煤矿深部开采地质热害治理技术应用与对策.pdf

基础工程设计I E e s 嘧 t c ro t 煤矿深部开采地质热害治理技术应用与对策 Ap p l i c a t i o n a n d Co u n t e r me a s u r e o f Ge o l o g i c a l He a t Ha z a r d T r e a t me n t Te c h n o l o g y i n De e p Co a l M i n i n g 周立军 神华宁夏煤业集团有限责任公司羊场湾煤矿， 宁夏 灵武 7 5 0 4 0 9 Z HO UL i - j u n S h e n h u a N i n g x i a C o a l I n d u s t r yG r o u p C o ． L t d ． Ya n g c h a n g wa nC o a l Mi n e ， L i n g wu 7 5 0 4 0 9 ， C h i n a 【 摘要】 煤矿开采大都是地下开采活动， 在煤矿深部的开采过程中， 地温升高， 促使地下煤矿开采工作条件恶化， 从而影响煤矿开 采人 员的健康与工作能力， 不利于煤矿深部开采的顺利进行。基于此， 论文主要对煤矿深部开采地质热害进行 了简单的论述 ， 并对 其治理技术的应用以及优化对策进行了研究。 希望对提高煤矿深部的开采效率有所帮助。 【 A b s t r a c t ] C o a l m i n i n g i s m o s t l y u n d e r g r o u n d m i n i n g a c t i v i t i e s ， in t h e p r o c e s s o f d e e p c o a l m i n in g ， th e t e m p e r a t u r e i s r i s i n g w h i c h p r o m o t e s d e t e ri o r a t i o n o f wo r k i n g c o n di t i o n s ，t h u s a ffe c tin g t h e h e a l t h a n d wo r k a b i l i t y o f c o a l mi n i n g p e r s o n ne l ，i s n o t c o n d u c i v e t o d e e p mi n i n g s moo t hl y ． Ba s e d o n t h i s ， t h e ma in t h e s i s o f d e e p c o a l mini n g g e ol o g i c al t he r ma l d a ma g e we r e d i s c u s s e d ， a n d t h e a p p l i c a t i o n o f the c o n t r o l t e c h no l o g yando p t i mi z a t i o n a r er e s e arc h e d ， h o p i n gt oi mp r o ve t he d e e pc o a l mi n i nge ffi c i e n c y 【 关键词】 煤矿； 深部开采； 地质热害； 治理技术； 优化对策 【 K e y w o r d s ] c o a l m i n e ； d e e p m i n i n g ； g e o l o g i c a l h e a t h a z a r d ； t r e a t m e n t t e c h n o l o g y ； o p t i m i za t i o n s t r a t e gy 【 中图分类号】 1 1 8 2 【 文献标志码】 B 【 文章编号】 1 0 0 7 ． 9 4 6 7 2 0 1 8 0 1 ． 0 0 5 7 ． 0 2 [ D OI ] 1 0 ． 1 3 6 1 6 ． c n k i ． g e j s y s j ． 2 0 1 8 ． 0 1 ． 1 2 7 1引言 煤炭作为我国社会经济发展的主要能源之一 ， 在社会需 求不断增加的今天， 其开采力度也在逐渐增加。 随着煤炭资源 开采时间的不断增加 ， 我国的浅层煤炭资源日益枯竭， 为了满 足社会对煤炭的需求 ， 煤炭企业需加大煤矿的深部开采力度。 但是 ， 在深部煤矿开采过程中， 地幔温度会随着开采深度的增 加而升高， 容易导致地质热害。 地质热害现象会影响煤矿开采 设备的正常运行。因此 ， 对煤矿开采地质热害治理技术进行深 入分析与研究， 对提高煤矿深部开采效率有着重要的意义。 2煤矿深部开采温度的影响因素 2 ． 1地表大气对井下温度的影响 在煤矿深部开采过程中，地表大气的温度直接影响着矿 区的空气温度。 而受我国所处气候带的影响， 我国大气温度随 着季节的变化而改变， 昼夜温差变化也比较大。 为了统一分析 部开采温度的影响，可以利用正弦曲 线模拟气温变化趋势[1 】 。计算公式见式 1 【 作者简介1 周立军 1 9 6 9 ， 男， 宁夏灵武人， 工程师， 从事矿井建 设管理研究。 t t o A o s i n 2 W T 式中， t 为煤矿深部的开采温度； 。 为大气温度的年平均值 ； 6 O o 为函数的初相位 ； 为曲线常数 ； A 。 为大气温度的年波动振 幅， 其计算公式为A 0 晕虹 ， 为大气年最高温度； 为 二 大气年最低温度。 