矿井热害的调查与防治

随着矿井开采向深部延伸和机械化水平的提高，我国矿井热害问题日趋突出，严重危害 矿工的身体健康，制约着矿井生产效率的进一步提高。 大力开展热害矿井的热害调查，正确分析热害产生的原因，对于准确地划分矿井热害等 级，并从根本上防治矿井热害有着重要的意义。 　　1　矿井热害的调查方法 　　1．1　高温工作点的调查 《煤矿安全规程》明确规定：采掘工作面空气温度不得超过26℃，机电硐室的空气温度 不得超过30℃，并且，当上述两工作地点的空气温度超过30℃和34℃时，必须停止作业。所 以，当井下工作地点出现高温时，应对高温地点的分布状况进行统计，对空气物理参数进行 跟踪测试，以便了解热害的危害程度。 　　1．2　基础参数的测定 　　 2．2．1　围岩的原始温度测定 　　围岩原始温度(即原岩地温) 的测定是矿井热害防治最重要的基础工作，所取得参 数是进行矿井热源分析及井下风流温度预测计算的重要基础参数，也是划分矿井热害等级的 基本依据。 　　原岩温度的测定一般分两种：一是深孔测温法，二是浅孔快速测温法。两种方法的选择要视 测温地点的具体情况而定。因为，巷道开掘后，围岩中的地温场就会受到矿井排水、通风等 因素的扰动，从而在围岩中形成冷却带。并且随巷道通风时间的延长，其冷却带的厚度也逐 渐加大，据有关资料统计［1］：通风时间1年的巷道，冷却带厚度约为18m，2年约 为25m，5年以上约为40m。 　　（l） 深孔测温法。 　　深孔温度就是在井巷中，利用钻机向围岩内打水平测温孔(其深度应大于井巷冷却带 厚度)，再将在实验室标定好的测温热电偶探头送入孔底，封孔，经过一定时间，测得稳 定的温度值即是原岩温度。利用深孔测温时，必须要设法消除或减少矿井排水和通风 的影响，合理地选择钻孔位置和钻孔深度。钻孔位置应避开地质构造和水文地质复杂地段， 选择在岩性较好，不渗水或渗水小的地点，钻孔深度应大于该处围岩冷却带的厚度。 （2） 浅孔快速测温法。 浅孔快速测温是在井下连续推进的岩巷掘进工作面(其周围30m以内无通风2年以上的井巷或 硐室)，并在岩面暴露时间不超过24h，利用迎头的炮眼或临时专门打的2～3m钻孔进行测 温的方法。 此方法的理论依据［3］，设岩壁均质，其导热系数为α(m2／h)，将巷壁视为一半 无限大物 体，垂直于壁面方向为x轴方向，设在τ时刻，该轴上某点x处温度为t(x，τ)，由于该 温度场是一维的，导热微分方程可表示为: （略） 所以，在岩壁暴露24h内，把距岩壁lm以外2～3m处的岩体内的岩温视作岩石原始温 度是可行的。 　　（3）地质勘探测温钻孔资料的验证。 为了验证地质勘探测温钻孔资料的准确性，分别在不同的矿井应用上述两种测温方法进行 了实地测试，并将地质勘探测温钻孔资料与测试结果相比较，从而对其进行修正。 　　1.2.2　 热源分布状况的测定与分析 高温工作地点确定后，应对从入风井口至高温工作地点的沿途热力参数进行测定，主要包括 ：围岩地温、风流状态参数、巷道几何参数、电器设备运行参数及运行状态、生产工序及生 产环境等。其目的是考察入风系统状态的变化对矿井进风系统中风流焓增、围岩散热、矿井 水散热、压缩热、机电设备散热、氧化散热等热源分布状况进行分析，以便有目的地进行热 害治理。 　　 1．3　矿井热害等级的划分 　　《煤炭资源地质勘探地温测量若干规定》指出：平均地温梯度不超过3℃／100m的地区为 地温正常区；超过3℃／100m为高温异常区。同时还指出，原始岩温高于31℃的地区为一级 热害区，原始岩温高于37℃的地区为二级热害区。 　　表1　某矿地质勘探测温钻孔资料与实测数据的对比（略） 　　1．4　制定改善热环境的降温措施 　　在矿井热害等级划分后，根据热源分布状况的分析结果制定出合理的降温措施。总体可 分两大类：一是对原有通风系统进行调整，充分利用老巷道调热圈对风流的冷却作用，避开 机电设备散热、矿井热水散热较大的巷道，尽可能地对进风系统中高温热源进行隔离，加大 高温地点的风量和风速，改善其热环境；二是利用空调系统对高温地点的进风流进行强制降 温。这一措施投入的成本较大，所以只在其他方法无效的情况下采用。 　　2　实际应用 　　永川煤矿六井在-100m水平开采时尚未出现热害问题，但在开采-360m水平热害问 题较突出。据测定：地面入风为31.5℃时，-350m主井井筒气温达29.6℃(1992年7月29日测) ；地 面气温为24.4℃，-350m北煤巷迎头风温达29.2℃(1992年8月4日测)。掘进工作面的高温， 严重恶化了劳动环境，危害工人健康，不利于安全生产，也严重影响了劳动生产率。 　　2.1　岩温测定结果(表1)（略） 　　2.3　改善热环境的降温措施 　　由以上测试资料分析可知：（1）+150m水平以上的井巷对风流有冷却作用，其下部巷道 对风流有加热作用，尤其是-350m主井，对风流的加热（包括压缩热和围岩放热）占风流沿 程被加热总量的46.4%；迎头空气的增焓也很大，占空气沿程总增焓的24%。（2）进风系统 的主要热源是空气下行压缩热，占风流加热总量的66.6%；其次是机电设备散热，占33.4%。 这主要是局扇对风流的加热，这部分热占该工作面进风系统中机电设备散热的92%。 　　表2　热力测试汇总表（略） 　　表3　热源分析表　（略） 　　其是当局扇工况不合理时，局扇的无益功产生的热量对风流的加热作用远比其有益功产生的 压缩热大。因此，提出以下防治措施：（1）尽量增加进风流在浅层巷道（+150m以上）中的 流经长度，以降低进风温度；（2）选用高效局扇，加大风筒直径，降低局扇工作静压，提 高风流，从而改善局扇工况，以减少局扇对空气的加热；（3）改进采区通风方式，尽可能 采用采区下行进风；（4）改进掘进工作面通风方式，尽量采用抽出式通风；（5）尽 量使进风流避开局部热源的影响，如机电硐室、泵站等；（6）减少采空区泄热量。 　　该矿在掘进工作面热害防治措施的具体实施过程中收到了良好的效果。 1　余恒昌 主编.《矿井地热与热害防治》.北京：煤炭工业出版社 1991.7 2　马逸吟 主编.《矿井空调》.淮南矿业学院通风安全专业教材. 1991.3 3　胡桃元.井下原始岩温的测定方法.淮南： 矿业科学技术. 1994.1 信息来源于:中国煤炭