淮南煤田矿井热害分布及防治措施

汪宏志

（安徽省煤田地质局第三勘探队，安徽宿州234000）

·地质与矿业工程·

淮南煤田矿井热害分布及防治措施

汪宏志*

（安徽省煤田地质局第三勘探队，安徽宿州234000）

在统计分析淮南煤田各矿井的井温地质资料的基础上，提出三级热害等级划分的方法，并应用该方法对淮南煤田各矿井主要开采煤层的热害分布区域进行了预测和圈定，并对淮南煤田各矿井的现有热害治理措施进行了阐述。

矿井热害；热害等级；热害防治

随着煤矿开采深度的不断增加，原岩温度不断升高，采掘工作面的高温热害日益严重。为调查井下高温和确定是否形成矿井热害以及对其进行治理等目的，世界各国根据本国矿井具体条件、技术、经济状况及发展水平，对矿井热害都制定了相应的标准[1-3]。据《煤炭资源地质勘探地温测量若干规定》，热害等级分为Ⅰ级（＞31℃）和Ⅱ级(＞37℃)，鉴于淮南煤田深部矿井地温较高，热害严重，依据相关资料，提出三级热害等级划分方法，在原有二级热害划分的基础上增加一级热害，即三级热害，其标准为大于45℃，应用此划分标准对淮南煤田各矿井的热害区域进行预测和圈定。

1 淮南煤田热害区分布情况

本次对淮南煤田的23个煤矿进行了地温及相关资料的收集和汇总，分别为阜凤断裂以北的潘（集）谢（桥）矿区和阜凤断裂以南的新（集）谢（家集）矿区，测温钻孔共计677个，井下测温22处。

通过对各井田测温数据的统计分析，建立主要的开采煤层与深度的回归关系式，得出各煤层底板温度（T）与煤层埋深（H）之间的相关关系。然后依据回归公式计算得出矿井各煤层的各级热害深度。

淮南煤田几个主要煤层的热害分布介绍如下。

1.1 1煤热害分布

在统计矿井中，1煤底板热害分布情况见图1。由图1可知，淮南煤田潘一东与口孜集井田1煤底板均有三级热害，口孜集井田最高温度达到57.5℃。其中潘一东井田平均温度较高，均为大于37℃的二、三级热害区，且大部分为三级热害区，占含煤面积的58.11%。而口孜集井田1煤底板中各级热害均有出现，多数为二、三级热害，特别是靠近口孜集断层的口孜西的西部部分区域温度可达57.5℃，一级热害区域只占矿区含煤面积的3.45%。板集井田中无三级热害，几乎全部为二级热害，占矿区含煤面积的91.30%，一级热害极少。

图1 各井田1煤层热害分布面积对比图

1.2 5煤热害分布

5煤热害分布情况见图2。由图2可知，潘一井田与口孜集井田5煤均有三级热害区，口孜集井田最高温度达到59.5℃。其中潘一井田中含煤面积的28.13%为无热害区域，大部分热害范围为一级热害区，三级热害区域只占含煤面积的1.04%。而口孜集井田5煤均为热害区域，且各级热害均有出现，绝大部分为二、三级热害，特别是靠近口孜集断层的口孜西的西部部分区域温度可达59.5℃，一级热害区域只占矿区含煤面积的7.55%。板集井田中无三级热害区，绝大部分为二级热害区，占井田含煤面积的60.87%，其它都为一级热害区。

图2 各井田5煤层热害分布面积对比图

1.3 8煤热害分布

8煤底板热害分布情况见图3。由图3可知，淮南煤田的东部如朱集西、朱集东和丁集井田中一级热害区域占井田含煤面积的比例很小，最大不超过7.5%，尤其是朱集西井田皆为大于37℃的二、三级热害区；在这3个井田中大部分区域为二级热害区，其中丁集井田中二级热害区域达到含煤面积的65%。

