煤矿井下热害的防治方法和措施.pdf

名 7 ， ， f 牙 ； ， 、 竖 劳动保护科学技术 ． 9 9 2 年第4期 总第6 4 期 6 1。 煤矿井下热害的防治方法和措施 c ， ，， G q 1 铂≥ 了 7 乙 b 煤炭科学研完 ． 院重 庆分阮赵艾叶 O前 言 采深 的增大及机械化水平的提高使煤矿 井下 的高温 热害 日趋严重 。煤 矿井下 的热害 已成为煤矿的重大灾害之一。为此，世界各 产煤 国均投 入了大 量 的人力和物 力对井下热 害 向题进行 了深入而系 统的研 究，总结出若 干行之有效 的矿井热害防治方法和措施。 我国煤 矿 的热害 防治工作起步较早，但 进展 缓慢。 统计 资料 表明， 目前我 目已有6 5 对矿井出现了高温热害，其中3 8 对矿井的采 掘工作面的气温已超过3 0 ℃，岩温高达3 5 4 5 ℃。提高我国煤矿热害 的防治水平势在必 行。 l 矿井高温热害的危害 矿井高温热害危及矿工身体健康、削弱 矿工 的工作能 力、降低劳动生产率，并 使事 故率上升、煤矿安全水平下降。 矿 工从事体力劳动 的能力取决于矿工 的 最高脉搏频率，即取决于不降低心脏每分钟 的容积或未减少心脏的供血量且未降低人体 吸氧量时 的每分 钟的脉搏 次数。 高温热害 使 在井下作业的矿工的心跳次数超过最高脉搏 频 率，降低心脏 每分 钟的容积和人体 的吸氧 量，使肌 肉缺血 ，头 昏眼花、胸闷气短 、乏 力恶心和心悸抽筋。长期在高温高湿度条件 下 作业 的矿工 注意力减 弱、判断能 力下降， 高血压 ，心脏病、肠 胃病及皮 肤病 的发 病率 较 高。 法 国 的试 验与研究结果表明， 当有效温 度超过2 7 ℃时井下作业人员的劳动生产率会 大幅度下 降。 以2 5 ℃的有效温度为基准 在 此温度条件下能进行正常的采掘活动和保持 正常 的劳动生产率 进行 的试 验及研究结果 表明，井下工人在2 7 ，2 9 和3 0 ℃温度的条件 下 的劳动 生产率将分 别降低 1 O ％、3 3 ． 3 ％和 5 O 。 2煤矿井下热 害的防治方法 和措 施 实践证 明，建立全 国性 的矿井热 害防治 机构， 制定 法规 和法令对 矿井气候 指标 及矿 工在高温条件下的允许作业时间作出规定、 进行矿井热害预测预报、强化矿井通风、增 大风流的体积流量和使用降温制冷系统是行 之有效的矿井热害的防止方法和措施。现将 这些方 法和措拖分别介绍 于后t 2 ． 1 建立 全国性的热害防治机构 。 苏 联、 德 国、波 兰、 法国、 日本和 中国等国家 均成 立 了矿井热害防治专业委员会，协调科研力 量，联台攻关，指导垒国的矿井热害防治工 作。该委员会组织有关专家对矿井热害防治 技术及 设备 进行 研究 ，召开学术讨论会，交 流矿井热害 防治经验，举办培训班，普及热 害防治知识 。 2 ． 2 制定法规和法令对矿井气候指标及 矿 工在高温条件下的允许作业时间作出规定。 世界 各主要产煤 国均颁布法令、制定法规保 护矿工，使其免受高温伤害。波兰的煤矿 安全规程 明 文 规 定t “ 井 下各作业点 的 气温 不 应 超 过2 8 ℃，在2 8 3 3 ℃环 境温度 条件 下作业 的人 员，其工 作时 间不 得超 过 6 h “ ，“ 井下 作业人 员不 得在 气温超过3 3 ℃的 维普资讯 ．6 2． 劳动保护科学技术 1 9 9 2 - - g 4期 总第6 4 期 作业点进行任何采掘话动。” 2 ． 3 进行矿井热 害预 测预 报， 为热 害防治 提供依 据。矿井热害与矿 山地质 条件 、开 采 深 度、矿 区气 象、地 下热水 地热、岩 石 的 热 物理性能 以及 井巷通风状 况密切相 关。 