深采工作面綜合降溫技術(shù)及實(shí)施

胡志臣

摘要：由于礦煤層所處的位置較深，地溫對(duì)深采工作面的溫度影響較大，因此采取科學(xué)有效的措施來降低深采工作面的溫度顯得十分重要。本文以平煤集團(tuán)六礦為例，詳細(xì)分析了六礦綜采工作面高溫的原因以及六礦深采工作面的基本狀況，并針對(duì)相應(yīng)引起高溫的因素提出降溫的措施，希望能對(duì)綜采工作面降溫技術(shù)的研究和實(shí)施提供一些幫助。

關(guān)鍵詞：深采工作面；降溫技術(shù)；實(shí)施

0 引言

隨著礦石應(yīng)用量的逐步提升，所開采礦井的深度也在逐漸加深，深采工作面出現(xiàn)高溫?zé)岷Φ那闆r也越來越多，針對(duì)不同礦井深度的不同、工作面特征的不同應(yīng)該采取不同的降溫技術(shù)，但目前對(duì)于一些采掘深度較大的礦井仍沒有十分可靠的工作面降溫措施。本文以平煤集團(tuán)六礦為例，通過分析不同的熱害原因以及不同的熱源因素，并結(jié)合平煤集團(tuán)六礦的基本特征，提出降低深采工作面溫度的綜合技術(shù)以及實(shí)施，并證明了該技術(shù)應(yīng)用的科學(xué)有效性。

1 工作面的簡(jiǎn)介

平煤集團(tuán)六礦是該集團(tuán)重要的礦井之一，以每年339萬噸的產(chǎn)礦量在平煤集團(tuán)位列前茅，因此保障六礦的施工質(zhì)量和安全顯得尤為重要。當(dāng)下平煤集團(tuán)的采礦工作主要集中在丁、戊兩組煤，由于該地區(qū)的恒溫帶可達(dá)到27m，平均溫度可達(dá)到17.2攝氏度，地溫的平均梯度為3.07℃/hm，因此六礦在平煤集團(tuán)礦區(qū)中熱害較嚴(yán)重。以位于六礦二水平的丁5，6-22180采面來說，地面標(biāo)高為330-270，工作為面標(biāo)高-561到-496，丁5，6-22160的深采工作面的采空區(qū)位于其上方，丁5，6-22200深采工作面的采空區(qū)位于其下方。在進(jìn)行工作面施工時(shí)，由于高產(chǎn)高效、功率大的設(shè)備的使用，使得工作面受到熱害的危害較大，尤其是在夏季，當(dāng)工作面進(jìn)行回采和掘進(jìn)時(shí)，深采工作面可達(dá)到35攝氏度的高溫，局部地方甚至可以達(dá)到39攝氏度。另外，當(dāng)深采工作面進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，瓦斯涌出量較大，而工作面的通風(fēng)又不能完全將瓦斯排除，存在很大安全隱患。

2 分析引起工作面高溫的熱源因素及高溫分布情況

2.1 大功率設(shè)備應(yīng)用產(chǎn)生的熱量

由于六礦是平煤集團(tuán)產(chǎn)礦量較大的礦區(qū)，因此在選擇施工設(shè)備時(shí)根據(jù)高產(chǎn)高效、功率大、強(qiáng)度高的原則選擇作業(yè)設(shè)備。功率較大的施工設(shè)備在電力驅(qū)動(dòng)下除了完成正常的施工作業(yè)，還將一部分電能轉(zhuǎn)化為熱能釋放到工作環(huán)境中，使施工環(huán)境中空氣溫度上升，同樣也會(huì)使深采工作面以及周圍的原始巖溫度升高。另外，由于深采工作面的走向較深，因此大功率設(shè)備的使用在運(yùn)輸開采的煤礦時(shí)會(huì)產(chǎn)生很多摩擦，也會(huì)使工作環(huán)境中溫度升高。

