张集煤矿深部开采高温治理探讨.pdf

1 2 0 能源技术与管理 2 0 1 2年第 2 期 Io i 1 0 ．3 9 6 9 ． i s s n ． 1 6 7 2 - 9 9 4 3 ．2 0 1 2 ． 0 2 ． 0 5 0 张集煤矿深部开采高温治理探讨葛逸群，蒋小平徐j , I、 l 矿务集团张集煤矿，江苏徐j ,I1 2 2 1 1 4 7 [ 摘要 ] 徐州矿务集团张集煤矿深部矿井开采出现的工作面温度急剧升高，热害加大，严重影响井下职工的健康和采掘功效。通过分析张集煤矿矿井深部开采北一采区 9 4 1 N0 3采煤工作面和一个岩巷掘进工作面，综合考虑矿井深部开采高温热源的危害及组成，结合实际情况，提出了降温方案。 [ 关键词 ] 深部开采；矿井降温工程；矿井热害；总冷负荷 [ 中图分类号 ]T D7 2 7 ． 2 [ 文献标识码 ]B [ 文章编号]1 6 7 2 _ 9 9 4 3 2 0 1 2 0 2 1 2 0 3 0引言我国东部矿区较早地进入深部开采，已有的深矿井采深不断增加，在深部开采环境下，地温升高是井下工作条件恶化的重要原因，也是无法回避的地质灾害，矿井降温已成为大采深矿井正常安全生产、企业发展的关键H 。张集矿位于江苏省徐州市境内，开采历史近 3 0 a ，以矿井新混合井为中心，西起江苏省与安徽省省界，东至 3 8 0 8 0 0 0纬线，其地理坐标为东经 1 1 6 0 5 9 ’ ，北纬 3 4 0 2 1 ’ 。开采深度标高一 1 1 5～一 1 3 0 0 m。矿井采用立井多水平开拓，老主、副井落底标高一 3 0 0 m水平，新混合井落底标高一 7 0 0 m 水平。目前，随着开采深度的增加，矿井正在进行一 1 2 6 0 m水平北翼延深工程现已经落底。 1 矿井热害状况与降温方式 1 ． 1 矿井一 1 2 6 0 m 水平北翼延深热源分析张集矿地温梯度平均值为 2 ． 6 5 C ／ 1 0 0 m 近似地温梯度，计算结果表明空气压缩热、岩热是张集矿主要热源，而这两种热源是绝对热源，只有通过降温措施来减弱其影响。同时需要指出的是对于一 7 0 0 m以上区域，矿区大气气候对张集矿的井下高温起推波助澜的作用，这也是一个不可忽略的因素。对于不同深度开采，具体表现形式不同。根据煤炭资源地质勘探地温测量若干规定，张集矿夏桥系、东三和中央采区一 7 0 0 m及以上、均属于一级热害区岩温 3 1 c c一 3 7℃ ；北翼一 9 8 0 m 以下属二级热害区岩温 3 7℃以上。现就以张集煤矿北一采区工作面热害为例进行分析。 1 ． 1 ． 1 9 4 1 N 0 3采煤工作面总冷负荷计算 1 围岩散热。岩层向空气的散热量不仅与岩石温度有关，而且与空气的流动状态及巷道特征有关。矿井温度主要散热就是围岩散热，约占矿井热源的 7 0 ％，当进行热平衡计算时，工作面围岩散热量 p。为 p l K U L t n -- 式中K r一岩石的传热系数，取 1 0 ． 0 8 8 w／ m ；， _巷道横截面周长， 1 2 ． 4 m；， J 一巷道长工作面长度 1 2 0 m与工作面进风道和回风道长度 1 5 0 0 m 之和， 1 6 2 0m；，『该深度围岩原始温度， 5 1 ． 5℃；厂工作面进风平均温度，取 2 7 c c 。经计算 q 1 5 3 5 9 ． 4 2 2 k J 2 氧化散热。采煤工作面各种巷道、煤层、坑木的氧化放热总热量 q 为 Q 2 q o U L V 式中q 『 - 折算到巷道风速为 1 m ／ s 条件下的氧化过程单位放热量，取 1 5 ． 1～ 1 7． 4W ／ m o C 一采煤面巷道长， 1 4 m；一巷道两道长度工作面进风道与回风道之和， 1 5 0 0m；一风速，取 1 ． 7 8 m ／ s 。经计算 Q 2 4 0 5 2 3 5 ． 