某煤礦井下熱害檢測分析與對策

張福新　寧夏煤礦安全監(jiān)察局安全技術(shù)中心

某煤礦井下熱害檢測分析與對策

張福新寧夏煤礦安全監(jiān)察局安全技術(shù)中心

隨著礦井開采深度的增加，井下煤礦熱害正逐步成為影響礦井高產(chǎn)、高效開采，危及作業(yè)人員安全健康和企業(yè)安全發(fā)展的主要危害因素之一。積極開展井下作業(yè)場所高溫檢測分析與評價，提前制定針對性的解決方案和措施，對于礦井持續(xù)、高效、安全生產(chǎn)與建設(shè)意義重大。

井工煤礦；熱害防治；對策措施

0 引言

高溫?zé)岷Σ坏珪＜懊旱V安全高效開采，同時也是礦井生產(chǎn)環(huán)境中存在的主要職業(yè)性有害因素之一。按照國內(nèi)外高溫?zé)岷ΦV井生產(chǎn)情況統(tǒng)計，在高溫環(huán)境中作業(yè)，工作效率將下降30%以上，對礦井安全生產(chǎn)極為不利，同時對作業(yè)人員身心健康造成很大影響。如在河南平頂山某煤礦，曾出現(xiàn)在采掘工作面高溫作業(yè)時，先后有35人暈倒在作業(yè)地點的熱害事故。

1 基本情況

根據(jù)《某井田勘探地質(zhì)報告》，全井田49個測溫孔，孔底溫度達31℃以上的鉆孔44個，占總測溫孔的89%。地勘結(jié)果：本井田有一、二級熱害區(qū)存在，屬地溫異常區(qū)。同時，根據(jù)礦井開拓情況，首采工作面上、下順槽掘進過程中，風(fēng)、機兩巷均不同程度的出現(xiàn)了高溫顯現(xiàn)，實際揭露煤層后的地溫情況與地質(zhì)報告基本相符。結(jié)合某煤礦建設(shè)期間的實際情況，在熱害防治方面存在如下問題。

一是雖然地勘期間對各煤層地溫參數(shù)進行了測定，但煤層揭露后對礦井熱害規(guī)律的認識，尤其是影響煤層掘進開采的主要地質(zhì)因素未查明；二是依據(jù)原有的勘探階段地質(zhì)信息，對煤礦開采中的熱害問題估計不足，建設(shè)施工過程中熱害防治工作缺乏有效的針對性措施，對煤礦建設(shè)施工接續(xù)會造成較大影響。

為進一步摸清井下高溫區(qū)作業(yè)環(huán)境溫度及對作業(yè)人員健康影響程度，為下一步采取降溫措施提供科學(xué)依據(jù)，某煤礦對井下工作面環(huán)境溫度進行了全面檢測與分析。

2 檢測評估體系的確定

針對煤礦井下高溫作業(yè)區(qū)域，采用以下指標體系綜合評價井下高溫作業(yè)環(huán)境熱害危害程度（見圖1）。

3 檢測結(jié)果

3.1日常監(jiān)測

根據(jù)井田開拓布置及采區(qū)劃分，工作面設(shè)計最大走向長度為5000m，采用雙順槽布置方式。兩條順槽中一條與主要進風(fēng)巷道相連，一條與主要回風(fēng)巷道相連，不滿足條件的通過施工聯(lián)絡(luò)巷道實現(xiàn)。掘進到一定距離后，兩條順槽通過聯(lián)絡(luò)巷相通，實現(xiàn)全負壓通風(fēng)。各掘進工作面均采用壓入式局部通風(fēng)，配備雙風(fēng)機、雙電源并能實現(xiàn)自動切換，局部通風(fēng)機均設(shè)置于進風(fēng)巷道的新鮮風(fēng)流中，通過Ф800mm風(fēng)筒將新鮮風(fēng)流送入工作面，風(fēng)筒口距離工作面最大距離為10m，風(fēng)機配風(fēng)量450m3/min，通風(fēng)方式合理。

圖1　 井下高溫作業(yè)場所熱害評價指標體系

在各掘進工作面掘至800m左右時，通過正常生產(chǎn)條件下環(huán)境溫度監(jiān)測，干球溫度在28.1℃～29.5℃之間，均超過了《煤礦安全規(guī)程》及國家或行業(yè)相關(guān)標準要求的規(guī)定，屬高溫作業(yè)區(qū)。

3.2 不良作業(yè)條件

對某煤礦井下四個高溫作業(yè)區(qū)域的環(huán)境氣象條件在正常施工作業(yè)條件下，按照檢測方案的布點原則，分別進行了全面的檢測?，F(xiàn)場檢測結(jié)果見表1。

3.3 職業(yè)危害程度調(diào)查與檢測

對某煤礦井下四個高溫作業(yè)區(qū)域的環(huán)境氣象條件及WBGT綜合指數(shù)分別在停產(chǎn)檢修期間和正常生產(chǎn)條件下，按照檢測方案的布點原則，分別進行了全面的檢測。

4　原因分析

4.1地溫背景

某井田煤系地層可采煤層較多，總厚度較大，而上覆巖層多為熱導(dǎo)率較小、熱阻大的粉砂巖和泥巖類，不能為區(qū)內(nèi)地?zé)岬倪\移和散失提供良好的條件；同時，該區(qū)地下水逕流較弱，循環(huán)交替較弱，地下水與圍巖熱交換已達平衡。