2.2 煤炭放熱以及氧化生熱

由于對(duì)煤礦產(chǎn)量要求較高，因此要求較快的作業(yè)速度，隨著工作面開采工作的加快，使得開采工作落煤時(shí)產(chǎn)生較多而熱量。再有，在煤礦開采時(shí)通常將運(yùn)輸巷與進(jìn)風(fēng)巷共用一個(gè)，而工作面又具有較深的走向，長(zhǎng)距離的運(yùn)輸使得開采的煤礦和矸石對(duì)涌進(jìn)的風(fēng)釋放較多的熱量，從而使得空氣中溫度上升。另外，煤炭的氧化放熱也是深采工作面溫度高的熱源因素之一，由于煤壁暴露面積較大，而煤層本身又具有自然發(fā)火的趨勢(shì)，因此經(jīng)常會(huì)氧化生熱導(dǎo)致工作環(huán)境溫度升高。

2.3 圍巖和地表傳熱

由于深采工作面位于較深的位置，因此原始巖的溫度較高，當(dāng)工作面位于深度達(dá)800m以上的位置時(shí)，原始巖的工作溫度可達(dá)到42攝氏度。原始巖通過向工作面?zhèn)鬟f熱量使得深采工作環(huán)境溫度升高。再有，由于煤層被埋較深，礦井地溫梯度為3.23℃/100m，井圍巖可以通過水分的對(duì)流把巖體深處的熱量不斷地高強(qiáng)度的傳遞到工作環(huán)境中，使環(huán)境中溫度升高。地表溫度對(duì)大采深、長(zhǎng)走向的影響較小，但是由于丁5，6 -22180深采工作面與二水平北山進(jìn)風(fēng)井口距離較小，因此受地溫的影響較大，尤其是當(dāng)夏季，地表的溫度較高、濕度較高，對(duì)工作環(huán)境的溫度影響顯著提升。

3 探討降低深采工作面的溫度的措施有效性

3.1 通風(fēng)降溫

由于圍巖、大功率設(shè)備以及煤炭自身的影響，使得礦井內(nèi)的溫度明顯高于外界溫度，因此可以通過增大通風(fēng)量來改善礦井內(nèi)溫度較高的情況。在平煤集團(tuán)五礦己17-23200綜采工作面的實(shí)踐應(yīng)用可以發(fā)現(xiàn)，增加通風(fēng)量、改善通風(fēng)條件可以在一定程度上起到降溫的效果，但并不明顯，當(dāng)通風(fēng)量達(dá)到每分鐘1400立方米時(shí)，礦井溫度下降約1攝氏度。因此可以將增加通風(fēng)量、改善通風(fēng)條件作為降低工作面溫度的輔助手段。

3.2 冷風(fēng)、冷水機(jī)降溫

通過分析六礦的深采工作面的基本特征以及引起工作面溫度較高的熱源因素，我們可以采取冷風(fēng)機(jī)組降溫的方法。冷風(fēng)機(jī)組降溫是采用空冷器將進(jìn)風(fēng)巷中的空氣降溫，再通過增加通風(fēng)量、改善通風(fēng)條件來使工作環(huán)境中熱空氣不斷排除，涼空氣不斷輸入來降低礦井中的溫度。由于礦井通風(fēng)常采用上行通風(fēng)，從而經(jīng)常產(chǎn)生工作面上方溫度高、下方溫度低的現(xiàn)象，進(jìn)行降溫時(shí)采用10℃的冷水直接向煤壁噴灑，即采面下半部采用空冷器進(jìn)行降溫，上半部以冷水噴淋為主，空冷器為輔的綜合降溫措施。

3.3 冰冷輻射綜合降溫

冰冷輻射降溫是通過在礦井外進(jìn)行機(jī)械制冰，然后把礦井中保溫管中的水輸送到融冰池中，通過冰的溶解使保溫管中的水溫度降低，最后再利用吸水泵將經(jīng)過降溫的水通過保溫管將水送到礦井中，可以通過空冷器的作用冷卻進(jìn)風(fēng)巷的空氣，使礦井中溫度降低，也可以在保溫管的適當(dāng)位置安裝噴灑裝置，利用低溫水噴灑來來降低采煤大型設(shè)備的溫度以及圍巖的溫度。

