濟寧三號煤礦熱環(huán)境測試和工作面熱源分布

易 欣 王振平 張廣文 馮小平

（1.西安建筑科技大學(xué)，陜西省西安市，710055；2.西安科技大學(xué)，陜西省西安市，710054；3.兗州煤業(yè)股份有限公司，山東省鄒城市，273500；4.江南大學(xué)，江蘇省無錫市；214122）

1 礦井熱害現(xiàn)狀

濟三煤礦位于山東省濟寧市境內(nèi)，井田面積約為110 km2，主采3上＃和3下＃煤層，設(shè)計生產(chǎn)能力為500萬t／a，服務(wù)年限為81年。

濟三煤礦全礦井平均地溫梯度為2.44℃／100 m，煤系地層平均梯度為2.96℃／100 m。根據(jù)3下＃煤層和16上＃煤層底板地溫等值線，－650 m等高線以上地溫小于31℃；－650～－900 m等高線之間溫度一般在31～37℃（一級高溫區(qū)）；－900 m等高線以深地溫一般高于37℃（二級高溫區(qū)）。

濟三煤礦目前開采的東翼采區(qū)深度在500 m以內(nèi)，北翼采區(qū)深度在600 m以內(nèi)、西翼采區(qū)深度已達到700 m，因地溫升高而產(chǎn)生的礦井熱害問題已日益凸顯。對井下熱環(huán)境參數(shù)進行調(diào)查與預(yù)測的結(jié)果表明，東翼采區(qū)采掘工作面夏季最高風(fēng)溫不超過28℃；北翼采區(qū)采掘面風(fēng)溫只在夏季最高風(fēng)溫達到28～30℃；西翼采區(qū)采掘工作面夏季風(fēng)溫達到30～32℃，最高34℃，出現(xiàn)較嚴重的熱害，而冬季西翼各采掘工作面熱害并不明顯。

2 礦井熱環(huán)境測試

為全面了解礦井氣候現(xiàn)狀，于2012年9月21日對183上＃04工作面通風(fēng)線路上進行布點，并對各點的空氣狀態(tài)參數(shù)進行測試。觀測儀器采用數(shù)字式精密氣壓計、干（濕）球溫度計、風(fēng)表、水溫計、測尺、WMY－01數(shù)測溫計和紅外測溫儀等儀器設(shè)備。測點布置圖如圖1所示，測定數(shù)據(jù)如表1所示。

圖1 測點布置圖

從圖1～圖4中可看出，各通風(fēng)路線上的各測點空氣的焓值變化情況，從地面井口（測點1）到六采區(qū)西輔巷（測點8）增加幅度較小，而183上＃04輔順巷進風(fēng)口（測點9）至工作面回風(fēng)巷出口（測點16）增加幅度較大。說明井下熱源主要集中在采區(qū)工作面區(qū)段，而運輸大巷向風(fēng)流散熱量較少，部分區(qū)段運輸巷道從風(fēng)流中吸收熱量使空氣的焓值下降，巷道的壁面起到了調(diào)溫的作用。

表1 18304工作面通風(fēng)路線風(fēng)流參數(shù)測定表

3 工作面散熱量計算

經(jīng)測量183上＃04綜采工作面原巖溫度為33℃，風(fēng)量約為1200 m3／min。順槽為煤巷，長度約為2500 m，斷面寬度約為4.2 m，高度約為3.15 m，錨網(wǎng)支護；工作面長度約為190 m，斷面寬度約為4.5 m，高度約為3 m。輔順內(nèi)機電設(shè)備包括電絞車、水泵、變壓器和液壓機等，總功率約為860 k W，采煤面內(nèi)總裝機功率約為2000 k W，轉(zhuǎn)載機及破碎機功率約為600 k W。根據(jù)工作面熱環(huán)境測試數(shù)據(jù)分析，焓值變化趨勢如圖5所示。

從圖5可以看出，工作面焓值整體成遞增曲線，受測定因素的影響（測量數(shù)據(jù)時測定人員位于支架內(nèi)）工作面出口處焓值大于轉(zhuǎn)載機處焓值，主要是由于工作面接近回風(fēng)隅角處，有部分熱量來自采空區(qū)，且風(fēng)流沒有均勻混合的原因。

圖5 焓值變化曲線圖

將工作面劃分為區(qū)段，分段計算各熱源散熱量。第1區(qū)段為輔順巷入口到183上＃04泄水巷口，第2區(qū)段為183上＃04泄水巷口到變電站前，第3區(qū)段為變電站及乳化液泵站等放置區(qū)，第4區(qū)段為變電站后到工作面進風(fēng)隅角，第5區(qū)段為采煤面，第6區(qū)段為回風(fēng)隅角膠順巷出口。各區(qū)段散熱量的計算結(jié)果如表2所示，各區(qū)段散熱量占總散熱量的比例如圖6所示。

表2 工作面熱源散熱量分布情況表

圖6 各區(qū)段散熱量占總散熱量的比例

4 工作面熱源分布

由計算結(jié)果可以看出，輔助順槽的散熱量中圍巖散熱占33%，機電設(shè)備散熱11%；采煤面熱源散熱量最大為402.9 k W，占全部熱源的43%，主要熱源是圍巖散熱、機電設(shè)備散熱、運輸中煤散熱和采空區(qū)散熱；膠帶運輸順槽散熱量占13%，主要熱源是運輸中煤散熱、圍巖散熱和機電設(shè)備散熱。

由圖6可以看出，工作面作為熱源的集中區(qū)域，散熱量遠大于其兩側(cè)運輸順槽與軌道順槽，對風(fēng)流溫度變化具有重要作用。

5 結(jié)語

礦井熱害形成的原因是多方面的，造成礦井氣溫升高的熱源很多，且不同礦井其熱源組成與分布都不同。但從總體上來看，引起礦井高溫的主要因素是地面氣候季節(jié)性變化、風(fēng)流自井井筒下流時自壓縮放熱、地熱引起的圍巖壁面放熱、采掘運機電設(shè)備運轉(zhuǎn)時放熱以及運輸中的煤和煤矸石放熱等熱源。通過濟三煤礦熱環(huán)境測試結(jié)果表明，工作面是熱源的集中區(qū)域，是影響礦井熱環(huán)境的主要因素，礦井降溫措施的實施需要考慮熱源的分布特征，從而達到更好的效果。

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