4.2煤層氧化產(chǎn)熱因素

根據(jù)已有的經(jīng)驗，在實際現(xiàn)場條件下的煤層巷道掘進過程中，當巷道的頂煤或側(cè)壁破碎后，存在煤巖破裂過程中的熱效應(yīng)，在掘后短期內(nèi)會出現(xiàn)CO氣體和煤溫升高現(xiàn)象，是煤層氧化自燃的初期信號。根據(jù)對該礦井下首采工作面上、下順槽四個煤巷掘進工作面空氣采樣分析，各工作面空氣中都不同程度的存在CO，說明煤層揭露后已發(fā)生不同程度的氧化。由此可見，煤層氧化散熱也是掘進工作面環(huán)境溫度升高的原因之一。

4.3設(shè)備布局及散熱情況

機電設(shè)備運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的輻射熱是高溫作業(yè)環(huán)境熱源之一。由于井下作業(yè)空間相對封閉，高溫作業(yè)環(huán)境熱量散失主要是通過加強通風(fēng)等降溫途徑來實現(xiàn)。

4.4通風(fēng)技術(shù)條件

某煤礦井下掘進工作面均采用壓入式局部通風(fēng)機通風(fēng)。根據(jù)實測，各掘進工作面通風(fēng)距離最短831m，最長2366m，隨著掘進巷道延伸，局部通風(fēng)距離將越來越大，根據(jù)各掘進工作面迎頭風(fēng)速測定，風(fēng)速均在0.3m/s左右，接近《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的最低風(fēng)速限值（0.25m/s），就解決工作面高溫問題的角度考慮，風(fēng)速普遍偏低。在未采取其它降溫措施之前，加強通風(fēng)管理作為解決工作面高溫的主要技術(shù)手段，對工作面散熱降溫至關(guān)重要。

4.5其它因素

此外，影響井下作業(yè)空間氣溫升高的其它因素還有：地表入風(fēng)狀態(tài)參數(shù)；井下風(fēng)流位能變化引起壓縮或膨脹；其他熱源，如人體散熱、散濕、地下水散熱等。

5　結(jié)論

綜合以上檢測結(jié)果及原因分析，某煤礦井下開拓過程中環(huán)境溫度升高的主要原因是地?zé)嵋蛩?，根?jù)《地質(zhì)報告》勘查結(jié)果及地溫梯度預(yù)測，隨著礦井開采的深入，地溫將有升高的趨勢，其次在礦井建設(shè)施工、正常生產(chǎn)期間井下作業(yè)空間熱源補充為煤層氧化放熱、機電設(shè)備散熱及其他因素。根據(jù)建立的評價指標體系結(jié)合國家及行業(yè)限值標準進行分析評估，作業(yè)環(huán)境溫度均超過了規(guī)定限值，存在較大職業(yè)危害性。

6　對策措施

6.1 一般性降溫措施

（1）通風(fēng)降溫：選擇合理的通風(fēng)系統(tǒng)，縮短工作面的入風(fēng)流程，加大風(fēng)速和風(fēng)量，在條件適宜情況下，工作面采用下行通風(fēng)或改U型通風(fēng)為Y型通風(fēng)等。

（2）減小井下熱源：入風(fēng)巷道盡可能布置在溫度較低，無氧化發(fā)熱的圍巖內(nèi)；在地溫較高巷道掘進，圍巖放熱量大，可用隔熱材料或及時噴漿成巷，減少煤層暴露時間，降低氧化放熱程度；溫度高的壓氣管或排水管應(yīng)盡量設(shè)在回風(fēng)流中；盡量利用壓風(fēng)動力設(shè)備替代機電動力設(shè)備，可適當減少機電設(shè)備散熱率；

（3）選擇適宜的開采順序：綜采工作面提高循環(huán)次數(shù)，增加產(chǎn)量，比提高工作面長度要好；采用雙巷布置掘進有利于降低井下氣溫。

6.2 特殊降溫措施

本礦井開采強度較大，井下采、掘、運線路較長、機械化程度較高，機電設(shè)備的裝機容量較大，且首采工作面準備時即以進入高溫區(qū)，根據(jù)本井田的熱害特點，隨著礦井的深入開采，僅僅從加強通風(fēng)等方面采取熱害防治措施，還難以從根本上解決本礦熱害問題。建議開展降溫方案論證，嘗試采用井下集中制冷降溫、地面集中制冷降溫、局部降溫、井下水源熱泵降溫以及制冰降溫等多種機械降溫措施。

[1] 中華人民共和國職業(yè)病防治法,中華人民共和國主席令〔2001〕第60號發(fā)布,中華人民共和國主席令〔2011〕第52號修正.

[2] 中華人民共和國衛(wèi)生部. GBZ1-2010 工業(yè)企業(yè)衛(wèi)生標準.北京：人民衛(wèi)生出版社，2010.

張福新，男，?？茖W(xué)歷，采礦工程師，主要從事煤礦安全評價、礦用儀器儀表檢驗檢測、煤礦安全培訓(xùn)、職業(yè)衛(wèi)生技術(shù)服務(wù)等管理工作。