建设完成，随着制冷系统的正式投入运行，有效的解决矿井的高温热害问题，保证矿井的安全生产，给井下职工提供更加舒适的作业环境。

作者简介：张国防（1988-），男，山东宁阳人，主要从事采矿专业技术工作。