矿井通风与环保第八章.ppt

矿井通风与环保,,第八章矿井湿热的危害及其防治,8.1矿井湿热现象8.1.1热现象的形成影响热现象形成的因素如下所述。,1地面空气温度的影响。地面空气温度的高低，直接影响着矿内空气温度的变化。我国地处北纬亚热带到寒温带，地面气温变化幅度很大，因而地面气温的影响不一。北方矿井，冬季地面气温很低，如东北的临江铜矿、小西林铅锌矿等，冬季地表气温为零下30℃左右，个别矿山达零下38℃，冷空气进入矿井后，往往导致进风井筒出现冰冻，进风段空气过冷，影响提升、运输和劳动条件。所以，一般需要对矿井进风流进行预热。南方矿井，夏季地表气温很高，一般都在35℃左右甚至高达40℃。夏季热空气进入矿井，会使井下温度升高，尤其是浅矿井和进风段较短的矿井，由于热空气与井巷岩壁热交换不充分，工作面附近会出现高气温，恶化劳动条件。在这种情况下需要对矿井进风流进行预冷。但随着开采深度的增加，由于进风流与井巷岩壁内岩体有较充分的热交换，所以地面气温影响较小。,2空气压缩升温的影响。当空气沿井筒下行时，由于气压增大而受压缩，放出热量，使气温升高；相反当空气上行时就会因膨胀而降温。3岩石温度的影响。地球内部蕴藏着巨大的热量，而且愈深热能就愈大。地表以下的岩石温度是变化的，可分为三个带来说明其变化情况1变温带，这一带的岩地温是随地表季节温度而变化，冬天岩石向空气放热而降温，地温亦低，夏天则相反。2恒温带，这一带的地温不受地表气温的影响而基本上保持不变，其温度比当地年平均气温略高1～2℃，其深度距地表约20～30m。,3增温带，在恒温带以下岩石温度随深度增加而升高，增加温度大小与当地的地热增深率成正比。地热增深率是指岩石温度每升高1℃时所增加的垂直深度。其数值大小与当地的岩石成分、水文地质条件、山川地势等因素有关，因而各地不同。4矿岩氧化放热的影响。在矿内某些矿岩中，主要指硫化矿石如黄铁矿、磁黄铁矿等，容易和周围介质中氧结合，放出大量的热。如黄铁矿在10～15℃，即开始氧化，其反应过程为,黄铁矿在氧化时，若有水存在，则生成硫酸，变成酸陛水，使氧化加快；若无水时，则生成二氧化硫和无水硫酸铁。另外，在开采过程中产生的粉尘，由于其与空气接触面积大，故能助长氧化并放出热量。若采用加大通风量的方法不但难以排除氧化放出的热量，反而会使氧化加剧。因此，国内外一些硫化矿床开采的矿山，井下温度很高，如前苏联乌拉尔铜矿采区内的空气温度达58～60℃，我国某铜矿回采工作面空气温度达32～40℃，最高达45～60℃。5矿内热水放热的影响。地处温泉地带的矿井，某些地点地下循环水的温度很高，甚至超过当地岩温，成为热水型矿井。从裂隙出来的热水向空气大量散热使气温升高而形成热害。6其他热源。矿内机电设备的运转、电力照明、爆破、人体放热等都会产生一定的热量而散发到空中，使矿内的温度升高。,8.1.2湿现象的形成影响湿现象形成的因素有1矿内水分蒸发。矿内水分蒸发时，可从空气中吸收热量而使气温降低。水分的蒸发使矿井内部形成了湿现象。水分蒸发的难易程度，取决于当地空气的相对湿度和气温。空气相对湿度愈大，水分蒸发愈困难，这时人体依靠出汗来散发体热就比较困难。如果空气中相对湿度达到饱和状态，即相对湿度达100％，水分蒸发就完全停止。2井巷通风强度。井巷通风强度对于矿内的湿度有着显著的影响。当井巷的通风强度大时，矿井的湿度低；当井巷的通风强度小时，矿井的湿度大。同时井巷通风强度也影响到矿井的温度。