深層礦井高溫防治工藝技術研究

摘 要：結合礦井實際效果介紹了幾項礦井熱害防治措施，給礦井下一步建設過程中的熱害治理工作提供了較好地建議和選擇。

關鍵詞：高溫熱害；治理；安全生產(chǎn)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.018

1 引言

隨著礦井開采深度不斷增加，礦井高溫熱害問題越來越顯著，已嚴重影響到礦井的安全生產(chǎn)，甚至可能帶來惡性事故的發(fā)生，所以必須積極采取措施治理，以確保礦井的安全生產(chǎn)，并為職工提供適宜的工作環(huán)境。

陳蠻莊煤礦為立井開拓，設—900m一個水平，資料顯示，本煤田可采煤層基本上都處于二級高溫區(qū)，在夏季該地區(qū)極端溫度達到41.8℃，致使井下工作面溫度達到32℃，回風流中溫度甚至超過35℃。積極采取相應措施防治熱害已成為關乎礦井重大任務。

2 礦井高溫熱海成因分析

2.1 井下圍巖散熱

陳蠻莊礦區(qū)恒溫深度50m，溫度18.9攝氏度，平均地溫梯度為2.59℃/100m，地熱增溫率為1℃/38.6m，地溫梯度小于3℃，屬于地溫正常區(qū)。但是，隨著開采深度的增加，地溫將有所升高，陳蠻莊礦區(qū)3煤層深度750m以深為大于37℃的二級高溫區(qū)，陳蠻莊礦的開采水平為—900m，也就是說本井田可開采煤層基本都屬于二級高溫區(qū)。同時，工作面和巷道的淋水溫度也非常高，經(jīng)實際測量，部分工作面淋水溫度達到42℃，水溝中的水溫也在40℃左右。由此可見，圍巖散熱是引起陳蠻莊礦區(qū)高溫熱害的主要因素。

2.2 空氣自壓縮熱

空氣從地面到達井下溫度升高主要來自兩個方面：井筒圍巖散熱和空氣壓縮散熱。陳蠻莊礦的副井水平為+43.5m，副井底水平為—900m。初步計算，從地面副井口到井底車場，風流由于自身壓縮而引起的升溫理論值為9.25℃?？梢?，對于深井開采來說，空氣自壓縮引起的風流的溫升在礦井的熱源中所占的比例很大。

2.3 機電設備散熱

隨著機械化程度的不斷提高，井下使用的能源，大部分采用的是電源。陳蠻莊礦是新建礦井，機械化程度也是很高，井下機電設備散熱非常明顯，通過測定，機電設備散熱量占總的采煤工作面總熱量的20%左右，它能使風流溫度上升5～6℃。

2.4 煤矸運輸過程中散熱

隨著礦井開采強度的加大，生產(chǎn)的相對集中以及生產(chǎn)水平的延伸，開采出來的煤巖溫度高，并且陳蠻莊礦90%的煤矸都是采用膠帶輸送機或者鏈條輸送機運輸，加大了煤矸與空氣的接觸面積，在運輸過程中煤矸對風流強烈加熱，進一步升高了風流的溫度。

2.5 地面溫度

地面溫度直接影響井下各采掘工作面的溫度。陳蠻莊礦所在的地區(qū)四季分明，1月份平均溫度為—0.9℃，7月份平均溫度為27.1℃。井下實測實據(jù)顯示，在冬季，大巷中的溫度15℃左右，回采工作面回風流溫度為26℃，到夏季大巷中的溫度25℃，采掘面風流溫度達到33℃，總回風流溫度在35℃。