7 3 k J 3 机电设备散热。机电设备在运行过程中产生的热量也成为矿井热量的重要组成部分，约占井下热源的 2 0 ％左右，其散给空气的热量 P ，为 p 3 O ． 1 口 1 0 2 ⋯⋯％ 2 0 1 2 年第 2期葛逸群，等张集煤矿深部开采高温治理探讨 1 2 1 式中n 0 2 ．． ⋯ 一机电设备散热量功率，计 2 5 0 0 k J 。经计算 p 2 5 0 k J 4 采落矿岩的冷却散热。采落矿岩在工作面的冷却散热量 Q 为 Q 4 3 7 ． 2 T 式中卜工作面一个工作日采煤量，取 2 00 0d d。经计算 Q 4 7 4 ． 2 k J 5 人体散热。井下工作人员的放热量主要取决于他们所从事工作持续时间和繁重程度，其放热量 q 为 Q 5 ra n 式中m一繁重体力劳动每小时能量代谢产生热量，取 4 7 0 J ； n 一工作面作业人数，取 3 0人。经计算 Q 1 4 ． 1 k J 根据能量守恒定律，散失的热量被空气吸收，单位质量的焓值增加，因此，采煤工作面总冷负荷为 Q 1 作面 Ql Q 2 Q 3 Q 4 Q 5 4 2 O 9 6 5 ． 6 5 2 k J 采煤工作面各种散热方式散热量如表 1 所示。表 1 采煤面各种散热方式散热量散热方式散热量／k J 围岩散热氧化散热机电设备散热采落矿岩的冷却散热人体散热合计 1 ． 1 ． 2 掘进工作面总冷负荷计算掘进工作面热量散失主要包括人体散热、巷道围岩散热、机电设备散热、采落煤、岩散热等方面。其中采落煤、岩散热和围岩散热受地温影响较大。掘进工作面总冷负荷计算方法参照采煤工作面总冷负荷计算方式，结果如表 2所示。表 2 掘进工作面各种散热方式散热量散热方式散热量／ k J 巷道围岩散热机电设备散热采落煤、岩散热人体散热合计 4 5 3 ． 4 5 3 5 3 6 ．4 5 4．7 5 2 9 ． 6 由表 2可知，掘进工作面总冷荷 Q岩巷为 Q岩巷 5 2 9 ． 6 k J 1 ． 1 ．3 深部采区总冷负荷计算北翼深部采区生产作业时，将布置一个采煤工作面和一个岩巷掘进工作面，综合考虑风流冷损、机械散热等方面的因素，将各工作面参数带入总冷负荷计算结果如下 Q总 Q 作面 Q岩巷 x K 式中K 一校正系数，取 1 ． 0 5 。经计算 p总 4 4 2 5 7 0 ． 0 1 4 6 k J 1 ． 2 矿井热害的危害张集矿主要存在高温、瓦斯和地压三种灾害。综合国内外最新研究成果，以目前的气候标准为基础，国内外研究统计表明，气温每增加 1 o C，矿井生产效率则降低 6 ％～ 8 ％；根据张集矿地质勘探钻孔测温数据与北翼延深回风下山现有水平原岩温度进行了深孔测温结果统计，综合比较，预计一 1 2 6 0 m水平地温将达到 5 1 ． 5 o C的高温。持续的高温将对人员的健康和工作能力造成极大的伤害，使劳动生产率大大下降和生产事故大大增加，同时还会降低井下设备的工作性能，减少井下设备使用寿命，生产成本提高，技术经济效益下降。 1 ． 3 降温方式根据张集矿实践，单靠加大风量已不可能将深部采掘面风温控制在 2 8℃以下。通风只能改善高温状况，而达到降温目的，结合矿井深部采区的具体特点，张集矿深部降温工艺为井下区域性制冷的方式。该系统由冷却水系统、冷冻水系统组成，其中冷冻水循环为闭循环，主要起到冷量传递的作用；冷却水循环为开循环，是降温系统冷能的直接来源。一 9 8 0 m水平集中制冷，一 3 0 0 m水平排热方案，考虑到张集矿实际情况需要，并从便于管理角度出发，制冷站设在一 9 8 0 m水泵房旁，冷冻水采用闭式循环系统或开式系统主要取决于工作面风流冷形式。