浅析影响矿井地温异常的因素及危害

2019-05-22李浩哲

中国金属通报 2019年2期

李浩哲

（陕西省一九四煤田地质有限公司，陕西铜川 727000）

在矿产资源生产中，随着开采深度的增加，井下气温不断升高，湿度不断增大，我国不少矿的井下气温已超过井下安全作业规定温度26oC，有的矿井下温度甚至达到44 oC，成为不同程度遭受热害的高温矿井。我国东部部分矿山浅层矿产资源开采已近枯竭，因而深部矿产资源开发与矿井地热之间的矛盾将更加突出，这个问题已成为影响矿产资源生产的一个不可忽视的因素，应引起高度重视[1]。

1 地壳浅部状况

地球本身蕴藏着巨大的热量，并由地球的内部不断向外发散。其对地下温度的影响是越接近地表影响越小。根据温度状况，地壳上部可分为变温带、恒温带、增温带三部分。地壳上部的平均正常地热增温率为深度每增加100m地温增加3oC。各地区由于地质条件不同，地热增温率也不尽相同。

2 影响矿井温度异常的因素

一般矿井随着开采深度的增加，温度呈梯度增高，但也有不少矿区，开采深度并不大，地温却有显著增高，甚至在同一深度的不同地点，地温也有明显差异，出现了地温异常现象。根据资料统计分析，影响地温异常的因素主要有以下几个方面。

2.1 矿区所处大地构造位置

在激烈的地壳活动区域,如中生代和新生代造山带,由于强烈地震,岩浆喷发和入侵活动在这些区域,高温热泉是广泛分布的,所以这个地带热流值大,高地热温度、地温梯度大,并有剧烈的变化。在地壳相对稳定的区域，地热状况正好相反，热流值小，地温低，地热梯度小，而且均一。

2.2 岩石的导热性

地球内部的热能是通过岩石向外传导的，不同岩石具有不同的导热能力。大多数火成岩、石灰岩、砂岩等导热性强，传热快，在这些岩石分布的地区表现出地温的低异常；而泥岩、页岩、煤等，导热性差，传热慢，在这些岩石分布的地区表现出地温的高异常[2,3]。

2.3 矿床基底起伏与褶皱构造

在一定深度的范围内，基底隆起区大于邻近沉陷区，背斜区大于邻近向斜区，地温梯度大。这主要与岩石的导热性和各向异性有关。基底隆起区古老岩系的岩性密度相比相邻的沉陷区沉积覆盖的岩层岩性密度大,隆起区岩层具有高导热性，热阻率小，热流向隆起区流动，因此基底隆起区岩层温度、地温梯度和热流值高于沉陷区。褶皱区,沉积岩石顺层面方向相对于垂直层面方向具有较高的热传导率，热流从下往上进行传导，由向斜区向背斜区汇集，因此，褶皱构造背斜区岩层温度、地温梯度和热流值高于邻近向斜区。

图1 褶皱构造及热流传导方向示意图

2.4 矿区临近深大断裂

深大断裂延伸至上地幔，是地层深部炽热物质-热载体的上升通道。因此，深大断裂两侧围岩往往具有较高的热流值和地层温度，从而产生大量的泉水。然而,由于深大断裂的各段具有不同的力学性质，每段围岩的热物理性质不同,热载体沿深大断裂上升至不同的位置，因此，深大断裂两侧岩层并非到处呈现出高温异常。

2.5 矿区地下水活动

地下水活动引起围岩温度降低型。一些中小型盆地及某些大型盆地的边缘部位，从补给区进入的温度较低的地下水，在快速流动过程中不断把围岩热量带走，从而降低了地热。

地下水与围岩温度平衡型。地下水不能及时补给循环，交替性较弱，致使地下水与围岩之间的热交换趋于平衡，水温与岩层温度相同，地层温度和地温梯度具有恒定的温度值。

深循环地下水上升引起局部地热增温异常型。地表或浅层地下水渗透到深层地下，与高温围岩进行换热获得热量，成为热容大的热载体——高压高温水。在高角度断裂带、岩层倾角大的透水层等合适的地质构造作用下，地下热水就会沿断裂带通道或岩层间隙上升到浅层或地表。因为水温高于浅部地层岩层温度，所以在热水上升通道周围会呈现出局部高温异常。