淮南煤田礦井熱害分布及防治措施

汪宏志

（安徽省煤田地質局第三勘探隊，安徽宿州234000）

·地質與礦業工程·

淮南煤田礦井熱害分布及防治措施

汪宏志*

（安徽省煤田地質局第三勘探隊，安徽宿州234000）

在統計分析淮南煤田各礦井的井溫地質資料的基礎上，提出三級熱害等級劃分的方法，并應用該方法對淮南煤田各礦井主要開采煤層的熱害分布區域進行了預測和圈定，并對淮南煤田各礦井的現有熱害治理措施進行了闡述。

礦井熱害；熱害等級；熱害防治

隨著煤礦開采深度的不斷增加，原巖溫度不斷升高，采掘工作面的高溫熱害日益嚴重。為調查井下高溫和確定是否形成礦井熱害以及對其進行治理等目的，世界各國根據本國礦井具體條件、技術、經濟狀況及發展水平，對礦井熱害都制定了相應的標準[1-3]。據《煤炭資源地質勘探地溫測量若干規定》，熱害等級分為Ⅰ級（＞31℃）和Ⅱ級(＞37℃)，鑒于淮南煤田深部礦井地溫較高，熱害嚴重，依據相關資料，提出三級熱害等級劃分方法，在原有二級熱害劃分的基礎上增加一級熱害，即三級熱害，其標準為大于45℃，應用此劃分標準對淮南煤田各礦井的熱害區域進行預測和圈定。

1 淮南煤田熱害區分布情況

本次對淮南煤田的23個煤礦進行了地溫及相關資料的收集和匯總，分別為阜鳳斷裂以北的潘（集）謝（橋）礦區和阜鳳斷裂以南的新（集）謝（家集）礦區，測溫鉆孔共計677個，井下測溫22處。

通過對各井田測溫數據的統計分析，建立主要的開采煤層與深度的回歸關系式，得出各煤層底板溫度（T）與煤層埋深（H）之間的相關關系。然后依據回歸公式計算得出礦井各煤層的各級熱害深度。

淮南煤田幾個主要煤層的熱害分布介紹如下。

1.1 1煤熱害分布

在統計礦井中，1煤底板熱害分布情況見圖1。由圖1可知，淮南煤田潘一東與口孜集井田1煤底板均有三級熱害，口孜集井田最高溫度達到57.5℃。其中潘一東井田平均溫度較高，均為大于37℃的二、三級熱害區，且大部分為三級熱害區，占含煤面積的58.11%。而口孜集井田1煤底板中各級熱害均有出現，多數為二、三級熱害，特別是靠近口孜集斷層的口孜西的西部部分區域溫度可達57.5℃，一級熱害區域只占礦區含煤面積的3.45%。板集井田中無三級熱害，幾乎全部為二級熱害，占礦區含煤面積的91.30%，一級熱害極少。

圖1 各井田1煤層熱害分布面積對比圖

1.2 5煤熱害分布

5煤熱害分布情況見圖2。由圖2可知，潘一井田與口孜集井田5煤均有三級熱害區，口孜集井田最高溫度達到59.5℃。其中潘一井田中含煤面積的28.13%為無熱害區域，大部分熱害范圍為一級熱害區，三級熱害區域只占含煤面積的1.04%。而口孜集井田5煤均為熱害區域，且各級熱害均有出現，絕大部分為二、三級熱害，特別是靠近口孜集斷層的口孜西的西部部分區域溫度可達59.5℃，一級熱害區域只占礦區含煤面積的7.55%。板集井田中無三級熱害區，絕大部分為二級熱害區，占井田含煤面積的60.87%，其它都為一級熱害區。

圖2 各井田5煤層熱害分布面積對比圖

1.3 8煤熱害分布

8煤底板熱害分布情況見圖3。由圖3可知，淮南煤田的東部如朱集西、朱集東和丁集井田中一級熱害區域占井田含煤面積的比例很小，最大不超過7.5%，尤其是朱集西井田皆為大于37℃的二、三級熱害區；在這3個井田中大部分區域為二級熱害區，其中丁集井田中二級熱害區域達到含煤面積的65%。

