淺析曬口煤礦深部熱源及防治措施

薛城

摘 要：隨著煤炭生產(chǎn)向深部發(fā)展，通風(fēng)能力越來越不能適應(yīng)現(xiàn)階段礦井安全生產(chǎn)的需求，地溫不斷升高，熱害以及粉塵的危害也日益增大，給礦井的安全生產(chǎn)及日常安全管理帶來極大的困難。本文通過對曬口煤礦井下熱源的調(diào)查，分析了影響地溫的主要因素，提出了防治措施，對曬口煤礦地溫的防治工作具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：曬口煤礦；熱源；地溫；防治措施

隨著煤炭生產(chǎn)向深部發(fā)展，工作面不斷推進(jìn)，礦井的通風(fēng)系統(tǒng)隨之發(fā)生變化，采煤工作面風(fēng)流溫度高達(dá)32～33℃，通風(fēng)能力越來越不能適應(yīng)現(xiàn)階段礦井安全生產(chǎn)的需求。特別是隨著深部開采的進(jìn)行，地溫不斷升高，熱害以及粉塵的危害也日益增大。這些危害嚴(yán)重影響作業(yè)人員的工作效率以及他們的身心健康，給礦井的安全生產(chǎn)及日常安全管理帶來極大的困難。因此，很有必要針對礦井深部采區(qū)的高地溫治理技術(shù)進(jìn)行深入的研究，以實(shí)現(xiàn)煤礦的安全生產(chǎn)。曬口煤礦平均地溫梯度為2.41℃/100m，屬于中常溫類礦井。

1 熱源組成

在眾多的礦內(nèi)熱源中，有些熱源所散發(fā)熱量的多寡主要取決于流經(jīng)該熱源的風(fēng)流的溫度及其水蒸氣分壓力，例如巖體放熱和水與風(fēng)流間的熱濕交換就屬于這種類型，一般稱它們?yōu)橄鄬嵩椿蜃匀粺嵩矗涣硪活悷嵩此l(fā)的熱量數(shù)并不取決于風(fēng)流的溫、濕度，而僅取決于它們在生產(chǎn)中所起的作用而定，例如機(jī)電設(shè)備的放熱，所以也稱它們?yōu)榻^對熱源或人為熱源。

造成礦內(nèi)氣溫升高的熱源歸納為表1：

1.1 空氣的自壓縮

它是在地球重力場作用下，空氣絕熱地沿井巷向下流動時(shí)，其溫升是由于位能轉(zhuǎn)換為焓的結(jié)果，而不是由外部熱源輸入熱流造成的。但對深礦井來說，自壓縮引起風(fēng)流的溫升在礦井的通風(fēng)與空調(diào)中所占的比例很大。

1.2 圍巖散熱

圍巖向井巷傳熱的途徑有兩個(gè)：一是借熱傳導(dǎo)自巖體深處向井巷傳熱；二是經(jīng)裂隙水借對流將熱量傳給井巷。

1.3 機(jī)電設(shè)備散熱

機(jī)電設(shè)備所消耗的能量除了部分用以做有用功外，其余全部轉(zhuǎn)換為熱能并散發(fā)到周圍的介質(zhì)中去，因?yàn)樵诿旱V井下，在能量平衡方程式中，動能的變化量基本上是可以略而不計(jì)的。在礦井里，所謂的有用功，指的是將物質(zhì)（固體或流體）反搞重力而提高到一個(gè)較高的水平上所做的功。機(jī)電設(shè)備所消耗的能量指的是它從饋電線路上所收受的能量，并不是它們銘牌上的容量。井下向風(fēng)流排出熱量的機(jī)電設(shè)備主要有絞車、水泵、變壓器、電機(jī)車、局部通風(fēng)機(jī)等。

1.4 氧化熱

井下有些礦物、坑木、充填材料、油、布料等都能氧化發(fā)熱，使礦內(nèi)氣溫升高，其中以煤的氧化發(fā)熱量最為顯著。因此，礦井巷道中氧化散熱量的大小主要取決于巷道的巖性。據(jù)蘇聯(lián)學(xué)者得到的研究結(jié)果表明，煤氧化過程的散熱量取決于：風(fēng)流與煤的接觸面積；散狀煤塊的粒度和堆積狀態(tài)；煤的含濕量。煤塵與散狀煤塊同新暴露的煤層一樣最容易被氧化。煤層中的裂隙和裂縫會大大增加煤炭的氧化面積。煤在氧化過程中經(jīng)常伴有水分的蒸發(fā)。在新掘出的煤巷里，出現(xiàn)潮濕的情況就是煤經(jīng)歷氧化的標(biāo)志。