利用一 3 0 0 m低温水和低温回风，冷却水泵从一 3 0 0 m水仓取水，将制冷站回流热水直接排入一 7 0 0 m水仓，通过一 7 0 0 m水仓的排水泵直接排至一 3 0 0 m，使用后的热水经过一 3 0 0 m 水处理系统进行自然冷却，冷却后经专用设备管路重新引入冷却水循环系统其中在一 3 0 0 m水平、一 7 0 0 m水平需建立降压水池用于冷却水降压。经冷却水供水管利用玻璃钢管或无缝钢管送至一 9 8 0 m水平制冷机组的冷凝器，回水经回水管输送至一 7 0 0 m的新混合井下口的大泵房，经低温回风排热后通过潜水泵送至一 3 0 0 m水平，完成．5 4 l 一娜 ⋯ ∞ 1 2 2 能源技术与管理 2 0 1 2年第 2期冷凝热排放的循环。 2结语人是企业之本，防暑降温是煤矿职业病防治工作的重要内容，是安全生产的基础工作。煤矿企业应按照中华人民共和国煤炭法等相关法律法规，实现防暑降温工作的规范化和制度化。企业要实现可持续发展，矿井降温至关重要。企业最重要的工作是抓安全，前进道路上最大忧患也是安全，企业应把矿井降温工程纳入矿井正常安全生产体系，把矿井降温工程纳入高温矿井正常生产的辅助系统，就像矿井排水、通风防突、支护一样，都是必不可少的，有效确保矿井安全、高效生产。 [ 参考文献 ] [ 1 ]张晓辉．孙村矿深部开采高温问题解决方案 [ J ] ．江西煤炭科技， 2 0 0 5 3 1 [ 2 ]陈龙生．煤矿深部开采综采工作面高温问题解决方案 [ J ] ．煤炭工程， 2 0 0 4 6 [ 作者简介] 葛逸群 1 9 6 5 一，男，江苏海安人，高级工程师，现任徐州矿务集团张集煤矿总工程师。 [ 收稿日期 2 0 1 2 0 3 1 5 ] 上接第 8 2页煤层底板后，沿底掘进；顺槽与胶带巷的连接方式可选溜煤小井或溜煤斜井连接；第二车场即运输顺槽下部车场中间直巷段改变为斜巷，与运输顺槽连接。考虑到下一个工作面顺槽，第二车场采取联合布置比较合理，这样能够服务于 2 个顺槽轨道运输。 7 8 7 m水平回风大巷图 3 运输顺槽优化后剖面示意图 4运输顺槽与 7 7 0 m胶带巷连接方式的确定 4 ． 1 溜煤井连接运输顺槽从 7 7 0 m胶带巷上方跨过后，做一条联络巷与胶带巷贯通，形成通风系统；然后做溜煤井连接运输顺槽与胶带巷，如图 4所示。其优点是易于控制从工作面运出的煤炭。其缺点是井巷工程量相对较大，成本相对较高、工期较长。 4 ． 2溜煤斜井连接运输顺槽在接近 7 7 0 r n胶带巷时直接大角度以斜井的形式连接，这样形成溜煤斜井。在溜煤斜井内安装封闭式的导煤筒，确保煤流顺利进入胶带，如图4所示。其优点是施工简单，井巷工程量小，工期短，节约成本，间接效益高。其缺点是溜煤筒内煤的流速需控制。 4 ． 3 比较结果综合比较，采取溜煤斜井连接方式较优，工程量减少 1 5 m，工期缩短 7 d ，节约成本。目前该工程已施工结束，获得了重大经济效益。 7 8 7 m水平回风大巷图 4 运输顺槽与胶带巷连接剖面示意图 5 经济效益分析首采工作面巷道优化布置后取得如下经济效益 ①掘进期间减少一部刮板输送机投入，节省了刮板输送机的反复延接与拆除等工作，这样产生的直接经济效益约 1 1 0万元。②溜煤斜井连接方式带来的直接经济效益约 1 8万元。工期提前 7 d ，相当于提前 7 d投产，间接经济效益较大。③ 回采期间有着重要的间接经济效益，胶带运输机运行阻力减小，机械事故率降低，且转载机移动方便，缩胶带时降低胶带损耗等。 6结语通过对该矿首采工作面巷道布置存在问题分析，经过优化布置后，解决了运输顺槽不能够安装整部胶带运输机问题，减少了一部刮板输送机投入，减轻了工人劳动强度，更重要的是能够使综掘机与胶带运输机合理匹配，使综掘机发挥最大效能，极大地提高了单进水平。同时也确保了回采期间运输更加顺畅，为矿井带来了较大经济效益。 [ 作者简介 ] 狄敬远 1 9 6 5 一，男，江苏徐州人，采矿工程师，现任徐矿集团旗山矿驻内蒙滴沥帮乌素煤矿项目部总工程师。『收稿日期 2 0 1 1 0 7 0 8 ]