曰 前 国 内外均广 泛采用钻孔地温测 量法，矿 内 风流热 状况分 析法 和矿 山地质 条件分 析法 对 矿 井气候条件 进行检测 和计算 ，确定夏季矿 井大气平均温 度和年平均温 度、回采工作面 及 其上下 顺槽 的气温 和掘进工作面 的气温 ， 根 据矿井热 害预 测预 报结果拟定所采 用 的降 温 措施，算 出将超 过上 限允 许温 度 的回采 工 作面、掘 进工 作面 和石门等处所 需 的降温 制 冷量，确定制冷装置的种类及数量。煤矿井 下热 害预测预报结果表 明； 主扇能力 、风 路长度 、巷道 状况、通 风 网路 的布置方 法以及采 掘工作面 的风量对 井 下作业 点韵气温 有重要影 响。 即使 在矿 井大 气温度较低 年平均气温为8 ℃的条件下， 远离 8 0 0 m以上 进风 井 的回采 工作面及其 上 下顺 槽 的气温也超 过了2 8 ℃。 煤矿井下 的大气温度随采深 的增大及机 械化水乎 的提高而升 高。 煤矿井下 的大气温度 随地面气温 的升高 而升 高。 地壳 深部的热 流和地下热水对煤 矿热害 有重要影 响 。 2 4 强 亿矿井通风，提高风速，增大风流 的体积流量，增加采掘工作面的供风量。凡 出现 高温热害 的矿井应首先对全 矿通风系 统 进行分 析，并对不合理 的通风 网路进 行调整 与改 造，使矿井通风过程合 理化 。 目前国内 外大 多数煤矿均有 可能继续使用 通风方法 解 决热 害问题 。 可用 网络割切法， 同络标号法和线性规 划法 等解算 风 同通过 能力，评定通风系统适 应 生产 发展 和降温 需要 之程度 。设若风 同通 过能力 大予生产 需风量和降温需风量则无需 进 行工程改 造，只在风 网内部进行风量调节 就能满足生产及降温要求；若风 网的通过能 力小 于生产及 降温 之需风量，说碍通风系 统 满足不 了生 产和 降温 要求，需 进 行 工 程 改 造。合理 的工程改造 位置 位 于最 小 割 切 分 支。通风系 统 的调整 与改 造包括 建立控风系 统对 主扇 的风量进行调 控， 使 主扇 的风 量与矿井 的实 际需要风量相符， 消 除通风 网路中的大 量的风流运转 储备J 对主扇 的技术装备进行改 造， 提高主扇 能力； 缩短风路} 提高风 门和风井出车平 台 的气 密性 ，减 少漏风损失} 园地制宜地在 回采 工作面 采 用 下 行 通 风 、W 型和Y型透风，提 高通风强度} 在掘进 工作 使用 循环风，改善 掘进工作 面的气候条件， 井 巷 中的气候条件 主要 由气温和风速所 定。气温 越高，风 速越 低，井巷中 的小气候 条件则 越恶劣，可用下式 评价井巷 中的气候 条件 K 0 ． 3 5 0 ． 8 5 v ／ V 3 6 ． 5 一1 式中 K 一 一降低空气 的低湿温度 的髓力 ， V一 一 风 速 ， Ⅲ／ ； I - 一一 用湿球温度计检测 到 的矿井 大 气 温度， ℃。 提 高风速能促进井巷围岩 和流经井巷的 风流之间的热交换。可用下式表示这种热交 换I 17 O ’ S Q c 2 9 e t g t s 知r 式 中t 0c 一一 围岩 与风 流间的热 交换， W ／ ’ ， I J ￡ 一 一岩温， ℃ t s 一 一用 千球温度 计 测得 的矿井大气 温度， ℃； ￡ 一一取决 于巷道顶 底板及两 帮 粗 糙 度 的系敛； d 一一井巷 的直 径，m 。 维普资讯 劳动保护科学挂术 i 9 9 2 年第4期 总第6 4 期 6 3 在冶t s 条件下，掘进工作面的气温 随 风速的升高而升高，当l l s 时，提高风 速 能改 善掘 进工作面 的气候条 件o 2 , 5’ 使 用降温制冷系统 。用集 中 或 局 部 制 冷系 统降低矿井夫气温度是世界各 国广 为使 用的热 害治理方 法。 当垒矿井 的制冷 需求 总 量超过7 0 0 0 k W 或采深达 l O 0 0 m时通常采用 地面集中制冷系统，即将制玲设备安设在地 面，将 高低压热交换器安设在井底车场，并 随采掘工作的发展逐渐增加制冷站，用空冷 器冷 却空气，将冷凝热排到地面进行处 理。 