煤矿热害及其治理.pdf

第卷增刊辽宁工程技术大学学报 年月 文章编号 一 增刊 一 一 煤矿热害及其治理 孙艳玲 , 桂祥友 辽宁工程技术大学资源与环境工程学院 , 辽宁阜新 摘要 随着矿井开采深度的增加 , 矿井高温热害问题会越来越严重 。 为保障煤炭工业持续健康发展 , 必须采取相应措施进行治理 。 建立井下适宜的作业环境 , 保证矿山生产安全 、 稳定 、 高效率的向前发展 。 高温高湿等热害问题 , 对井下作业人员的工作效率 、 安全 和健康有着极大的影响 , 必须采取相应措施进行治理 , 以保证井下有适宜的作业环境 。 关键词 热害治理作业环境 中图号文献标识码 一’ ,一 砚泪 工 工沈 城 , 杖心 之咄阳 , 刊吮 由 而 ,一一 , 翻 而而 ,一一 而 , , 而 , 一 口们 引言 随着矿井开采深度的增加 , 矿井高温热害问 题会越来越严重 。 据统计 , 国有重点煤矿平均采 深年增加 , 采深大于的矿井有多处 , 最深矿井已超过叨 , 预计煤炭资源总量的 埋深大于 。 随着开采深度的增加 , 机械化 程度也越来越高 , 由此出现的机械散热也愈来愈 大 。 高温高湿等热害问题 , 将显得越来越突 出 , 对井下作业人员 的工作效率 、 安全和健康有着极 大的影响 , 必须采取相应措施进行 治理 , 以保证 井下有适宜的作业环境 。 矿井热害的影响 高温对人体的危害 在矿井生产中可能遇到各种不利 的微气候 , 其中主要是矿井的高温 、 高湿 。 所谓高温 , 是指 井下气温超过 ℃ 所谓高湿 , 是指相对湿度超 过 , 产生高温 、 高湿的微气候则表 明热害出 现 。 在高温作业环境 中 , 由于热害机体可能产 生 一系列生理功能的改变①体温调节发生障碍 , 主要表现为体温和皮温升高②水盐代谢出现紊 乱 , 使机体的机能受到影 响③循环系统 、 消化 系统 、 泌尿系统 、 神经系统等均会因高温高湿下 的机体大量失水 , 改变正常的功能 , 甚至致病 。 高温环境对劳动效率及安全的影响 在高温环境中 , 人的中枢神经系统容易失调 , 从而感到精神恍惚 、 疲劳 、 周身无力 、 昏昏沉沉 , 这种精神状态成为诱发事故的原因 。 在 高温矿井 中 , 一般生产率均较低 , 有 的矿 山其相对劳动效率仅为 一 。 鹤壁六矿回采工 作面风温高达 ℃ 相对湿度达以上 , 年月日 , 一个班就有四名矿工中暑倒在工作 地点日本年全国调查统计 , 一 ℃气温 的工作面 , 比低于 ℃时的事故率高 倍南 非多年 的调查统计 , 当矿内作业地点的空气湿球 温度达到 ℃时 相当于干球温度 ℃ , 开始出现中暑死亡事故 。 下表为南非金矿井下温 度与事故率的关系 。 表井下温度与事故率的关系 伴 作业地点气温℃ 工伤频次次 千人 竺 收稿日期 一一 作者简介孙艳玲 卜 , 女 , 辽宁黑山人 , 工程师 。 本文编校赵娜 辽宁工程技术大学学报第卷 矿井高温的热源 造成矿井气温升高的热源很 多 , 主要有相对 热源与绝对热源 。 相对热源 的散热量与其周围气 温的差值有关 , 如高温岩层和热水散热绝对热 源 的散热量受气温影 响较小 , 如机电设备 、 化学 反应和空气压缩等热源 。 高温岩层散热是影响矿 井空气温度升高的重要原因 , 它主要通过井巷岩 壁和 冒落 、 运输中的矿岩与矿井空气进行热交换 , 当矿井有高温热水涌出时 , 将影响整个矿井的微 气候 。 井下适宜温度为 ℃ 。 矿井湿度采用相对湿度表示 , 矿井最适宜的 相对湿度为 一 。 而井下空气的相对湿度 大多为 一 左右 , 总回风道和回风井内的相 对湿度接近 。 造成矿井空气湿度大的原因有 井巷壁面的散湿和矿井水 含生产用水 的蒸发 。 就世界范围看 , 成为矿井高温热害的主要因素 有地热 、 采掘运机电设备运转时放热 , 运输中的矿 物和研石放热 , 以及风流下流时自压缩放热等四大 热源 。 