实际表明，借加大通风量来降低气温，在其他条件不变时，这种降温效果与进风原始气温关系很大，而且风速增大也有一定限度，当风速超过这个限度时，井下气温不再显著下降。,8.2矿井湿热的危害与防治8.2.1矿井湿热的危害人在矿内热环境中作业，其一系列生理功能都发生变化，主要表现在体温调节、水盐代谢、循环系统、消化系统和泌尿系统等方面。这些变化在一定程度内是适应性反应，但超过限度则可产生不良的影响。1体温调节。人在矿内热环境中作业，由于产热、受热总量大于散热量，人体热平衡受到破坏，多余的热量在体内蓄积起来。当体内蓄热量超过机体所能承受的限度时，体温调节紊乱，表现为体温升高。根据测定当环境温度在35℃以下时，体温高于正常范围者很少；气温超过35℃，特别是超过38℃时，体温超过38℃的人数比例显著增多。另外，皮肤温度也可以反映出热环境对人的作用，据研究表明，皮肤温度随气温升高而增加，当皮肤温度接近人体内脏温度时体表甚至可以完全失去散热作用，从而使人的体温迅速升高，对人体造成伤害。,2水盐代谢。人在热环境中作业时，汗腺活动增加，大量分泌汗液，其分泌量与劳动强度成正比。据测定矿井工人每班每人失水量高达3.85kg，平均为2.1kg。汗液是低渗溶液，水分占99.2％～99.7％，其余大部分为氯化钠。大量出汗必然会损失大量盐分，如不及时补充水分、盐分，人体将严重脱水、缺盐，引起水盐平衡失调，大量水盐损失，使尿液浓缩，加重肾脏负担；还可导致循环衰竭和热痉挛及热衰竭。热痉挛使人四肢咀嚼肌与腹肌等经常活动的肌肉痉挛并伴有收缩痛；热衰竭也称热虚脱，使人头晕、头痛、心悸、恶心、呕吐、面色苍自、脉搏细弱、血压短暂下降甚至晕厥。由此可见，人体靠蒸发散热虽然可以调节维持人体热平衡，但它是以机体付出代价才保持平衡的，而且这种平衡状态只维持一定时间，一旦汗腺疲劳，出汗停止，即发生中暑，对工人造成伤害。,3循环系统。循环系统在体热分布和体温调节方面起着重要作用。在矿内热环境作业，皮肤血管高度扩张，流经体表的循环血量成倍地增加，因而能把大量的热带到体表，以便散发出去。为了完成这种调节，必须增加的血液输出量达2倍以上。这样，就使心脏负担加重，心肌收缩的频率和强度增加，每搏输出量和每分钟输出量均增加。如心血管系统经常处于紧张状态，久之可使心肌发生生理性肥大，也可转为病理状态。此外，热环境对心血管系统的影响，还反映在血压方面，据报告，长期在热环境中工作的工人血压较高，高血压患者也比较多。4消化系统。人在热环境中，由于体内血液重新分配，引起消化系统相对贫血，出现抑制反应，胃的排空时间延长，收缩波型变小，收缩曲线不规则。同时，由于大量出汗带走盐分以及大量饮水致使消化液分泌减弱，肾液酸度下降。这些因素均可引起食欲减退，消化不良，增加胃肠道疾患。,5神经系统。在矿内热环境中，人的中枢神经系统出现抑制，大脑皮层兴奋过程减弱，条件反射潜伏期延长，出现注意力不易集中以及嗜睡、共济协调较长等现象，使肌肉工作能力降低，使肌体产热量因肌肉活动减少而降低，具有保护性质。但从另一方面来看，由于注意力不集中，肌肉工作能力降低，使作业动作的准确性与协调性及反应速度降低，易发生工伤事故。6泌尿系统。人在热环境中排出大量水分，使肾脏排出水分大大减少，尿液浓缩，肾脏负担加重，会出现肾功能不全等。,8.2.2矿井湿热的防治矿井湿热的防治目的在于将井下各作业地点的空气温度、温度和风速调配得当，创造一个良好的劳动环境，从而保证矿工的身体健康并为不断地提高劳动生产率创造条件。