圖3 各井田8煤層熱害分布面積對比圖

1.4 13煤熱害分布

13煤底板熱害分布情況見圖4。由圖4可知，淮南煤田東部的幾個礦井中，只有潘一、朱集東和丁集井田中有三級熱害區域，占井田含煤面積的比例較小，最大不超過18%，尤其是潘一井田中的三級熱害區域只占含煤面積的0.14%。在潘一東、潘北和朱集西井田中無三級熱害區，其中潘一東和潘北井田中一級熱害區域較多，而朱集西井田中二級熱害區域較多，達到含煤面積的83.33%。

2 淮南煤田熱害防治實踐

由以上分析可知，淮南煤田絕大部分礦井皆受到熱害威脅，一級熱害區普遍分布，二級熱害區分布較廣，隨著開采深度的增加，特別是開采1～5煤層時，三級熱害范圍逐漸增加。根據《煤礦安全規程》規定，采掘工作面的空氣溫度不得超過26℃，否則應采取降溫或其他防護措施。當前淮南煤田各礦井都進行了一些熱害防治的實踐，防治措施歸納起來主要有2個方面：一是采取非機械制冷方式，二是采取人工機械制冷的方式。

圖4 各井田13煤層熱害分布面積對比圖

2.1 非機械制冷方式

（1）通風降溫：淮南礦區各礦井中采用的非機械制冷方式主要是通風降溫法。該方法就是通過布置合理的礦井通風系統和增加礦井風量來實現工作面降溫的目的。從淮南潘三煤礦等礦井的生產實踐上可證實：適當增加供風量可獲得降溫或感覺舒適些的效果，能減少一定的熱害。增加風量是一種簡單易行的降溫方法，但是其降溫效果是有限的，受季節性和圍巖溫度等因素的影響較大。當在夏季進風溫度較高或者圍巖溫度達到一定高度時，增加風量將不起作用[4]。該方式只能減少熱害，而不能有效控制熱害。

（2）頂板管理：當礦井受各級熱害影響時，主要熱害區為采煤工作面，而采煤工作面又是人員集中工作的場所，因此，采煤工作面為礦井降溫的重點。根據淮南礦區各礦井的開采實踐和相關研究表明采取集中生產、后退式采煤法、傾斜長壁采煤法及全面充填法管理頂板等方式，可有效降低回采工作面末端的風溫。

（3）熱水防治：礦井內熱水可通過熱對流和熱傳導2種方式將溫度傳給風流。熱水在有利的地質條件下涌流時，可通過對流對風流直接加熱加濕，在通道及其上方引起局部溫度升高；而當高溫熱水為深部承壓含水層時，其首先通過熱傳導方式加熱上部巖體，巖體再把熱量傳遞給風流。因此，當高溫異常區含有地下水時，將會加劇礦井的熱害。淮南煤田潘集礦區深部熱害正是由于受奧陶系碳酸鹽巖熱水儲層的影響而加劇。潘集礦區各礦井，如潘一、潘二、潘三礦井熱水的治理措施主要有：采用超前疏干，將熱水水位降到開采深度以下；在出水點附近打專門的排水鉆孔，把熱水就地排到地面；在回風水平涌出的熱水在回風井巷設水倉，利用泵房直接排出地面；利用隔熱管道或者加隔熱蓋板的水溝導入井底水倉；目前，針對熱水的危害，潘集礦區部分礦井正嘗試開展采用熱泵技術來實現礦井熱水的資源化的研究，將經過處理后的熱水應用于溫泉洗浴、供暖等，該方法節約了煤電能源，具有可觀的經濟效益，值得應用推廣。