果深不大，制冷需求量较小的煤矿通常采用 局音 l{ 制冷系 统。由予披术及经济 晦原 因，世 界各国大 多采 用局 部制冷系 统治 理热害。 1 压 缩机类局 部制冷系 统。压缩机类 局部制冷系统是第一代局部制冷系统该系 统由压缩机 ，蒸发玲 凝器、空气冷却器、 与 蒸发器配套的水冷却器、水泵、风机和水流 量词节 站等组 成，见 图1 所示。 压缩机 类局 部制冷系 统 的工 作原理是 将空气冷 却器安 设在 工作面的进风风流 中， 风流经 空气冷 却器冷却后被 送往 工作 面，调 节气温，清除热害。通常以3 十循环的 热 交 【 一 机 3 一蒸 发 ； 5 一空 气玲 却器 ； T 一水冷 却 ； 9 谰 水站 ； t o 一垮 冻水 调节 艳 2 辟 凝 器； 4 减压阀； 6冷 凉水东泵 ； 8 玲 凝器 的冷 却水 泵 ； 1 冷 耗器 的本却永 稍节 池． 圈l 压嬉机凳局部制冷系统 换，即制冷剂、冷 却用水和冷凝器的冷却永 的热交换完成制冷机组的制冷过程。压缩机 将制冷剂蒸汽压入冷凝器，制冷剂在冷凝器 中冷凝。然后制冷荆 经减压阀进入蒸 发器。 用冷却水冲洗蒸发器，制冷剂被 送 回 压 缩 机，周而复始，不 断循环 ，达到制冷 目的。 压缩机类制冷系统通常安设了下列传感 器 调 压传 感器。 当压缩机 的输 出压力超过 最高允许压力时该传感器能对压缩机进行双 级保护。 差动压力传 感器 。用差 动压力传感器 拉 制油压，防止供油 系统的油压下降。 热 动开关。 当压缩机输 出端 的温 度超过 摄高允 许温 度时热动开关 能 自动使压缩机停 运。 吸气压力传感器。 当压缩 机的吸气 压力 低 于给 定值 时， 吸气 压力传感器能 使压缩机 自动停机。 恒温传感器。在蒸发器积玲凝器之阃安 设的恒温传感器，由电磁阔所拉制，能起到 美断阑的作用。该传感器能防止水温过低， 并髓根据蒸 发器 中的水温 调节压 缩 机 的 流 量。 在众多的制冷机组生产 厂 家 巾，德 国 “ 泰赫诺科梅尔”公司制造的 S KWS - 2 0 0 0 I型铷冷机组的 冷效果较好。该型制砖机 组的主要技术参数为 制玲髓力k W 1 7 Z O 制冷能力调节范 围 l 0 1 0 0 电机功率k W 5 1 ．6 制冷剂 R2 2 蒸发器的循环水温度 ℃ 1 2 8 ／ 4 冷冻水耗量m。 ／h 1 6 8 5 冷 却水温度 ℃ 3 0 ／ 4 0 冷凝器的冷却水耗量11“I ／h 1 9 0 使用压缩机类制冷系统能将采掘工作面 的气温降到规程规定的允许范 围内}使井下 作业人员的有效工作 时间延长 2 h }使 掘进 工 ． ．． 血 一 维普资讯 B 4 劳动保护科学技术 1 9 9 2 -ff - 4 期 总第6 4 期 作面的昼夜进尺提高8 0 左右，降低请病假 的人数及次数，提 高矿工的出勤率。 但是， 压缩 机类 制冷 系统 却 有 不 少 缺 点，如冷却机组的运送距离太远，制冷机组 的体积大、成本 高，必须配备既懂机 电专业 又懂制冷技 术的专 门操作人员 ，必 须安 设水 泵才能使热 水和冷 冻水在水 循环系 统中流动 等 。 2 风动局部制冷系统。为克服压缩机 类制冷系统的缺点，波兰研制并使用了风动 局部制冷系 统。 这种风 动制冷 系统 的结构新 颖，取消了迄净使用的制冷装置中的水循环 系 统，成为第代局部 制冷系统。 风动局部制冷系统的结构见图 2 所示。 ～ ●L ， l[ ’H ] ～ ” 一 管子 段 ； 2 进风总 管 ； 3 排风 总管 { { 蛇形进风管 6 排放热凤 曲蛇形管； 8 排凤管； 制砖靛置的管道． 圈2 安设在巷遭的风动局部制冷 系统 该 系 统 由 长度为4 4 ． 5 m的管子 段① 和分 别安设在该管子段两端的 进 风 总 管和排 风 总管③等 所组 成。 用联接 到进风 总管上的 蛇 形管④导入压风 ，用与排 气总管相 联的蛇 形管⑤排放热风。 