4 降溫系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)及流程

4.1 降溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

有數(shù)據(jù)顯示，圍巖和地表傳熱占全部熱源的57%，大功率設(shè)備應(yīng)用產(chǎn)生的熱量占全部熱源20%左右，而煤炭放熱以及氧化生熱占12%。針對(duì)六礦圍巖和地表傳熱所占比重較大的情況，我們可以依據(jù)五礦丁-22260采取冰冷輻射綜合降溫獲得的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行相應(yīng)的降溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為了節(jié)約資源，減小工作量，可以充分利用兩個(gè)工作面地理位置，在原來保溫管鋪設(shè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)改動(dòng)鋪設(shè)，使兩個(gè)工作面共同利用一個(gè)地面制冰池。具體設(shè)計(jì)是地面制冰站廠房、地面輸冰管、輸冷保溫管道、融冰池都應(yīng)依據(jù)兩個(gè)工作面的實(shí)際情況進(jìn)行綜合考量，在保障能夠有效降低溫度的同時(shí)節(jié)約資金。

4.2 降溫系統(tǒng)的流程

首先，在距離礦井較近的地面筑建制冰廠房以及安裝完善相應(yīng)的制冰設(shè)備。然后通過地面輸冰管將制冰廠房制造的冰片輸送到礦井中融冰池中，通過井筒輸水管將水輸送到融冰池中，待冰片融化，再將經(jīng)過低溫處理的水通過保溫輸水管道輸送到礦井工作環(huán)境中，通過安裝噴頭將冷凝水噴灑在施工環(huán)境中，降低工作面圍巖的溫度以及空氣中的溫度。還可以通過空冷器的作用將進(jìn)風(fēng)巷中的空氣降溫，然后通過低溫流動(dòng)的空氣將礦井中的溫度降低。最后將輸送到深采工作面的剩余的低溫水在經(jīng)過保溫管輸送到礦井中融冰池中，重復(fù)融冰、輸送工作，防止水資源浪費(fèi)。另外，在利用冰冷輻射綜合降溫的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)采取一些其他措施來輔助降溫，例如及時(shí)檢修設(shè)備減少摩擦生熱、煤壁注水等。

5 效果分析

通過上述降溫方法以及一些輔助方法的應(yīng)用，深采工作面溫度在降溫方案實(shí)施前后通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)工作面平均下降5.1攝氏度，有效的降低了深采工作環(huán)境的溫度，達(dá)到預(yù)期降溫目的。溫度的降低不僅改善了深采工作面的工作環(huán)境，還在很大程度上降低了礦井中灰塵含量，改善了工人的施工環(huán)境，為更加高效的完成采煤任務(wù)做好鋪墊。

6 結(jié)語

對(duì)于深采工作面的降溫工作要根據(jù)深采工作面的基本特征以及引起深采工作面溫度高的主要熱源因素，采取科學(xué)合理、行之有效的降溫方案。針對(duì)平煤集團(tuán)礦井多是大采深、長(zhǎng)走向的情況，其更應(yīng)當(dāng)時(shí)刻重視礦井降溫工作，保障深采工作面的施工質(zhì)量和安全。另外，還要加大礦井降溫的投入，認(rèn)真分析其他礦井降溫方案，探討其合理性、有效性，借鑒好的降溫方案，不斷提高自身降溫舉措。

參考文獻(xiàn)：

[1]張海生， 李強(qiáng)， 劉地生.大采深、長(zhǎng)走向綜采工作面綜合降溫技術(shù)研究與實(shí)施[J]. 中國(guó)西部科技， 2009， 8（8）：1-2.

[2]袁世倫.深井開采工作面通風(fēng)與降溫技術(shù)研究[J]. 中國(guó)礦山工程， 2007， 36（2）：1-3.

[3]郭建偉. 深熱綜采工作面制冷降溫技術(shù)的研究與實(shí)施[J]. 礦業(yè)安全與環(huán)保， 2006， 33（1）：37-39.