1.5 炸藥爆破熱

炸藥爆破散熱量可按下式計(jì)算：

1.6 其它熱源

1.6.1井下熱水

熱容量大的地下水是強(qiáng)載熱體，當(dāng)通過某些構(gòu)造通道（如斷層裂隙帶、急傾斜透水層等），由大氣降水滲入地下，被深部巖溫加熱后的熱水承壓上升，或缺乏排泄通道的承壓高溫水，向上頂托滲透到地表或礦井。這種深循環(huán)地下熱水，可以與上部巖石進(jìn)行強(qiáng)烈的熱交換，造成一定范圍的高溫異常。在礦井建設(shè)過程中，由于高溫?zé)崴呐欧牛绊懻麄€(gè)井下的熱環(huán)境。

1.6.2運(yùn)輸中煤炭和及矸石放熱

運(yùn)輸中的煤炭及矸石的放熱，實(shí)質(zhì)上是圍巖散熱的另一種表現(xiàn)形式，其中以在連續(xù)式輸送機(jī)上的煤炭的放熱量為最大，在以進(jìn)風(fēng)道為運(yùn)輸?shù)罆r(shí)，對進(jìn)風(fēng)流的加熱就具有特別重要的意義。據(jù)測定，在高產(chǎn)工作面的長距離運(yùn)輸巷道里，這種放熱量可達(dá)230kW或更高一些。

2 曬口煤礦熱源的計(jì)算數(shù)據(jù)

根據(jù)以上分析的各種熱源和現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)，現(xiàn)對曬口煤礦井下熱源進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)果以各熱源引起的空氣焓值變化來表示。計(jì)算結(jié)果列于表3。

3 通過數(shù)據(jù)分析得結(jié)論

機(jī)電設(shè)備放熱是該礦井的首要熱源，占總熱源的45.5%。對到達(dá)六采區(qū)三片北翼一號眼采煤工作面迎頭的風(fēng)流有加熱作用的機(jī)電設(shè)備有新副井下山-200處的變壓器，六采區(qū)下山的絞車，六采區(qū)二片口的水泵，六采區(qū)三片的電瓶車、照明燈具和局部通風(fēng)機(jī)，工作面的兩臺鏈板機(jī)和電煤鉆。

氧化放熱是礦井的第二大熱源，占總熱源的23.8%，分布在三片和工作面內(nèi)，這兩處有大量的煤塊和煤粉，煤塊、煤粉比表面積大，與空氣接觸充分，氧化放熱，加上三片風(fēng)量很小，只有2.91m3/s，遠(yuǎn)不足以帶走積蓄的熱量。

風(fēng)量不足，熱量積蓄，是導(dǎo)致工作面高溫的主要原因。據(jù)測量，六采區(qū)二片標(biāo)高-278，原始巖溫30.9℃，比三片的原始巖溫低1℃，而工作面溫度達(dá)33.6℃，比三片工作面高出1℃，相對濕度也要高出3%，就人體感覺而言，二片工作面比三片工作面要更為悶熱，更不舒適。從風(fēng)量上看，二片風(fēng)量僅為1.76m3/s，三片風(fēng)量為2.91m3/s。這可以得出：1再次說明引起工作面高溫的關(guān)鍵并不是圍巖放熱；2采區(qū)風(fēng)量大小對工作面氣候影響很大，新鮮風(fēng)流可帶走熱量、有毒有害氣體，也說明了采有增加風(fēng)量的辦法降溫對該礦井來說一個(gè)行之有效的方法。

空氣壓縮熱、爆破熱、人員散熱以及其它熱源主要是三片礦車上煤炭和矸石放熱，都是相對較小的熱源，分別占總熱源的16.1%、1.4%、2.0%、2.8%，這四種熱源是生產(chǎn)過程中一定會產(chǎn)生的熱量，是不可避免的，好在發(fā)熱量較小，都是次要的熱源。

4 減少熱源的措施

4.1 機(jī)電硐室采用獨(dú)立通風(fēng)

井下機(jī)電硐室的發(fā)熱量很大，如果這些設(shè)備的散熱直接進(jìn)入進(jìn)風(fēng)流，礦井進(jìn)風(fēng)風(fēng)流的溫度將會有較大的溫升。所以對礦井地溫高的深部塊段，應(yīng)避免機(jī)電硐室設(shè)備散熱溫度進(jìn)入進(jìn)風(fēng)流中，井下機(jī)電硐室（如中央變電所、泵房和絞車房等）應(yīng)建立獨(dú)立的回風(fēng)系統(tǒng)。

