梅花井煤礦深部熱害防治技術的應用

摘 要:隨著礦井開采深度的增加，礦井高溫熱害問題開始凸顯，嚴重影響了煤礦的安全生產。本文簡要介紹了梅花井煤礦高溫熱害的狀況，分析了高溫原因及介紹了非機械制冷降溫技術和機械制冷降溫技術相結合在梅花井煤礦的應用，取得良好的降溫效果。

關鍵詞:礦井熱害 防治技術 機械制冷 非機械制冷

中圖分類號:TD74文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)03(a)-0067-01

礦井高溫熱害已被認為水、火、瓦斯外的第4大礦井災害，其嚴重影響了煤礦正常的安全生產，威脅了職工的身體健康。梅花井煤礦21采區(qū)上煤組綜采工作面最高月平均氣溫33.2℃，掘進工作面為33.6℃;上煤組綜采工作面最高月平均氣溫35.1℃，掘進工作面為35.4℃。根據《煤礦安全規(guī)程》(2010)第一百零二條規(guī)定“生產礦井采掘工作面氣溫不得超過26℃，采掘工作面氣溫超過30℃，機電設備硐室的空氣溫度超過34℃時，必須停止作業(yè)?！陆ǜ?、擴建礦井設計時，必須進行風溫預測計算，超溫地點必須有制冷降溫設計，配齊降溫設施”。因此，礦井降溫技術在煤礦的應用已非常重要。

1 井田地溫狀況

根據鉆孔資料確定，梅花井井田的恒溫帶深度為70m，溫度為15.06℃，平均地溫梯度為3.12℃/100m。從本區(qū)地溫梯度和熱害區(qū)的分布范圍和變化規(guī)律分析，地溫場明顯受構造的控制。區(qū)內構造形態(tài)以單斜構造為主，地熱沿層面?zhèn)鲗л^好，煤層露頭和地層淺部為地熱散失創(chuàng)造了條件，故淺部的地溫梯度較小，深部地溫梯度偏高，一、二級熱害區(qū)度主要分布在深部。各主要煤層的+850m水平以淺基本無熱害區(qū)，一級熱害區(qū)分布在+850m～+650m水平間，二級熱害區(qū)分布于各煤層的+65m0水平以深部位。

2 礦井致熱因素

本礦熱害致熱因素按其影響程度的大小分別為巖熱、壓縮熱、氧化熱、機電設備散熱和人體散熱，局部可能存在熱水散熱。因此，礦井致熱因素主要是巖熱、壓縮熱、機電設備散熱和氧化散熱。熱源結果匯總表見表1。

2.1 巖熱

井巷圍巖散熱的主要途徑有三:一是借熱傳導自巖體深處向井巷傳熱;二是經裂隙水借對流將熱傳給井巷;三是回采、掘進及運輸過程中的煤炭、矸石放熱。

2.2 壓縮熱

空氣在地球重力場作用下，沿井巷向下流動時位能減小，體積壓縮熱轉化為熱能，使礦井溫度升高。同時井筒內的淋水吸收了大部分自身壓縮熱，僅有部分淋水蒸汽使相對濕度增加。

2.3 機電設備散熱

機電設備所消耗的能量除了部分用以做有用功外，其余全部轉換為熱能并散發(fā)到周圍的介質中去。對于采煤面和進風運輸巷，由于各種類型機電設備的集中布置，致使風流溫度升高變化顯著。

2.4 氧化散熱

井田內除2-2煤層自燃等級為自燃～易自燃外，其它煤層自燃等級均為自燃，各煤層均有自燃傾向，煤和含煤、含碳、含硫圍巖及支護材料的氧化散熱，也是局部氣溫升高熱源之一。

3 降溫措施

3.1 非機械制冷降溫措施

(1)開拓、開采布置措施。本礦采用立井開拓，主要巖層布置或煤層巷道采用錨噴支護減少氧化散熱，主要巷道及采區(qū)布置避開局部地熱異常區(qū)和可能的熱水涌出點。深部采區(qū)采用下山開采或仰傾斜長壁開采，工作面采用后退式開采。

