煤矿深部开采热害防治技术的应用与研究

马坡

摘要： 煤炭资源属于不可再生资源。煤矿井下的工作环境恶劣，矿内高温、高湿的环境严重地影响着井下作业人员的身体健康和劳动生产效率的提高，造成了热害这一新的自然灾害。本文浅析热害的起因、影响，并为矿工创造一个可承受的工作气候环境。

Abstract： Coal resources are non-renewable resources. The working conditions in coal mines are harsh. The high temperature and high humidity environment in the mines seriously affect the health of underground workers and the improvement of labor productivity， resulting in a new natural disaster of thermal damage. This article analyzes the causes and impact of thermal damage， to create a sustainable working climate environment for miners.

關键词： 矿井热源；高温；热害

Key words： mine heat source；high temperature；thermal damage

中图分类号：TD727 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）03-0125-02

0 引言

随着采矿机械自动化，生产集中化，开采强度和开采深度也不断增加。随之带来的矿井热害问题也日益突出，成为制约我国矿业发展的新难题。田陈煤矿于1989年建井已经开采28年，矿井已经延伸至-1050水平，热害已经直接影响了矿井的可持续发展。

1 研究内容及技术路线

通过对相关材料的大量收集及总结，本论文旨在分析研究造成北七采区的环境因素以及热害的影响，并提出改善热害的措施方法，从而解决以下几个问题：①研究田陈北风井热害是由哪些地质因素、环境因素、人的因素等原因造成的；②研究田陈北风井热害对于工人及生产造成的影响；③分析田陈北风井的地理位置、环境因素以及经济条件等特点；研究解决热害的几项措施。

2 矿井高温

能引起矿井气温值升高的环境因素统称为矿井热源。矿井热源主要分为以下几类：

2.1 地热

该矿所在地区地温梯度为1～3℃，随着开采深度的增加，当流经井巷风流的温度不同于初始岩温时，就要产生换热，因而热流往往是从围岩传给风流，温度升高；通风距离远，气体滞留时间长，温度也随之升高。

围岩向井巷传热主要通过两种方式，其一是热传导原理，由岩体深处开始向井巷进行传递；其二为通过裂隙水，再利用对流来进行热传递，使得未被扰动岩石的温度伴随地表温度发生变化，而这种变化产生的原因主要是由围岩径向而向外进行热流动所造成的。在很多情况下，热流传给巷壁主要是利用传到方式进行，在岩体裂隙水开始向外进行流动时，也就产生了对流传热。

当暴露时间不同时，从一个采场的砂岩顶板传递出来的热量值如表1。

通过表1可得，岩石裸露的时间越长，由其单位面积所传递出来的热流就会迅速的衰减。而这些重新裸露的岩石，其温度变化非常小，与原始岩温非常接近，因此该种劳动环境，温度相对较高。

2.2 机电设备的散热

伴随机械化水平的提升，在采掘工作面开展工作的机械，其装机容量迅速增加，在工作过程中消耗非常多的热量，这些热量一部分做了有用功，而其他则转化为热能通过介质散发出去。鉴于煤矿工作的特殊环境，几乎不会产生动能的变化，因此可以认为机电设备的有用功主要是转化成了液体或者物料的重力势能，其位置得以提升。与此同时，转化为人呢过的电能，大部分流入到设备的风流里。因此，采掘工作面气候条件开始恶化的主要原因之一就是回采机械的放热，这会导致风流的温度急剧上升。

2.3 空气自压缩升温

虽然空气自压缩并不是一个热源，但是这种方式对井下风流的参量有重大的影响，所以，本文将其作为热源进行分析。

由于矿井深度会发生改变，空气受到的压力也会发生与之对应的改变。如果风流在井巷中向下进行流动，会增大空气压力。这会导致放热现象出现，进而提升了井下温度。如果没有和周围的介质进行湿和热的交换，每单位空气在产生1000米的流动高差时，会增加9.18kJ的焓。

对于干空气来说，比热c=1.005Kj/kg·℃，则风流的干球温升：Δt=Δi÷c=9.76℃/1000m。

对于湿空气来说，比热c=1.032kJ/kg·℃，则风流的干球温升：Δt=Δi÷c=9.51℃/1000m。

可见，风流如果没有和周围介质进行热、湿交换时，每垂直向下流动100m，其温升约为2℃。

3 矿井热害的影响

井下作业一方面需要消耗非常高的能量，另一方面也具有很高的危险性。如果井下的温度比较高，不仅会对作业工人的身体健康产生威胁，造成劳动效率低下，也会给安全生产带来许多负面影响。

