煤礦深部開采熱害防治技術(shù)的應(yīng)用與研究

馬坡

摘要： 煤炭資源屬于不可再生資源。煤礦井下的工作環(huán)境惡劣，礦內(nèi)高溫、高濕的環(huán)境嚴(yán)重地影響著井下作業(yè)人員的身體健康和勞動(dòng)生產(chǎn)效率的提高，造成了熱害這一新的自然災(zāi)害。本文淺析熱害的起因、影響，并為礦工創(chuàng)造一個(gè)可承受的工作氣候環(huán)境。

Abstract： Coal resources are non-renewable resources. The working conditions in coal mines are harsh. The high temperature and high humidity environment in the mines seriously affect the health of underground workers and the improvement of labor productivity， resulting in a new natural disaster of thermal damage. This article analyzes the causes and impact of thermal damage， to create a sustainable working climate environment for miners.

關(guān)鍵詞： 礦井熱源；高溫；熱害

Key words： mine heat source；high temperature；thermal damage

中圖分類號(hào)：TD727 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）03-0125-02

0 引言

隨著采礦機(jī)械自動(dòng)化，生產(chǎn)集中化，開采強(qiáng)度和開采深度也不斷增加。隨之帶來(lái)的礦井熱害問(wèn)題也日益突出，成為制約我國(guó)礦業(yè)發(fā)展的新難題。田陳煤礦于1989年建井已經(jīng)開采28年，礦井已經(jīng)延伸至-1050水平，熱害已經(jīng)直接影響了礦井的可持續(xù)發(fā)展。

1 研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線

通過(guò)對(duì)相關(guān)材料的大量收集及總結(jié)，本論文旨在分析研究造成北七采區(qū)的環(huán)境因素以及熱害的影響，并提出改善熱害的措施方法，從而解決以下幾個(gè)問(wèn)題：①研究田陳北風(fēng)井熱害是由哪些地質(zhì)因素、環(huán)境因素、人的因素等原因造成的；②研究田陳北風(fēng)井熱害對(duì)于工人及生產(chǎn)造成的影響；③分析田陳北風(fēng)井的地理位置、環(huán)境因素以及經(jīng)濟(jì)條件等特點(diǎn)；研究解決熱害的幾項(xiàng)措施。

2 礦井高溫

能引起礦井氣溫值升高的環(huán)境因素統(tǒng)稱為礦井熱源。礦井熱源主要分為以下幾類：

2.1 地?zé)?/p>

該礦所在地區(qū)地溫梯度為1～3℃，隨著開采深度的增加，當(dāng)流經(jīng)井巷風(fēng)流的溫度不同于初始巖溫時(shí)，就要產(chǎn)生換熱，因而熱流往往是從圍巖傳給風(fēng)流，溫度升高；通風(fēng)距離遠(yuǎn)，氣體滯留時(shí)間長(zhǎng)，溫度也隨之升高。

圍巖向井巷傳熱主要通過(guò)兩種方式，其一是熱傳導(dǎo)原理，由巖體深處開始向井巷進(jìn)行傳遞；其二為通過(guò)裂隙水，再利用對(duì)流來(lái)進(jìn)行熱傳遞，使得未被擾動(dòng)巖石的溫度伴隨地表溫度發(fā)生變化，而這種變化產(chǎn)生的原因主要是由圍巖徑向而向外進(jìn)行熱流動(dòng)所造成的。在很多情況下，熱流傳給巷壁主要是利用傳到方式進(jìn)行，在巖體裂隙水開始向外進(jìn)行流動(dòng)時(shí)，也就產(chǎn)生了對(duì)流傳熱。

當(dāng)暴露時(shí)間不同時(shí)，從一個(gè)采場(chǎng)的砂巖頂板傳遞出來(lái)的熱量值如表1。

通過(guò)表1可得，巖石裸露的時(shí)間越長(zhǎng)，由其單位面積所傳遞出來(lái)的熱流就會(huì)迅速的衰減。而這些重新裸露的巖石，其溫度變化非常小，與原始巖溫非常接近，因此該種勞動(dòng)環(huán)境，溫度相對(duì)較高。