就个别矿山而言 , 矿 内高温水涌出 、 强烈氧 化等也可能形成该矿高温热害的主要因素 。 开采深度大 , 岩石温度高 。 在我国 的中部和 北部地区 , 大部分高温矿井约 占是 由于 开采深度大 、 岩石温度高所致 。 例如孙村矿采 深 , 岩温 、 徐州三河尖矿采深 , 岩温 、 北票台吉矿采深 , 岩 温 ℃ 、 长广煤炭公司七矿采深 , 岩温 ℃ , 以及丰城建新矿采深 , 岩 温 ℃ 等都属于此类高温矿井 。 地下热水涌出 。 地下水易于流动 , 且热容量 大 , 是良好 的载热体 。 井下热水通过两个途径把 热量传递给风流其一 , 岩层中的热水通过热对 流作用 , 加热 了井巷 围岩 , 围岩在将热量传递给 风流其二 , 热水涌入巷道中 , 直接加热了风流 。 采掘工作面风量偏低 。 通风 不 良风量偏低 , 是我国目前造成采掘工作面气候条件不 良的带有 普遍性 的因素 。 据调 查统计 , 我国煤矿长壁工作 面供风量以上在 一 之间 。 按 降温要求 , 高温回采工作 面风量至少应 在 以上 。 矿井热害治理 我 国地下矿山安全规程规定 , 采掘工作 面的空气温度不得超过 ℃ , 否则应采取降温或 其它防护措施 。 针对矿井热源 , 各 国有热害的矿山都采取 了 不同的热 害防治措施 。 主要 是制冷空调降温和非 制冷空调降温 。 矿井空调降温是空调应用技术发展的一个新 领域 。 人工制冷 降温是 目前国内外普遍采用 的降 温措施 。 人工制冷降温技术关键是制冷 、 输冷 、 传冷与排热 , 以及降温系统及其控制 。 制冷 从世界上第一台制冷机的产生到现在 , 已有 近年的历史我国从年代末开始制造制冷 机 。 但将制冷设备用于矿井仅有余年的历史 。 制冷机按其结构特征分为离心式 、 螺杆式 、 和活 塞式 , 按对风流的冷却方式不同又分为冷风机组 和冷水机组 。 由于煤矿井下空气中含有瓦斯 、 煤尘等可燃 易爆气体 , 因此 , 要求制冷机所用 的制冷剂必须 符合无毒 、 不 可燃和无爆炸危险的要求 。 目前国 内外广泛采用的制冷剂为氟里 昂 , 这种制冷剂虽 然符合煤矿井下 的特殊要求 。 但其散放到大气 中 对臭氧层有破坏作用 , 世界上已逐步限制使用氟 里 昂制冷 , 年代后各国都在努力研制新的制冷 剂来代替氟里昂 。 在有高温蒸汽 、 高温水等余热的地方可采用 吸收式制冷机 。 独联体国家共个矿采用了澳化 铿吸收式制冷机 , 利用矿井瓦斯燃烧作为热源 。 输冷 在大范围的矿井降温工程中 , 制冷站制取的 冷量大都通过管道用水作为载冷剂进行输冷 。 在 管道输冷技术 中 , 主要解决两个问题 , 即降低供 冷管道 的冷量损失与降低管道的阻力损失 , 鉴于 井下 空气湿度大 , 巷道中有淋水 , 管道敷设条件 差及搬运困难等原因 , 保冷材料不仅要由防腐防 锈层 , 隔热保冷层 , 防潮层又称空气阻 凝层和保护层组成 。 目前 , 国内外常用的矿用保冷材料以泡沫塑 料制品为主 。 主要有聚苯乙烯 , 聚乙烯 , 聚氨酷 , 苯酸甲醛 , 聚异氰服酸酷及脉醛等泡沫塑料 。 利用冰块输冷 , 目前在南非已由试验 向实际应 用转化 。 年代初期对南非金矿的降温系统分析表 明 , 井深达 〕 其井下地热条件相当于我国煤 矿深的井下条件 时 , 用冰块输冷较用水输 冷有利 。 井越深 , 这种优点越突出 。 在向井下输同 样的冷量时 , 冰的质量 、 耗量约为水的 巧 。 增刊孙艳玲等煤矿热害及其治理 传冷 如何有效地将制冷设备制取的冷量传递给风 流 , 这是矿井 降温中的重要环节 , 目前国内外在 传冷方式上主要有以下几种①表面式空气冷却 器传冷②喷淋式空冷器传冷③其它传冷方式 传冷 。 排热 如何有效地排 除制冷机的冷凝热 , 是维持制 冷机正常运行 、 提高矿井 降温系统经济效益 的技 术关键之一 。 