但是在什么样的环境下，应采取哪些改善措施经济效益更好，一直是人们所关心和研究的问题。改善矿内的环境，一般包括采用降温、预热、防冻等措施。由于我国的幅员辽阔，南北气候相差悬殊，各地区的矿山反映出的问题电不同，所以要根据实际情况，因地制宜地针对湿害、热害的特点，选择技术上可行、经济上合理的技术措施。,8.2.2.1非冷冻机械的降温调节方法非冷冻机械的降温调节方法有1建立合理的开拓系统和通风系统。加强通风降温，首先必须建立合理的通风系统。要求在确定开拓系统并进行采准布置设计时，应使进风风流沿途吸热量尽量少，比如将进风风路开凿在传热系数较小的岩石中，避开各种地下热源，布置上尽量缩短进风风路等等。全矿通风系统选择应考虑降温效果这一因素。经验表明，多井筒混合式和对角式通风系统比中央式通风系统好。合理划分通风区域，利用废旧井巷和大直径地面钻孔直接向工作面供风，有时也能发挥降温作用。对于掘进工作面局部通风，必要时可采用绝热风筒压人式局部通风。,2适当加大通风量。矿井热源，一类是放热量基本上不受风量的影响，如机电设备发热，因此，加大通风量可使气温降低；另一类是放热量随通风量增加而有所增加，因而采用增大通风量应有一定限度，况且风速过大对除尘不利，经济上也不合算。3利用调热井巷降温。为了降低进风流的温度，可利用进风井巷附近的旧废巷道，或者在进风井附近开凿若干与其平行的仅至恒温带的小井，并以水平短巷连通，形成多井并联进风风道，以便有较大面积的井巷壁面与地表进风流接触，进行比较充分的热交换，来降低空气温度。但开凿专用小井的办法费用较高，所以一般采用得较少，而多用废旧井巷作为冷却风流的调热井巷，可收到简单易行、经济可靠的效果。,4其他方法降温。过去我国有些矿井曾采用在进风井筒中喷水降温，因方法本身的缺点而未推广，南方一些矿山炎热时在进风平峒口搭凉棚，至今仍在采用。此外，防止矿内机电设备散热，其方法可在机电峒室设置独立的通风风流，直接导人回风道，对散热量大的设备设置局部冷却装置，对压气管道用绝热材料包扎。对开采自燃性矿岩的矿井，采取积极措施防止自燃和自热，及时封闭隔离自燃区域。对于热水型矿井．应采取措施防止热水散发热量到进风流十，例如超前疏干热水，利用隔热管道将热水排走以及对排放热水的水沟加盖等等。,8.2.2.2采用冷冻机械设备的降温方法A冷冻机工作原理冷冻机构造及其工作原理如图81所示，冷冻机装置由制冷机、空气冷却系统和冷却循环水系统三大部分组成。其中制冷机是由压缩机、冷凝器和蒸发器构成，空气冷却系统由空气冷却器、泵和输送冷媒的循环管路构成，其中部分管道盘旋在蒸发器内，冷却循环水系统由泵和循环水管构成，其中部分水管盘旋在冷凝器内。其制冷原理是利用某种临界温度高、临界压力不大的气体制冷剂受压液化放热，而降低压强时又可汽化吸热，使周围物质冷却。制冷机的工作过程是循环使用的气态制冷剂如氨、二氧化碳等进人压缩机被压缩，使其温度和压力升高，进人冷凝器后，被其中盘旋冷却水管的冷水所冷却，使制冷剂温度降低而液化，再经过膨胀阀进入蒸发器时，制冷剂压力显著降低，同时吸收蒸发器内盘管中冷媒的大量热，制冷剂完全汽化，汽化后的制冷剂可再进入压缩机循环使用。从蒸发器内盘管中流出的冷媒由于被吸去了大量热量而温度降低，降低后的冷媒从蒸发器中流出，经过泵沿管道流至空气冷却器内，使其周围气温降低达到降温调节目的，升高了温度的冷媒可沿管路再重新流人蒸发器内的盘管内，继续使用。常用的冷媒是水或盐水。