通过式 1 可知， 煤矿深部的开采温度变化 ， 要稍稍滞后 于大气温度变化 ， 再加上矿井进风口距离地面越远， 其受大气 温度的影响就会越来越小。 2 ． 2自压缩空气温度对井下温度的影响 在煤矿深部开采过程中， 开采深度越大， 大气压力越大， 此时空气会出现压缩， 在压缩过程中， 矿井温度会随之发生变 化， 从而引发地质热害。 空气压缩引发的井下温度变化可由式 2 计算 At n -1 一 一 z 2 n Ⅱ 2 式中， 为井下温度变化； n 为多变指数， 在绝热的情况下， n 1 ． 4 ； R为普氏气体常数； g 为重力加速度； z l 为压缩前井巷深 度； z 2 为压缩后井巷深度。 空气压缩温度的计算是基于理想状态的井下环境 ，而在 57 I 工程建设与设计 I c f r 1 l W ＆D e s ig n F o r P r o j e c t 实际的开采过程中， 矿区的气体含有一部分水 ， 其含湿量并不 等于零。气体热量交换时 ， 其会掩盖真实的热量， 使温升值计 算与实际不符， 影响矿井环境条件控制工作的开展。 2 ． 3围岩散热对井下温度的影响 受地球内部温度变化的影响，围岩温度随着开采深度的 增加而增加 ， 因此， 围岩散热大致可分为以下 2种 热传导传 热和对流传热。 从煤矿深部开采现状来看， 围岩散热主要是通 过热传导的方式进行传热， 当岩体向外渗流时， 围岩才会通过 对流进行传热。 由于围岩传热容易受到周围环境因素的影响， 时间越长， 其传热效果就越差， 就越需要从更深层次的围岩中 将热量传递出来 ， 因此， 其传热是一个非常复杂的过程， 传热 计算也比较烦 。 经过学者们的多方研究， 用式 3 进行围岩 传热量计算 q 2 r r A T F o t - t 0 3 式中， A为围堰导热系数； ￡ 为围岩的原始岩温度； T为空气温 度 ， 为傅里叶数； 为巷道壁面的温度。 该公式在计算过程中，煤矿深部开采需要满足 5 方面的 条件 围岩是均质且各向同性 ； 围岩温度均一 ， 且与原始岩温 相同； 换热条件一致 ； 空气温度为恒温。例如 ， 在同一砂岩顶 板， 暴露时间不同， 其传递的热量也不同， 具体如表 1 所示。 表 1 砂岩顶板传出的热流值 岩石裸露 热流值 岩石裸露 热流值 时间／ h W／ m 时间／ } l W／ m 2 1 7 1 4 8 5 1 ．5 0 ． 5 2 0 6 l 6 3 6 ．4 1 1 4 6 3 2 2 5 ． 8 2 1 0 3 6 4 1 8 - 2 4 7 3 1 2 8 1 2 ．9 由表 1 所示， 围岩裸露的时间越长 ， 其单位面积的传递热 流值会越小。 2 ． 4机电设备运行热量对井下温度的影响 煤矿开采是一项浩大的工程 ， 尤其是在深部开采过程中， 其涉及的机电设备比较多。而这些设备的运行大都是依靠电 机运转维持工作的，电机在运行过程中产生的热量也会影响 井下空气温度变化。 而机电设备散发的热量计算也比较困难 ， 因为电机散热量与电动机的功率不成正比，且有些机电设备 的高位能并不能转化为热能， 在计算过程中需要将其排除。 3煤矿深部开采地质热害治理技术的应用与 对策 3 ． 1非机械制冷降温 要利用非机械方式进行降温 ， 需要从以下几个方面着手 5 8 1 改善矿内的气候条件， 在煤矿深部开采过程中， 相关技术 人员需要注重矿井的风量， 尽可能地增加矿井的巷道风量， 降 低风流温度 ； 2 可以通过下行通风降低工作面的气温 ， 建立 排热回风通道 ， 使电机散热直接排入回风流， 降低采矿区域的 进风流增温 ； 3 向煤层注水， 依靠压力水在煤体裂缝中的渗 透、 压差及分子扩散运动， 促使水沿着裂缝向煤块进行渗透， 以此来增加煤体的水份 ， 从而达到冷却煤体的效果 。 3 ． 2机械制冷空调技术 在煤矿深部地质热害处理过程中，除了采用非机械制冷 降温措施外 ，技术人员还可以采用机械制冷技术对其进行降 温处理。如在矿区内安装新型的无氟利昂制冷空调装置。同 时， 在运用机械制冷空调技术时， 企业及技术人员需要分析机 械制冷空调运行的经济效益 ， 对其工作面需冷量 、 掘进头需冷 量、 制冷量负荷等进行计算， 确定最佳的制冷方案， 从而选定 所需的制冷空调模式。 3 ． 3有效控制煤矿深部开采的地质热害源头 煤矿深部开采地质热害的发生对其开采进度及效果有重 要的影响， 企业要保证煤矿深部开采的顺利进行 ， 控制地质热 害的源头是非常必要的。为此， 煤矿企业需了解矿区的地质环 境， 在工作中通过非机械制冷技术或机械制冷技术， 降低大气 温度、 空气自压缩、 围岩温度及电机散发热量对矿区温度的影 响， 为煤矿深部开采工作的开展营造良好的施工环境 ， 保证煤 矿深部开展效率[4 1 。 4结语 总而言之， 在煤矿深部开采过程中， 地质热害对整个工程 有重要的影响。 因此， 企业技术人员就需要对其地质热害的发 生、 治理技术及措施进行深入的分析与研究 ， 从而有针对性地 制定地质热害防治方案 ， 以此来降低地质热害的发生概率， 提 高煤矿深部开采效果 ， 推动煤矿企业的发展。 【 参考文献】 【 1 】 张永春．煤矿深部开采热害治理技术研究与实践[ J 1 ． 煤炭技术， 2 0 1 5 1 0 2 1 0 2 1 2 ． 【 2 】 张瑾， 杜计平， 阮马良孙 村煤矿热害处理技术f J J _煤矿安全， 2 0 1 4 6 6 5 6 8 ． 【 3 】 罗威． 姚家山矿千米深井热害防治技术研究【 D 】 ． 太原 太原理工大 学，2 0 1 4 ． 【 4 】 陈安明． 济二煤矿深部开采热害调查及治理技术研究【 D 】 ．西安 西安 科技大学，2 0 0 6 ． 【 收稿日期] 2 0 1 7 ． 0 7 ． 2 0