2.2 機(jī)電設(shè)備的散熱

伴隨機(jī)械化水平的提升，在采掘工作面開展工作的機(jī)械，其裝機(jī)容量迅速增加，在工作過(guò)程中消耗非常多的熱量，這些熱量一部分做了有用功，而其他則轉(zhuǎn)化為熱能通過(guò)介質(zhì)散發(fā)出去。鑒于煤礦工作的特殊環(huán)境，幾乎不會(huì)產(chǎn)生動(dòng)能的變化，因此可以認(rèn)為機(jī)電設(shè)備的有用功主要是轉(zhuǎn)化成了液體或者物料的重力勢(shì)能，其位置得以提升。與此同時(shí)，轉(zhuǎn)化為人呢過(guò)的電能，大部分流入到設(shè)備的風(fēng)流里。因此，采掘工作面氣候條件開始惡化的主要原因之一就是回采機(jī)械的放熱，這會(huì)導(dǎo)致風(fēng)流的溫度急劇上升。

2.3 空氣自壓縮升溫

雖然空氣自壓縮并不是一個(gè)熱源，但是這種方式對(duì)井下風(fēng)流的參量有重大的影響，所以，本文將其作為熱源進(jìn)行分析。

由于礦井深度會(huì)發(fā)生改變，空氣受到的壓力也會(huì)發(fā)生與之對(duì)應(yīng)的改變。如果風(fēng)流在井巷中向下進(jìn)行流動(dòng)，會(huì)增大空氣壓力。這會(huì)導(dǎo)致放熱現(xiàn)象出現(xiàn)，進(jìn)而提升了井下溫度。如果沒(méi)有和周圍的介質(zhì)進(jìn)行濕和熱的交換，每單位空氣在產(chǎn)生1000米的流動(dòng)高差時(shí)，會(huì)增加9.18kJ的焓。

對(duì)于干空氣來(lái)說(shuō)，比熱c=1.005Kj/kg·℃，則風(fēng)流的干球溫升：Δt=Δi÷c=9.76℃/1000m。

對(duì)于濕空氣來(lái)說(shuō)，比熱c=1.032kJ/kg·℃，則風(fēng)流的干球溫升：Δt=Δi÷c=9.51℃/1000m。

可見，風(fēng)流如果沒(méi)有和周圍介質(zhì)進(jìn)行熱、濕交換時(shí)，每垂直向下流動(dòng)100m，其溫升約為2℃。

3 礦井熱害的影響

井下作業(yè)一方面需要消耗非常高的能量，另一方面也具有很高的危險(xiǎn)性。如果井下的溫度比較高，不僅會(huì)對(duì)作業(yè)工人的身體健康產(chǎn)生威脅，造成勞動(dòng)效率低下，也會(huì)給安全生產(chǎn)帶來(lái)許多負(fù)面影響。

3.1 礦井熱害對(duì)工人身體健康的影響

高濕是指礦井下的相對(duì)濕度超過(guò)80%。礦工長(zhǎng)期在高濕的礦井下作業(yè)，患風(fēng)濕病、皮膚病、皮膚癌，心血管系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)和消化系統(tǒng)等疾病的比例增高。

長(zhǎng)期在礦井高溫環(huán)境中作業(yè)，工作人員機(jī)體會(huì)出現(xiàn)一系列生理功能的改變，這些變化在一定程度內(nèi)是屬于適應(yīng)性反應(yīng)，但如果超過(guò)限度，則產(chǎn)生一系列生理功能的不良影響，成為井下工傷事故發(fā)生的誘因之一。endprint

3.2 礦井熱害對(duì)勞動(dòng)效率的影響

通常來(lái)說(shuō)，在熱環(huán)境中開展工作，人的可耐限度是有極限的，可耐限度包含可以忍受的溫度與時(shí)間兩方面內(nèi)容。溫度主要是人體所能承受的溫度極限，時(shí)間主要是能夠在高溫環(huán)境中所能忍受的時(shí)間。而這兩者的極限可以認(rèn)為是在這種環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)時(shí)，沒(méi)有給生理帶來(lái)危害作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，也是一個(gè)臨界條件。圖1可以看出一般人對(duì)于溫度大小可耐時(shí)間的變化。

由圖2可以看出人在熱環(huán)境中作業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率將顯著降低，這是由于人體的中樞神經(jīng)系統(tǒng)在熱環(huán)境中會(huì)出現(xiàn)紊亂的現(xiàn)象，并且熱環(huán)境會(huì)使肌肉活動(dòng)能力下降。我們可以分階段來(lái)分析高溫環(huán)境對(duì)工作效率的影響程度。當(dāng)熱環(huán)境溫度在27～32℃時(shí)，會(huì)降低局部用力工作效率，同時(shí)加重用力工作的疲勞程度。如果熱環(huán)境溫度超過(guò)32℃，就會(huì)影響工作的精密性，并對(duì)需較大注意的工作產(chǎn)生干擾作用。井下工作無(wú)疑就是需較大注意的工作，所以勞動(dòng)效率對(duì)于井下受高溫高濕影響來(lái)說(shuō)很嚴(yán)重。