蛇形 管④ 和⑤ 的直径均为 8 0 ram，蛇形管⑤ 和排风 管 ⑥ 相连． 用排风 管 ⑥将热风排放到 工 作 面 之外。 厢联杆将 去掉中间部分 的 3个消音 器连 在一 起，分 别在这 3个消音器 的两端再 增设 1个消音器。 5 个消音器 的垒 长为7 ． 5 m。大 直径 的管子段⑦是制冷装置，制冷所需水量 为2 0 3 0 L／ ml n 。 风动局部制冷装置 的工作原理 是；运用 了气体的涡流式热分 布物理现 象。压风经 进 风总管进入管子段①。进风总管②的出风 口与管子段①相 切，并适 当地 缩小进风 日断 面，使 出风 口的风速接近于音速。 由于 管道 内以螺旋式涡流运动的气流出现了涡流热分 布现象，所 以热空气分子往 涡流外部方向分 离，形成热风，其温度可高 迭1 0 0 ℃，冷 空 气分子沿涡流轴向分离，形成接近于涡流中 心流动的冷风流，其温度可迭 一3 0 ℃以下． 出风 总管的外壳 上设 有一 纵向缝隙。该 缝隙将热风 流导入蛇形 出风 管。冷风 流遇设 在管道 中的挡板后 被迫返 回，并 改变 流动方 向，沿管道 中部 涡 流中心 往进风 口方 向 流动。 往进风 口方 向流动 的冷风风 流经法兰 盘后 向外流动 ，并 与排风 管中的风流混合， 从而使温度 降低。风 动局 部制冷装置 的原理 见 图 3所示 。 瞄 3 风动 同部制 冷装置工 作晾 理 波兰生产 的PUCH- 3 型和P UCH一 5 型风 动 局部 制冷装置 的压风耗量分别 为3 0 0 0 m ／ h 和 5 0 0 0 m。 ／ b。风动局 部制冷装 置的 制 冷 能 维普资讯 劳动保 护科学技术 征稿启事 本 刊经 国家 科学技术委员会批准 ，北京 市新 闻 出版局审核，由劳动部主管，劳动部劳动 保护科学研究所 主办，在国 内各行业、 各部门， 各地 区公开发行的正式期刊。至今已创刊十 周年。1 0 余年 来， 得到 了众 多作者的热爱、关心和支持，博 得广 大读 者的青臁 。 本刊 由劳动部劳动保护科学研究所编辑 出版，以全面及时报道 国内外现代劳 动保护科学 技术为特点的综合性专业刊物。 劳动保护科学技术 办 宗 旨是认真贯彻 安全第一，预防为主”的方针，适应劳动 保护工作深化改革 的需求，配 合劳 动部 职业安全卫生监察局，矿 山安全 卫生监 察局 宣传实 施 宏观调控、政策指导 和监督检 查的职能 ，强化国家监察和综合 管理职能，加 强法 制建 设， 加 强监 察和检 测检 验工作，依靠科技进步， 促进我国劳动保护科学技术工作的蓬勃发展 ，提高 管理水平，努力减少伤亡事故和各种职业危害，切实保障企业生产的正常进行和职工的安全 健 康。 本刊以刊登 国内有关劳动保护科 学领域 的安全技术和劳动卫生最新 国家及都颁 标准，立 法制度、安全技术规程，交流劳动毋护监察管理经验，探讨劳动保护基础理论及应用技术方 面 的学术论 文、 科研 成果 、先 进可行 的检 测检 验方法等方面的稿件为主， 同时也刊 登有关 国 外综述、编译稿 及消息报道等。 本刊设法规标准、劳动保 护管 理、 工厂安全技术、 工厂通风 与防尘技术 、劳动卫生与防 毒技术、 噪声 与振动控 制技 术、检 测与 析技术， 矿山安 全技术 ，个体防护、乡镇企业安全 生产、出访见闻、知识介绍、信息报道，会议报道等栏 目 。欢迎踊跃投稿。来稿 请 按 本 刊 1 9 9 2 年第 2期刊 登的 “ 稿件 要求 ”撰写。 本刊承 接广 告稿 件，欢 迎刊 登。 劳动 保护 科学 技术 编 辑部 l ,9 9 2 年0 月 ⋯⋯⋯．⋯ ⋯～●⋯⋯⋯⋯⋯●～ 力 与压风 耗量 成正 比。P UCH- 3 型和 P UCH 一 5 型风动局 部制冷装置 的制冷 能力分别 为5 4 置 ，因此能节约压风 能量， 可单独将风动局部制冷装置安设在独立 维普资讯