3 制冷降溫措施措施

3.1 非機械制冷降溫措施

（1）增加風量：事實證明，增大風量降溫是最為經(jīng)濟的手段之一。陳蠻莊礦在進入7月份以后天氣開始升溫的時候就選擇了加大風量的辦法，首先調(diào)整了主通風機的葉片運行角度，由原來的36°調(diào)至42°，同時井下的局部通風機也適度加大了功率并實現(xiàn)“雙風機雙電源”。這樣一來井下的風量增加了1700m3/min，回采工作面風量也達到了1000m3/min以上，明顯改善了井下作業(yè)環(huán)境的溫度和濕度，經(jīng)實測數(shù)據(jù)得知，加大風量可以降低溫度2°左右。不過，風量的增加不是無限制的，它受規(guī)定風速和降溫成本的制約，而且風量增加到一定程度后降溫作用就會非常微弱甚至不起作用。

（2）改善通風方式：實踐表明，將上行通風改為下行通風可使工作面的風溫降低1～4℃，W型通風方式比U型通風方式降低了1～2℃；在不同通風系統(tǒng)中風風速相同時，側翼式比中央運輸?shù)慕K端風溫低2.2～6.3℃，混合式比中央式低2.4～9.3℃。陳蠻莊礦回采工作面就采取了下行通風的方式，可以把工作面產(chǎn)生的大量熱量帶走，同時把回風巷中的機電設備散熱也帶入總回風流中，從而降低了工作面的溫度，改善了工作環(huán)境。但其降溫幅度有限，對于熱害嚴重的礦井往往不能滿足。

（3）控制熱源降溫：主要是考慮到陳蠻莊礦井的工作面淋水溫度較高，且三灰水溫度也很高，通過疏放熱水，并用隔熱管道排到地面，或經(jīng)由隔熱蓋板的水溝導入水倉；將高溫排水管和熱壓風管設于回風巷。實踐證明該明水溝為暗水溝，減少熱水對井巷空氣的散熱量，可是將行風溫降低0.7%。同時，對于機電硐室獨立通風，合理選擇局扇位置，盡量選擇在風溫較低的位置，并對局部通風風筒進行灑水降溫。

（4）其他降溫措施：1）煤層注水預冷煤體。2）個體防護。縮短勞動時間，在井口發(fā)放冰綠豆湯，同時安排專人對井下高溫作業(yè)區(qū)域人員送降暑雪糕及冷飲。3）采掘工作面高溫區(qū)域利用水射流風機，將水汽化吸熱降溫。

3.2 機械制冷降溫措施

（1）使用地面空調(diào)系統(tǒng)預冷進風風流：通過在井口安設的7臺中央空調(diào)，對進入副井的風流溫度進行預冷。同時，減小副井進出車兩側的斷面積，加大副井南側空調(diào)冷風的進入，從而盡量減少戶外熱風涌入井口。經(jīng)實際測量，全部打開7臺中央空調(diào)可以降低井口溫度2～3℃。

（2）建設制冷系統(tǒng)：制冷系統(tǒng)以向井下采掘工作面輸送冷媒的種類不同，分為風冷系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、冰冷系統(tǒng)。風冷系統(tǒng)通過技術分析不太可行，所以陳蠻莊礦將采用水冷系統(tǒng)。按制冷機組的設置位置不同，制冷系統(tǒng)可分為地面集中式和井下集中式，根據(jù)制冷系統(tǒng)的設施位置及其運行工況，陳蠻莊礦的礦井降溫制冷系統(tǒng)設于—900m井底車場附近的制冷機房，即井下集中式系統(tǒng)，與地面建筑空調(diào)制冷系統(tǒng)分別獨立設置。

4 結語

通過對深層開采礦井高溫熱源的分析，根據(jù)陳蠻莊礦的實際情況，提出了一些相關的降溫制冷的措施，并以陳蠻莊礦為實例做了效果驗證，制冷系統(tǒng)已基本建設完成，隨著制冷系統(tǒng)的正式投入運行，有效的解決礦井的高溫熱害問題，保證礦井的安全生產(chǎn)，給井下職工提供更加舒適的作業(yè)環(huán)境。

作者簡介：張國防（1988-），男，山東寧陽人，主要從事采礦專業(yè)技術工作。