图3 各井田8煤层热害分布面积对比图

1.4 13煤热害分布

13煤底板热害分布情况见图4。由图4可知，淮南煤田东部的几个矿井中，只有潘一、朱集东和丁集井田中有三级热害区域，占井田含煤面积的比例较小，最大不超过18%，尤其是潘一井田中的三级热害区域只占含煤面积的0.14%。在潘一东、潘北和朱集西井田中无三级热害区，其中潘一东和潘北井田中一级热害区域较多，而朱集西井田中二级热害区域较多，达到含煤面积的83.33%。

2 淮南煤田热害防治实践

由以上分析可知，淮南煤田绝大部分矿井皆受到热害威胁，一级热害区普遍分布，二级热害区分布较广，随着开采深度的增加，特别是开采1～5煤层时，三级热害范围逐渐增加。根据《煤矿安全规程》规定，采掘工作面的空气温度不得超过26℃，否则应采取降温或其他防护措施。当前淮南煤田各矿井都进行了一些热害防治的实践，防治措施归纳起来主要有2个方面：一是采取非机械制冷方式，二是采取人工机械制冷的方式。

图4 各井田13煤层热害分布面积对比图

2.1 非机械制冷方式

（1）通风降温：淮南矿区各矿井中采用的非机械制冷方式主要是通风降温法。该方法就是通过布置合理的矿井通风系统和增加矿井风量来实现工作面降温的目的。从淮南潘三煤矿等矿井的生产实践上可证实：适当增加供风量可获得降温或感觉舒适些的效果，能减少一定的热害。增加风量是一种简单易行的降温方法，但是其降温效果是有限的，受季节性和围岩温度等因素的影响较大。当在夏季进风温度较高或者围岩温度达到一定高度时，增加风量将不起作用[4]。该方式只能减少热害，而不能有效控制热害。

（2）顶板管理：当矿井受各级热害影响时，主要热害区为采煤工作面，而采煤工作面又是人员集中工作的场所，因此，采煤工作面为矿井降温的重点。根据淮南矿区各矿井的开采实践和相关研究表明采取集中生产、后退式采煤法、倾斜长壁采煤法及全面充填法管理顶板等方式，可有效降低回采工作面末端的风温。

（3）热水防治：矿井内热水可通过热对流和热传导2种方式将温度传给风流。热水在有利的地质条件下涌流时，可通过对流对风流直接加热加湿，在通道及其上方引起局部温度升高；而当高温热水为深部承压含水层时，其首先通过热传导方式加热上部岩体，岩体再把热量传递给风流。因此，当高温异常区含有地下水时，将会加剧矿井的热害。淮南煤田潘集矿区深部热害正是由于受奥陶系碳酸盐岩热水储层的影响而加剧。潘集矿区各矿井，如潘一、潘二、潘三矿井热水的治理措施主要有：采用超前疏干，将热水水位降到开采深度以下；在出水点附近打专门的排水钻孔，把热水就地排到地面；在回风水平涌出的热水在回风井巷设水仓，利用泵房直接排出地面；利用隔热管道或者加隔热盖板的水沟导入井底水仓；目前，针对热水的危害，潘集矿区部分矿井正尝试开展采用热泵技术来实现矿井热水的资源化的研究，将经过处理后的热水应用于温泉洗浴、供暖等，该方法节约了煤电能源，具有可观的经济效益，值得应用推广。

根据淮南矿区各矿井的热害防治实践，采用非制冷降温措施只能减少热害，而不能有效控制热害。

2.2 机械制冷方式

当非机械制冷方式不能有效控制矿井热害时，就必须采取机械制冷方式进行降温，以使得井下工作面的温度维持在规定温度限值以下。根据淮南矿区制冷空调降温的实践，当矿井热害等级较低且仅局部工作面温度较高或热害持续时间短的区域，采用井下局部降温系统即可满足要求。当矿井热害等级较高且热害范围和生产周期均较大时，以集中制冷降温为主，局部降温系统为辅的降温效果较理想。集中制冷降温系统主要采用机械制冷水降温矿井空调系统和热电冷联产降温系统2种。