井下使用的電瓶車充電柜應(yīng)放置在回風(fēng)流中，避免充電柜充電時(shí)產(chǎn)生的散熱進(jìn)入進(jìn)風(fēng)流中，增加進(jìn)風(fēng)流的溫度。曬口煤礦為瓦斯礦井，瓦斯含量為0.1%-0.5%，進(jìn)風(fēng)大巷中不會出現(xiàn)瓦斯集聚和瓦斯突出現(xiàn)象，無瓦斯爆炸隱患，可以將電瓶車充電柜放置在回風(fēng)流中。

4.2 縮短煤炭運(yùn)輸時(shí)間

曬口煤礦DE煤層的發(fā)熱量為6017卡/g，為中高發(fā)熱量煤，煤在空氣中裸露的時(shí)間越長散發(fā)的熱量也就越多，井下作業(yè)點(diǎn)的溫度也就越高。煤由工作面經(jīng)由鏈板機(jī)運(yùn)輸至裝車口，再裝車?yán)羺^(qū)段車場，深部采區(qū)還要經(jīng)過下山提升，再拉至翻滾籠翻煤，整個(gè)運(yùn)輸過程占時(shí)較長。煤流與風(fēng)流方向相反，煤炭在運(yùn)輸過程中的散熱隨著風(fēng)流進(jìn)入工作面，使工作面的溫度更高，因此，要盡量縮短煤炭各個(gè)運(yùn)輸環(huán)節(jié)，從而縮短煤炭的散熱時(shí)間。

4.3 改善通風(fēng)系統(tǒng)

加大風(fēng)量以降低井下溫度。改善通風(fēng)系統(tǒng)，增加井下通風(fēng)量，可采用下列措施：減少風(fēng)阻；防止漏風(fēng)；加大扇風(fēng)機(jī)能力；采用合理分風(fēng)與輔助風(fēng)路通風(fēng)法；加強(qiáng)通風(fēng)管理等。但是，風(fēng)量的增加不是無限制的，它受規(guī)定的風(fēng)速和降溫成本的制約。

4.4 灑水降溫

采用非制冷措施降低進(jìn)入工作面的風(fēng)流溫度。如讓風(fēng)流通過一段有噴淋水霧的巷道，將其冷卻，該方法可達(dá)到降溫和降塵的目的

深部煤層受地溫的影響，煤層溫度高，揭露的煤體向外部散熱，使的工作面的溫度變高。因此，在職工進(jìn)入工作面前，先對裸露煤體進(jìn)行灑水，讓低溫水體吸收裸露煤體的溫度，使工作面的溫度得到降低。同時(shí)，在放炮前、放炮后都要做好灑水工作，進(jìn)一步起到降低工作面溫度的作用。

對錨噴巷道進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，曬口煤礦在主運(yùn)巷中設(shè)多道噴霧裝置，每間隔20m安裝一處噴霧進(jìn)行灑水降溫。

4.5 采取個(gè)體防護(hù)

個(gè)體防護(hù)的主要措施是作業(yè)人員穿冷卻服。冷卻服的適用范圍很廣，既可以是獨(dú)頭高溫工作面，又可以是井下各種大型設(shè)備操作人員和未采用中央制冷空調(diào)時(shí)的井下游動工作人員和生產(chǎn)管理者。個(gè)體防護(hù)的制冷成本僅為其它制冷成本的1/ 5左右，因而世界各國爭相開展冷卻服的研制。走在技術(shù)前列的有德國、南非、美國、澳大利亞。

4.6 適時(shí)休息

在高溫條件下作業(yè)，職工勞動強(qiáng)度大，體力消耗快，人體水分、鹽分流失多。礦區(qū)職工醫(yī)院定期對井下高溫作業(yè)人員進(jìn)行體檢和保健咨詢服務(wù)，礦班中餐供應(yīng)高能含鹽食品，改白開水為富含K+、Na+等離子電解質(zhì)飲料或鹽水，以改善人體的耐熱能力。

參考文獻(xiàn)

[1]張國樞.通風(fēng)安全學(xué).徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2000.7

[2]劉鐵民.注冊安全工程師教程.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003

[3]丁龍生.邵武煤礦深部采區(qū)高地溫治理.2006