(2)通風降溫措施。在一定條件下增加風流量使得礦井進風流溫升減小，進風流沿散熱小的巷道流動。對有較大散熱的機電設備硐室采用獨立通風，減少其對進風流的加熱，并且控制工作面順槽的長度及工作面的長度，縮短進風巷道的長度。

3)局部降溫措施。根據現場實際情況，對礦井降溫系統難以達到或極不經濟，而工作人數很少的少量地點，采取局部降溫措施或個體防護。如:冰塊冷卻風流、壓縮空氣制冷、移動式制冷機等。

(4)其他措施。有條件時，煤巷支護采用錨噴支護，以減少氧化散熱;熱水管、主要壓風管等盡量沿回風巷布置;所有水溝均設蓋板;個別熱害嚴重區(qū)段的，短時作業(yè)人員可采取個體防護措施。

3.2 機械制冷降溫措施

(1)地面集中制冷水

在進回風立井井口附近設地面集中制冷站。制冷站利用水源熱泵產生熱負荷可供井筒加熱和風井場地設施采暖，產生冷負荷經二次制冷制取低溫冷水，通保溫過管道由進風立井井筒至井下高低換熱設備硐室，經高低換熱設備換熱后再回至地面，形成一次冷水閉式循環(huán)，二次冷水由高低換熱設備出來后直供采掘工作面的空氣冷卻器，空冷器與風流進行熱交換后回至高低壓換熱器，形成二次冷水閉式循環(huán)，少量冷水可根據工作面負荷變化進行噴霧降溫。地面低溫制冷機產生的冷凝熱由冷卻塔通過大氣排放，形成冷卻水循環(huán)系統。

(2)采煤工作面降溫

針對采煤工作面熱源特點，工作面除塵灑水(含采煤、噴霧)可全部采用冷水，同時在采面中部以上布置降溫噴霧裝置，采面機巷內布置6臺HPSCC-200型空氣冷卻器，同時配置2×18.5kW局部通風機2臺。噴淋和除塵灑水總水量為12m3/h。冷凍水供水溫度<7℃，閉式水系統回水溫度17℃，補給水溫度按28℃考慮。

(3)掘進工作面降溫

在每個掘進工作面配用1臺HPSCC-200型光管空氣冷卻器，安設在局部通風機后100m處。另外在迎頭回風流每隔100m，安設一組噴嘴進行噴霧，噴霧與回風流充分接觸，以提高降溫效果，并解決掘進工作面防塵問題。

4)管道及保溫

根據開拓開采布置，及水系統流量，確定選用熱軋無縫鋼管，其保溫材料選用PVC，即聚氨脂泡沫塑料，為防止保溫材料的破壞，采用不燃玻璃鋼作為保護層。選用的無縫鋼管和保溫層厚度如下:D89×4、D108×4、D189×6、D325×10、D377×12(11)冷凍水管路均設厚50mm保溫層，井下管路設玻璃鋼保護層厚5mm，玻璃鋼保護層可現場加工，管路連接采用快速接頭。對于管道連接處，閥門、儀表等連接處，保溫材料可現場發(fā)泡充注。

4 結論

隨著煤礦開采深度的不斷增加，深部熱害將進一步的加劇，采取綜合降溫措施勢在必行。梅花井煤礦根據自身高溫熱害狀況采取了機械制冷降溫措施和非機械制冷降溫措施，對采掘工作面進行降溫，取得良好的效果，為煤礦深部熱害防治提供了可借鑒的經驗。

參考文獻

[1]張周權，李劍鋒.三河尖煤礦高溫熱害治理技術[J].煤炭工程，2009，(11):57-59.

[2]李艷軍，焦海朋，李明.高溫礦井的熱害治理[J].能源技術與管理，2007，(6):45～47.

[3]國家煤礦安全監(jiān)察局．煤礦安全規(guī)程[M]．北京:煤炭工業(yè)出版社，2010.

[4]余恒昌.礦山地熱與熱害治理[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，1991.276-279.

①作者簡介:吳兆吉，1979年6月5日，男，籍貫:湖北省棗陽市，現職稱:工程師，學歷:本科，研究方向:采礦工程。