（1）机械制冷水降温矿井空调系统：淮南煤田口孜集矿、潘一东、朱集和顾桥矿目前采用的制冷系统就属于制冷水降温空调系统中的井上、下联合空调系统。即利用制冷机制出冷水，通过管道输送到用冷地点，然后通过风流热交换设备将冷量传给风流，达到制冷降温的目的，通过利用该系统，井下工作面降温效果明显，平均降温幅度4℃。

（2）热、电、冷三联产降温系统：淮南矿区率先在潘一煤矿南风井实施热、电、冷三联产项目，该项目利用抽采的矿井瓦斯进行燃烧发电，瓦斯发电机组冷却及尾气余热通过溴化锂吸收制冷机组制冷，实现热、电冷、三联产，形成井上集中供冷、井下移动制冷和瓦斯发电余热制冷相结合的井下降温组合。该技术在淮南煤田张集矿、谢桥矿以及河南平顶山四矿进行了现场应用，该降温系统很好地体现了循环经济、变废为宝、节能高效的原则，有效的降低了矿井降温成本。采用这一模式很好的解决了矿井热害问题[5-6]。

淮南煤田新建的高温矿井全部都采用了全井降温措施，如顾桥煤矿和丁集煤矿在矿井投产初期仅采用局部降温系统，当矿井正式投产后，利用瓦斯发电机组冷却及尾气余热制冷的井上集中制冷与井下机械制冷相结合方式实现了井下多个工作面和掘进头的降温要求。

综上所述，根据淮南煤田热害防治实践，采用非制冷降温措施只能减少热害，而不能有效控制热害。当非机械制冷方式不能有效控制矿井热害时，就必须采取机械制冷方式进行降温。

3 结语

根据温度不同，以Ⅰ级（＞31℃）、Ⅱ级(＞37℃)和Ⅲ级(＞45℃)为等级划分标准，对淮南煤田矿井各个煤层的热害区域进行了预测和圈定，并对矿井热害治理措施进行了阐述。矿井降温措施包括非机械降温方式和机械降温方式2种。矿井应优先采用非机械降温方式，当非机械降温方式不能满足矿井制冷需求时，采取机械制冷方式。

[1]余恒昌.矿山地热与热害治理[M].煤炭工业出版社，1991.

[2]王天佑，李保来.地温工作在煤田地质工作中的应用[J].中国煤炭地质，1993,5（3）：55-57.

[3]冯中贵.煤田井温测量与煤层一、二级热害区的圈定[J].中国煤田地质，2011,23（3）：66-6.

[4]徐国领.矿井回风热能利用技术及其应用[J].中州煤炭，2011（7）：87-89.

[5]左金宝.高温矿井风温预测模型研究及应用[D].安徽理工大学，2009.

[6]袁亮.淮南煤田矿井降温研究与实践[J].煤田地质与勘探，2007，24（3）：298-301.

[7]贺黎明.高温热害矿井环境保障关键技术研究[D].西安科技大学，2010.

[8]李德忠，李冰冰.两淮矿区深井高温热害防治技术初探[J].中国煤炭，2008，34(4)：64-66.

Distribution of Thermal Hazard and Its Prevention and Control Measures in Huainan Coalfield

WANG Hong-zhi
(Third Prospecting Team of Anhui Coal Geological Bureau，Suzhou Anhui 234000,China)

Based on the systematic analysis of the geological data of well temperature in each mine of Huainan coal field,the three level classification of thermal hazard is proposed,the heat damage distribution area of the main coal seam in Huainan coal mine are predicted and delineated by this method,and the control measures of thermal hazard in every mine of Huainan coal field are also expounded.

mine thermal hazard；thermal hazard grade；prevention of thermal hazard

TD727

A

1004-5716(2016)12-0072-03

2016-01-21

2016-01-26

安徽省国土资源科技项目《两淮矿区地温分布规律及地热资源开发利用前景研究》（2011-K-13）。

汪宏志（1983-），男（汉族），安徽宣城人，工程师，现从事煤田地质勘探工作。