3.1 矿井热害对工人身体健康的影响

高湿是指矿井下的相对湿度超过80%。矿工长期在高湿的矿井下作业，患风湿病、皮肤病、皮肤癌，心血管系统、泌尿系统和消化系统等疾病的比例增高。

长期在矿井高温环境中作业，工作人员机体会出现一系列生理功能的改变，这些变化在一定程度内是属于适应性反应，但如果超过限度，则产生一系列生理功能的不良影响，成为井下工伤事故发生的诱因之一。endprint

3.2 矿井热害对劳动效率的影响

通常来说，在热环境中开展工作，人的可耐限度是有极限的，可耐限度包含可以忍受的温度与时间两方面内容。温度主要是人体所能承受的温度极限，时间主要是能够在高温环境中所能忍受的时间。而这两者的极限可以认为是在这种环境中进行作业时，没有给生理带来危害作为评判标准，也是一个临界条件。图1可以看出一般人对于温度大小可耐时间的变化。

由图2可以看出人在热环境中作业劳动生产率将显著降低，这是由于人体的中枢神经系统在热环境中会出现紊乱的现象，并且热环境会使肌肉活动能力下降。我们可以分阶段来分析高温环境对工作效率的影响程度。当热环境温度在27～32℃时，会降低局部用力工作效率，同时加重用力工作的疲劳程度。如果热环境温度超过32℃，就会影响工作的精密性，并对需较大注意的工作产生干扰作用。井下工作无疑就是需较大注意的工作，所以劳动效率对于井下受高温高湿影响来说很严重。

3.3 矿井热害对安全生产的影响

据统计资料介绍，在井下作业地点气温超过30℃时，事故发生率比低于30℃时高1～1.5倍。在田陈煤矿北风井发生过数次因中暑休克的事故，因高温高湿出现了影响安全生产隐患。如果工人的休息质量得不到保证，在工作时很容易造成注意力不集中以及带病工作情况的出现，在高温下显然更难适应，会增加工作失误的概率，不利于安全生产，也埋下了很多安全隐患。

4 热害改善技术

目前，改善热害最常用的是通风降温技术和机械制冷水降温。这两项技术在田陈煤矿正在使用。田陈北风井现在正在施工的是新风井，新风井建成以后，田陈北七形成独立的通风系统，风量、风速以及空气温度都会有所改善。降温空调系统在北七采区也正在使用中，本文重点介绍这两种改善热害的措施技术。

4.1 通风降温技术

已有的实践证明，改变通风方式也能实现温度的降低，比如与U型通风方式相比，采用W型通風方式也能取得降温1-2℃的效果；下行通风可以将工作面的温度下降1-4℃等。然而只通过对通风方式进行改变，或者增加风量等，所能够取得的降温效果非常有限，尤其是伴随开采深度的不断加大，热害问题愈发严重，这种通风降温技术并不能满足降温要求。

4.2 喷浆封闭围岩降温技术

使用锅炉渣、硬质氨基甲酸泡沫或其他防水性能较好的隔热材料对岩壁进行喷涂，能够产生非常好的隔热效果。在热害问题非常突出的低端可以使用该种降温技术，同时还要配合其他方法共同使用，取得效果更好。

通过实际测量可得，如果井下温度在35℃以上，利用该种方法能够促使巷内温度下降3到5℃左右，对于工作面来说也能使其温度下降2～3℃。但是根据专家的研究成果，这些绝热材料在一定的时间段后悔出现失效的情况。因此，现阶段需要开发新材料，创新来源途径，才能在实际工作中应用这种降温技术。

4.3 煤体预注水降温

在田陈煤矿七一采区，在工作面布置钻孔，然后向其中注入冷冻水，利用水压回采煤层，并进行渗透与扩散等，同时会使得水在煤中渗透并进行储存，煤的水分也会进一步增加，工作面周围的岩体也会进一步冷却，并且在一定情况下，这种方法所取得的效果比较好，并且非常经济。

5 结论

田陈煤矿北七采用改革通风方式与冷水机组相结合的措施改善井下热害的现状，目前湿度有很大的改善，迎头由于冷水机组的原因，温度适宜，但是主回风巷的温度仍较高，还是需要增加新措施来改善井下工作环境。

参考文献：

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