根據淮南礦區各礦井的熱害防治實踐，采用非制冷降溫措施只能減少熱害，而不能有效控制熱害。

2.2 機械制冷方式

當非機械制冷方式不能有效控制礦井熱害時，就必須采取機械制冷方式進行降溫，以使得井下工作面的溫度維持在規定溫度限值以下。根據淮南礦區制冷空調降溫的實踐，當礦井熱害等級較低且僅局部工作面溫度較高或熱害持續時間短的區域，采用井下局部降溫系統即可滿足要求。當礦井熱害等級較高且熱害范圍和生產周期均較大時，以集中制冷降溫為主，局部降溫系統為輔的降溫效果較理想。集中制冷降溫系統主要采用機械制冷水降溫礦井空調系統和熱電冷聯產降溫系統2種。

（1）機械制冷水降溫礦井空調系統：淮南煤田口孜集礦、潘一東、朱集和顧橋礦目前采用的制冷系統就屬于制冷水降溫空調系統中的井上、下聯合空調系統。即利用制冷機制出冷水，通過管道輸送到用冷地點，然后通過風流熱交換設備將冷量傳給風流，達到制冷降溫的目的，通過利用該系統，井下工作面降溫效果明顯，平均降溫幅度4℃。

（2）熱、電、冷三聯產降溫系統：淮南礦區率先在潘一煤礦南風井實施熱、電、冷三聯產項目，該項目利用抽采的礦井瓦斯進行燃燒發電，瓦斯發電機組冷卻及尾氣余熱通過溴化鋰吸收制冷機組制冷，實現熱、電冷、三聯產，形成井上集中供冷、井下移動制冷和瓦斯發電余熱制冷相結合的井下降溫組合。該技術在淮南煤田張集礦、謝橋礦以及河南平頂山四礦進行了現場應用，該降溫系統很好地體現了循環經濟、變廢為寶、節能高效的原則，有效的降低了礦井降溫成本。采用這一模式很好的解決了礦井熱害問題[5-6]。

淮南煤田新建的高溫礦井全部都采用了全井降溫措施，如顧橋煤礦和丁集煤礦在礦井投產初期僅采用局部降溫系統，當礦井正式投產后，利用瓦斯發電機組冷卻及尾氣余熱制冷的井上集中制冷與井下機械制冷相結合方式實現了井下多個工作面和掘進頭的降溫要求。

綜上所述，根據淮南煤田熱害防治實踐，采用非制冷降溫措施只能減少熱害，而不能有效控制熱害。當非機械制冷方式不能有效控制礦井熱害時，就必須采取機械制冷方式進行降溫。

3 結語

根據溫度不同，以Ⅰ級（＞31℃）、Ⅱ級(＞37℃)和Ⅲ級(＞45℃)為等級劃分標準，對淮南煤田礦井各個煤層的熱害區域進行了預測和圈定，并對礦井熱害治理措施進行了闡述。礦井降溫措施包括非機械降溫方式和機械降溫方式2種。礦井應優先采用非機械降溫方式，當非機械降溫方式不能滿足礦井制冷需求時，采取機械制冷方式。

[1]余恒昌.礦山地熱與熱害治理[M].煤炭工業出版社，1991.

[2]王天佑，李保來.地溫工作在煤田地質工作中的應用[J].中國煤炭地質，1993,5（3）：55-57.

[3]馮中貴.煤田井溫測量與煤層一、二級熱害區的圈定[J].中國煤田地質，2011,23（3）：66-6.

[4]徐國領.礦井回風熱能利用技術及其應用[J].中州煤炭，2011（7）：87-89.

[5]左金寶.高溫礦井風溫預測模型研究及應用[D].安徽理工大學，2009.

[6]袁亮.淮南煤田礦井降溫研究與實踐[J].煤田地質與勘探，2007，24（3）：298-301.

[7]賀黎明.高溫熱害礦井環境保障關鍵技術研究[D].西安科技大學，2010.

[8]李德忠，李冰冰.兩淮礦區深井高溫熱害防治技術初探[J].中國煤炭，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

安徽省國土資源科技項目《兩淮礦區地溫分布規律及地熱資源開發利用前景研究》（2011-K-13）。

汪宏志（1983-），男（漢族），安徽宣城人，工程師，現從事煤田地質勘探工作。