淺析煤礦深井熱害及其防治技術(shù)

林清俠

摘要：隨著煤礦開采深度的不斷加大，地?zé)帷C電設(shè)備散熱、空氣的壓縮與膨脹、地下熱水、人員呼吸等因素對深井氣溫的影響越來越突出，高溫?zé)岷σ呀?jīng)發(fā)展成為制約深井煤炭開采的一個重要原因。由于深井的高溫、高濕環(huán)境嚴(yán)重威脅作業(yè)人員的身體健康和機械設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，影響著礦井的安全生產(chǎn)，對煤礦深井熱害的研究及其治理技術(shù)已經(jīng)成為近年來礦山主要研究方向之一。本文結(jié)合目前煤礦深井熱害的研究成果，淺析了煤礦深井熱害的成因，就如何防治提出了幾點建議。

關(guān)鍵詞：深井熱害;成因，高溫危害;防治措施

1深井熱害的成因

1.1地面大氣溫度的變化

井下的風(fēng)量一部分是由地面風(fēng)流流入煤礦內(nèi)部供應(yīng)的。眾所周知，地面大氣的溫度是隨季節(jié)做周期性變化的，夏季氣溫高，冬季氣溫低，甚至一天之內(nèi)氣溫都有較大的波動。這種氣溫的周期性波動，對井下的氣溫有直接的影響。對于原巖溫度在28℃以上的礦井，巷道圍巖調(diào)節(jié)圈對夏季風(fēng)溫的調(diào)節(jié)作用隨著原巖溫度的升高而減弱，還會出現(xiàn)季節(jié)性熱害現(xiàn)象。

1.2圍巖溫度

圍巖溫度隨著開采深度的加大呈線性增加，當(dāng)流入巷道的風(fēng)流與圍巖存在溫差時，兩者之間就會產(chǎn)生熱量傳遞。圍巖的傳熱主要取決于圍巖與風(fēng)流之間的溫度差和傳熱系數(shù)的大小，由于圍巖受地?zé)嵊绊懀瑴囟雀哂诰镲L(fēng)流，對流換熱過程中把一部分熱量傳給風(fēng)流，使風(fēng)溫上升，且風(fēng)流滯留時間越長，通風(fēng)距離越遠(yuǎn)，換熱現(xiàn)象也越顯著。

1.3井下物質(zhì)的氧化生熱

煤礦中具有自燃傾向性的煤炭自開采后呈破碎狀態(tài)，與空氣接觸，自身發(fā)生物理化學(xué)變化，氧化放出的熱量也是使井下氣溫升高的一個重要原因，當(dāng)散熱較多時，甚至?xí)l(fā)煤炭的自然發(fā)火，造成礦井火災(zāi)。除此之外煤巖以及其他有機物的緩慢氧化，井下爆破作業(yè)等均會導(dǎo)致礦井氣溫的升高，高溫?zé)岷Φ男纬伞?/p>

2深井熱害的影響

2.1影響作業(yè)人員的身體健康

人體的熱平衡主要通過皮膚表面與周圍空氣的對流、輻射和蒸發(fā)散熱，其中對流和輻射的效果主要取決于空氣的溫度，蒸發(fā)散熱取決于相對濕度和流速。在礦井深部高溫環(huán)境中，汗液蒸發(fā)是煤礦工人最主要的散熱方式。隨著深井氣溫的升高，環(huán)境呈高濕狀態(tài)，人體蒸發(fā)散熱較慢，直接導(dǎo)致體溫升高。若作業(yè)人員長期在高溫環(huán)境中工作，將會使人的各項身體機能下降，輕則注意力分散，精神恍惚，嚴(yán)重時會給人的神經(jīng)系統(tǒng)帶來損傷，誘發(fā)各種疾病。

2.2影響煤礦的生產(chǎn)效率

當(dāng)煤礦工人長期在高溫環(huán)境中作業(yè)時，由于受氣溫的影響，精神狀態(tài)不佳，易產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象，肌肉的活動能力也會顯著下降，這些都會導(dǎo)致生產(chǎn)效率大大降低。科學(xué)研究表明，當(dāng)井下作業(yè)地點的氣溫高于人體體溫時，每超出1℃，工人的作業(yè)效率會下降7%～10%，當(dāng)作業(yè)地點的溫度超過30℃時，事故的發(fā)生概率是溫度低于30℃時的1～1.5倍。《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定生產(chǎn)礦井采煤工作面溫度超過30℃，機電設(shè)備硐室溫度超過34℃時，必須停止作業(yè)，撤出人員，采取措施，進(jìn)行處理。

2.3瓦斯異常突出

一般認(rèn)為，瓦斯在煤中的吸附屬于單層物理吸附，溫度升高，瓦斯解吸速度加快，瓦斯分子活化能升高，脫離煤的表面成為游離瓦斯分子。游離瓦斯分子大量積聚導(dǎo)致井下瓦斯?jié)舛壬摺Ｔ谕咚箲?yīng)力和地應(yīng)力的綜合作用下，煤與瓦斯突然向采掘空間大量噴出，這種現(xiàn)象稱為煤與瓦斯突出。發(fā)生煤與瓦斯突出時，采掘工作面的煤壁將遭到破壞，大量的煤與瓦斯將從煤層內(nèi)部以極快的速度向巷道或采掘空間噴出，充塞巷道。同時此過程中還伴有強大的沖擊力，將摧毀巷道設(shè)施，破壞通風(fēng)系統(tǒng)，嚴(yán)重時，還會發(fā)生風(fēng)流逆轉(zhuǎn)，造成人員窒息;發(fā)生瓦斯爆炸、燃燒及煙流埋人事故。