3.3 礦井熱害對(duì)安全生產(chǎn)的影響

據(jù)統(tǒng)計(jì)資料介紹，在井下作業(yè)地點(diǎn)氣溫超過(guò)30℃時(shí)，事故發(fā)生率比低于30℃時(shí)高1～1.5倍。在田陳煤礦北風(fēng)井發(fā)生過(guò)數(shù)次因中暑休克的事故，因高溫高濕出現(xiàn)了影響安全生產(chǎn)隱患。如果工人的休息質(zhì)量得不到保證，在工作時(shí)很容易造成注意力不集中以及帶病工作情況的出現(xiàn)，在高溫下顯然更難適應(yīng)，會(huì)增加工作失誤的概率，不利于安全生產(chǎn)，也埋下了很多安全隱患。

4 熱害改善技術(shù)

目前，改善熱害最常用的是通風(fēng)降溫技術(shù)和機(jī)械制冷水降溫。這兩項(xiàng)技術(shù)在田陳煤礦正在使用。田陳北風(fēng)井現(xiàn)在正在施工的是新風(fēng)井，新風(fēng)井建成以后，田陳北七形成獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)，風(fēng)量、風(fēng)速以及空氣溫度都會(huì)有所改善。降溫空調(diào)系統(tǒng)在北七采區(qū)也正在使用中，本文重點(diǎn)介紹這兩種改善熱害的措施技術(shù)。

4.1 通風(fēng)降溫技術(shù)

已有的實(shí)踐證明，改變通風(fēng)方式也能實(shí)現(xiàn)溫度的降低，比如與U型通風(fēng)方式相比，采用W型通風(fēng)方式也能取得降溫1-2℃的效果；下行通風(fēng)可以將工作面的溫度下降1-4℃等。然而只通過(guò)對(duì)通風(fēng)方式進(jìn)行改變，或者增加風(fēng)量等，所能夠取得的降溫效果非常有限，尤其是伴隨開采深度的不斷加大，熱害問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重，這種通風(fēng)降溫技術(shù)并不能滿足降溫要求。

4.2 噴漿封閉圍巖降溫技術(shù)

使用鍋爐渣、硬質(zhì)氨基甲酸泡沫或其他防水性能較好的隔熱材料對(duì)巖壁進(jìn)行噴涂，能夠產(chǎn)生非常好的隔熱效果。在熱害問(wèn)題非常突出的低端可以使用該種降溫技術(shù)，同時(shí)還要配合其他方法共同使用，取得效果更好。

通過(guò)實(shí)際測(cè)量可得，如果井下溫度在35℃以上，利用該種方法能夠促使巷內(nèi)溫度下降3到5℃左右，對(duì)于工作面來(lái)說(shuō)也能使其溫度下降2～3℃。但是根據(jù)專家的研究成果，這些絕熱材料在一定的時(shí)間段后悔出現(xiàn)失效的情況。因此，現(xiàn)階段需要開發(fā)新材料，創(chuàng)新來(lái)源途徑，才能在實(shí)際工作中應(yīng)用這種降溫技術(shù)。

4.3 煤體預(yù)注水降溫

在田陳煤礦七一采區(qū)，在工作面布置鉆孔，然后向其中注入冷凍水，利用水壓回采煤層，并進(jìn)行滲透與擴(kuò)散等，同時(shí)會(huì)使得水在煤中滲透并進(jìn)行儲(chǔ)存，煤的水分也會(huì)進(jìn)一步增加，工作面周圍的巖體也會(huì)進(jìn)一步冷卻，并且在一定情況下，這種方法所取得的效果比較好，并且非常經(jīng)濟(jì)。

5 結(jié)論

田陳煤礦北七采用改革通風(fēng)方式與冷水機(jī)組相結(jié)合的措施改善井下熱害的現(xiàn)狀，目前濕度有很大的改善，迎頭由于冷水機(jī)組的原因，溫度適宜，但是主回風(fēng)巷的溫度仍較高，還是需要增加新措施來(lái)改善井下工作環(huán)境。

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