目前世界上许多井下大型降温系统 都是利用回风流排热 。 普遍认 为 , 利用回风流排 热是一种经济有效的方法 , 主 要方式有①在井 下水平巷道中建立 喷淋铜 室②利用井下暗立井 建立垂直冷却塔③为 了适应井下小型制冷设备 的排热要求 , 制造出可移式水冷却器 。 集中制冷 降温系统分为三种基本类型 , 即地 面集 中 、 地下集 中和地面 与井下分别设制冷站的 联合系统 。 用哪 一种 , 要根据矿井的具体条件 , 通过技术经济分析比较和系统优化确定 。 由于矿井逐步 向深部延深 , 地温高 , 回风温 度也高 , 利用 回风流排热困难 。 因此 , 集中制冷 站 由井下转移到地面将成为发展趋势 。 非制冷空调降温 通风降温 增加风量法 。 增加风量可以大大 降低空气的 含热量 , 是一种有效的降温措施 。 改善通风系统 , 增加井下通风量 , 可采用 下列措施减少风阻 防止漏风加大扇风机能力采用合理分风与辅 助风路通风法加强通风管理等 。 但是 , 风量的 增加不 是无限制的 , 它受规定 的风速和降温成本 的制约 。 据现场增风 降温的经验 , 高温工作面 的 风量最低限应为 一,加 。 采场通风形式 。 采场通风有多种形式 , 但以 能抑制采空区热气 串入工作面和增加工作面有效 风量的形式对降温最有利 。 采场 下行通风 时 , 矿 岩运输方 向与风流同向 , 这样使矿岩运输过程 中 放 出的热量和水蒸气 , 以及运输设备机 电设备散 热等不再返回工作面 , 从而大大改善工作面入风 流的空气状态 。 此外 , 新鲜风流从岩温较低 的上 水平进入采区 , 从围岩获得的热量也相对较少 。 合理的开拓方式降温 开拓方式不同 , 入风线路长度不同 , 因此 , 风流到达工作面的风温也不同 。 一般情况下 , 分 区式开拓可 以大大缩短入风线路长度 , 从而降低 入风流到达工作面前的温升 。 充填采矿法降温 应用 充填采矿法有利于采场降温 , 这是 因为 减少 了采空区岩石散热 的影 响 , 采空区漏风量大 大 降低 , 同时 , 充填物还可大量吸热 , 可起到冷 却井下空气的作用 。 减少热源法 ①岩层热 的控制 。 主要方法有采用 隔热物 质 喷涂岩壁防止围岩传热巷道保持适当的干 湿提高风速以提高空气冷却能力预冷矿层等 。 ②机械热 的控制 。 主要方法有机电酮室独立通 风择用辅助风扇并选择适 当的位置避免使用 低效率机械等 。 ③热水及管道热 的控制 。 主 要方 法有超前疏排热水 , 并用 隔热管道排至地面 或经过有 隔热盖板的水沟导入水仓将高温排水 管和热压风管敷设于 回风道或将压缩空气冷却 后再送入井下等 。 ④爆破热 的控制 。 井下采掘爆 破产生的热量 , 一般在爆破后不久即由回风道排 到井外 , 为免受其影 响 , 通常将爆破时间与井下 人员的工作时间分开 。 个体防护 在矿工分散的井下高温作业地点 , 不便采取 集 中降温措施时 , 可采用个体防护措施 。 例如 , 澳大利亚布里斯班的昆士 兰大学研制成功两种新 型冷却 工作服 。 实验结果表明 , 当使用水冷却工 作服时 , 人体出汗率可减少当使用 空气冷 却工作服时 , 人体出汗率可减少 , 。 即使温度 高达 ℃ , 这种工作服仍可将温度调节到适合人 体的温度 。 结论 除了制冷空调降温和非制冷空调降温外 , 其 它矿井 降温措施 , 有全矿性的 , 如进风井口喷水 利用进风巷道岩层调热 圈冷却风流利用冻结井 筒的冻结壁 , 自然解冻做空 调冷源等 。 局部性措 施如喷雾 、 放置冰块 、 利用压风引射器通风 、 利 用空气调节器降温等 。 参考文献 张世雄 矿物资源开发工程【武汉武汉 工业大学出版社 , 。 〕 一 李金柱煤炭工业可持续发展的开发与利用北京煤炭工业出版 社 , 一 王秉权 ,左树勋, 奕昌才 采矿工业卫生学徐州中国矿业大学 出 版社 ,一