3 防治深井熱害的措施

3.1非人工制冷降溫技術(shù)

3.1.1通風(fēng)降溫

通風(fēng)降溫是通過加大井下的通風(fēng)量來達(dá)到降溫的目的，通過此種途徑處理高溫具有較好的效果。煤礦實際生產(chǎn)中，可通過以下幾種通風(fēng)措施降低溫度。

（1）選擇合理的通風(fēng)系統(tǒng)：應(yīng)盡可能選擇進(jìn)風(fēng)路線長度較短的礦井通風(fēng)系統(tǒng)，合理優(yōu)化通風(fēng)方式，進(jìn)風(fēng)路線越長，風(fēng)流與圍巖的接觸越多，傳熱越多。一般而言，采用分區(qū)式通風(fēng)可以縮短進(jìn)風(fēng)路線長度。

（2）采用下行通風(fēng)方式：采煤工作面上部水平的圍巖溫度較低，新鮮風(fēng)流從上部水平流入，與圍巖之間傳熱獲得的熱量較少，使進(jìn)風(fēng)流溫度較低。待新鮮風(fēng)流到達(dá)采煤工作面時，工作面溫升較低。

（3）加強通風(fēng)管理：必須具有獨立、完整的礦井通風(fēng)系統(tǒng)。生產(chǎn)礦井必須采用機械通風(fēng)，必須同時安裝兩臺主通風(fēng)機。礦井主要通風(fēng)機必須在合理工況范圍內(nèi)運行，運行效率不得低于60%，風(fēng)壓不得高于最高允許風(fēng)壓的90%。

3.1.2煤層注水降溫

開采之前利用鉆孔將低溫水注入煤體中，注水后，低溫水通過壓差、滲透、毛細(xì)作用進(jìn)入煤層的各個部分充滿整個煤體。使得煤體的含水量、導(dǎo)熱系數(shù)和熱容量增大，煤體的溫度不易升高，同時由于水具有較大的比熱容和汽化潛熱，對礦井降溫是十分有利的。

3.1.3個體防護(hù)

在井下的某些工作地點，氣候條件較為惡劣，由于技術(shù)或經(jīng)濟上的原因采取其他降溫措施難以達(dá)到理想的效果，這時可以采用讓作業(yè)人員穿上冷卻服的方法來實現(xiàn)個體防護(hù)，維持身體熱平衡。冷卻服可有效避免高溫環(huán)境對人體的輻射和對流傳熱，同時具有吸收熱能，將人體與高溫環(huán)境隔絕的功能。

3.2人工制冷降溫技術(shù)

3.2.1空氣壓縮制冷降溫

空氣壓縮制冷降溫是利用壓縮空氣作為制冷裝置的工質(zhì)，通過一級或多級壓縮，把濕空氣壓縮到高壓狀態(tài)，向需冷工作面噴射冷氣制冷，其吸熱及放熱過程均為定壓過程。

3.2.2人工制冷水降溫

目前，當(dāng)采用通風(fēng)降溫技術(shù)不能有效降低礦井溫度時，采用最多的是蒸汽壓縮式制冷降溫技術(shù)。按照制冷機組在井上、井下的安裝位置不同，蒸汽壓縮式制冷降溫系統(tǒng)可分為：井下集中式、地面集中式、井上下聯(lián)合式、分散式四類。實踐證明，地面集中式和井上下聯(lián)合式在經(jīng)濟方面具有優(yōu)越性。自上世紀(jì)70年代蒸汽壓縮式制冷降溫技術(shù)出現(xiàn)以來，其發(fā)展迅猛，制冷技術(shù)不斷成熟，已成為礦井降溫的主要手段。

3.2.3人工制冰降溫

人工制冰降溫技術(shù)是通過地面制冰廠制取的顆粒狀冰或泥狀冰在風(fēng)力、水力等動力下或依靠自身重力由垂直輸冰管道輸送到井下的融冰裝置中，形成0℃左右的水，再由供水管道送至需冷工作面，達(dá)到治理熱害的目的。人工制冰降溫系統(tǒng)包括三個主要組成部分：冰的制備、冰的溶解和冰的溶解，其中冰的融化是制冰降溫系統(tǒng)中一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，但目前這種技術(shù)還很不成熟，具有較大的發(fā)展空間。

結(jié)語

隨著煤礦開采技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦的開采深度將會不斷加深，隨之產(chǎn)生的深井熱害問題也會越來越突出，越來越普遍。熱害已發(fā)展成為阻礙煤礦安全高效生產(chǎn)的一個不容小覷的問題，相關(guān)礦井人員必須引起足夠的重視，加強深井熱害防治技術(shù)的研究，保證礦井生產(chǎn)的安全高效，保護(hù)礦井人員的生命健康。

參考文獻(xiàn)

[1]高秉權(quán).淺談煤礦深井熱害的防治[J].能源與節(jié)能，2015（06）：65-66.

[2]羅威，宋選民，劉成.千米深井熱害防治技術(shù)[J].煤礦安全，2014，45（08）：88-91.

[3]吳化新.怎樣做好煤礦深井熱害綜合防治技術(shù)[J].山東煤炭科技，2010（04）：191-192.

[4]張東強，徐西春，楊緒金，郭艷培.深井熱害致因分析及綜合治理技術(shù)[J].山東煤炭科技，2011（01）：164-166.

[5]王勇.深井熱害防治探討[J].煤礦安全，2003（10）：38-40.

（作者單位：山東科技大學(xué)）