,B矿井制冷降温的布置方案矿井制冷降温可采用如下五种系统1空气冷却设备布置在地面的冷却系统。采用这种冷却系统，可以使矿井采掘工作面获得足够的降温效果，但这时必须大幅度降低地面人风温度不能低于零度，以防井筒结冻，否则必须大量增加风量，从而增加开采费用。图82a为地面空气冷却系统示意图。制冷在压缩机制冷机组中进行，盐水在蒸发器与空气冷却器之间循环，制冷剂在冷凝器中用冷却水冷凝，冷却水回水进入冷却塔冷却。风量大而巷道长度小的矿井，可采用吸收式制冷装置，如图8-2b所示。这种装置可以利用矿井锅炉的蒸汽或热水100～120℃，也可利用廉价的二次能源作动力。,2在地面布置制冷机在深水平冷却空气的冷却系统。该系统直接在深水平冷却空气，可以减少降温的能耗，大大地降低井下热害的状况。为了避免制冷剂沿途大量漏失和在管道中存在很高的压力，一般利用第二载冷剂盐水，经过低压换热器把冷量送到井下。循环泵将在蒸发器中冷却过的盐水送到高压换热器内，再把加热后的盐水沿回水管道送回蒸发器，水泵仅在盐水的循环中消耗能量。第二载冷剂盐水或水在低压下循环于换热器与空气冷却器之间,如图8-3所示。,该系统较前所述系统更为合理，但其缺点是需要高压设备和庞大的循环系统，费用较高，需采用盐水作载冷剂对管道有腐蚀作用。3在深水平布置制冷机在地面排除冷凝热的冷却系统。制冷机布置在深水平可以减少沿途管道的冷损，因而可以提高制冷剂的蒸发温度，并可利用水来代替盐水作载冷剂。但是，必须供应冷却冷凝器的冷却水，冷却水回水往往要在地面喷雾水池中或冷却塔中冷却。这种冷却系统如图8-4所示。,在这种系统中，载冷剂从置于深水平的制冷机的蒸发器送到空气冷却器，空气在这里被冷却和干燥。载冷剂在蒸发器与空气冷却器之间通过泵实现循环。制冷机的冷凝器由地面经过中间换热器供给冷却水进行冷却。冷却水在沿途升温冷却系统复杂化，从而使压缩机的传动功率增加。但这种系统可以用低压管道将冷水送到井下，并可以把制冷机布置在井下的任何地点。,4在深水平排除冷凝热的冷却系统。在深水平利用矿井水冷却冷凝器的系统如图8-5a所示。当井下有大量清洁水源时，应该采用这种系统，当没有大量清洁水源时，必须利用回风流来排除制冷机的冷凝热。在深水平布置制冷机并用水冷却器排除冷凝热的系统，如图8-5b所示。在这个系统中，空气冷却器布置在运输平巷内，用以冷却工作面的人风。冷凝器利用冷却水冷，而冷却水回水则布置在回风水平的水冷却器中，利用回风流进行冷却。在水冷却器中，回水在回风流中因雾化、蒸发和散热而降温。利用布置在冷凝器和水冷却器之间的泵实现冷却水的循环。当回水直接与回流接触时可能被污染，这时必须在过滤器中将水进行局部净化，以便使系统中循环水的含尘量不超过容许浓度。,5联合制冷冷却空气系统。该系统在地面和井下均设有制冷装置。某矿就采用这种系统，如图86所示。该矿在地面装有4台氨压缩机，总制冷能力可达8736MJ/h，冷风能力达1800m3/min，供6个采矿工作面降温之用。冷媒输送系统中采用伯里顿式水轮机消能发电，化害为利，降低了输送冷媒的电耗。冷却塔将水从29℃冷却到13℃，冷却量为350m3/h。上述五种系统各有利弊，选用何种形式应根据矿山具体情况，经详细技术经济分析比较后确定。,复习思考题1、矿井热现象是怎样形成的2、矿井湿现象是怎样形成的3、矿井湿热对人体有什么危害4、矿井湿热怎样防治5、非冷冻机械的降温调节方法有哪几种，各有什么办法6、采用冷冻机械设备的降温方法有哪几种，各有什么办法,,