煤礦地溫治理技術(shù)分析與應用

黃鳳河

摘要：煤礦地溫是礦井內(nèi)圍巖散發(fā)出來的地球內(nèi)部熱量，它是礦井內(nèi)空氣增溫的主要熱源，既是礦井熱害的根源，又是一種寶貴的地下熱源。當?shù)V井內(nèi)環(huán)境氣溫超過人體正常熱平衡所能忍受的溫度時，將出現(xiàn)井下工人勞動效率降低，事故頻率增加，工人健康受損，甚至中暑休克的現(xiàn)象。因此，對煤礦地溫研究意義重大。文中通過對某井概況進行介紹，闡述了影響地溫的因素以及應對措施，針對本井況的環(huán)境現(xiàn)狀，制定出了降溫實施方案，通過現(xiàn)場測試知，降溫系統(tǒng)降溫效果良好。

關(guān)鍵詞：地溫;危害;措施;降溫系統(tǒng)

中圖分類號：TD727

文獻標識碼：A

文章編號：2095-6487（2019）03-0140-02

0引言

隨著我國工業(yè)的飛速發(fā)展，我國對煤炭的需求量在不斷的增加，據(jù)不完全統(tǒng)計，煤炭資源約占我國能源總量的70%。因此，近年來，我國工業(yè)對煤炭的依賴性仍不減當前。隨著我國煤炭工業(yè)的蓬勃發(fā)展，礦井深度在不斷的加深，由此因礦井深度產(chǎn)生的地熱問題不容忽視。煤礦地溫既是一種清潔能源，可以進行開發(fā)和利用，又是一種地質(zhì)災害需要進行防治措施。因此，對煤礦地溫研究很有必要。

1井況概況

某煤礦處在潘集背斜和陳橋背斜的結(jié)合帶，地質(zhì)構(gòu)造復雜，斷層多，開采條件惡劣，是高瓦斯、高地壓、高地溫的突出礦井。礦井第一水平標高-826m，西部輔助水平標高-910m。地勘鉆井時，顯示全井田地溫梯度2.3～4.0C/hm，煤系地層地溫梯度高達4.0"C/hm，平均地溫梯度3.21°C/100m，屬于高溫類地溫異常區(qū);-826m水平原始巖溫為42.5°C，井田熱害區(qū)等級劃分為二級熱害區(qū);采掘工作面的風流溫度大于32°C，劃分為三級熱害礦井。每年的7、8、9三個月，受地面高溫影響，井下溫度隨地面大氣參數(shù)晝夜作周期性變化，更加劇了井下熱害程度，采掘工作面進風溫度達30～34"C，回風溫度達36～40C，采煤工作面上隅角高達45C，濕度也始終在95%以上。據(jù)不完全統(tǒng)計，每年因井下高溫中暑的工人都多達數(shù)百人。因此，對煤礦地溫研究意義重大。

2地溫的危害

（1）出現(xiàn)熱風壓，擾亂礦井正常的通風系統(tǒng)，局部出

現(xiàn)循環(huán)風”2。根據(jù)礦井在1～3月份的記錄，在某副井尚未貫通的情況下，位置在-800m處，由于地溫作用，礦井中出現(xiàn)了熱風壓現(xiàn)象，從而導致在-500m處出現(xiàn)了系統(tǒng)循環(huán)通風。此過程可描述為：風流從工作面蔓延至副井產(chǎn)生回風現(xiàn)象，而部分風流進入了-500m處副絞房，最后回到掘進工作面。

（2）井下職工工作效率降低，井況事故率攀升。由于礦井內(nèi)的溫度升高，井下工作人員出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象，體能消耗大，中樞神經(jīng)興奮區(qū)得到了抑制，注意力分散，從而容易引發(fā)人身事故。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在高溫情況下掘進隊在-770m處施工，每掘進155m，較在同等水平低溫環(huán)境下工作效率下降近50%。

（3）技術(shù)人員出現(xiàn)身體不適反應。在井下高溫環(huán)境中工作，工作人員體內(nèi)水分大量流失，可能導致員工出現(xiàn)體溫升高，心率加快，心肌無力，頭昏目眩等現(xiàn)象，輕則引起中暑，重則引發(fā)休克，因此地溫現(xiàn)象不容忽略。

3井下氣溫影響因素

（1）受地溫影響。礦井內(nèi)圍巖散發(fā)出來的地球內(nèi)部熱量，它是礦井內(nèi)空氣增溫的主要熱源。

（2）受地面溫度的影響。由于夏季地面長時間受到太陽輻射從而導致地面溫度升高，從而將地面溫度傳至井下。

（3）空氣壓縮產(chǎn)熱。由于空氣存在重力，在井下受重力影響，空氣被壓縮在井筒中，由于空氣壓縮產(chǎn)生熱量，并且隨著井的深度增加，熱量在不斷增加。

（4）電熱設備散熱。井下的大型設備機械，由于長時間工作，內(nèi)部熱量散發(fā)到空氣中引起了氣溫的變化。

4熱害的防治措施

（1）對巷道布置形式和設計方案進行選擇，盡量選擇延伸通風系統(tǒng)，對于區(qū)段平巷可以選擇聯(lián)合布置形式，減小服務時間，保持通風順暢。

（2）大力推廣先進支護技術(shù)，使巷道斷面進一步的擴大，同時還要減小巷道變形，為了加大供風量，可采用大風機和大風筒。

（3）將下行通風方式用在回采工作面中，這樣做有三個優(yōu)點：一，由于工作面落下的煤炭預熱可以在運輸過程中散去;二、回風巷設備散出的熱量不再進入工作面;三、由于裝載點出現(xiàn)的降塵水霧被回風吸走，可降低工作面的濕度。

（4）合理進行通風，避免連鎖通風?？梢詫θ松俸蛙嚿俚牡胤竭M行噴水降溫，從而帶走空氣中的熱量。起到凈化回流現(xiàn)象。

（5）對地溫溫度進行實施測量，采用高端技術(shù)對局部高溫區(qū)域進行直接降溫。

5降溫方案實施

某礦熱害問題嚴峻，地質(zhì)勘探鉆井測溫結(jié)果表明，該礦井為二級熱害區(qū)4。通過對目前熱害防止措施和原理進行研究，制定了相關(guān)的降溫方案，并對方案進行了實施。針對降溫方案，我們制定了降溫系統(tǒng)，降溫系統(tǒng)分為地面集中制冷系統(tǒng)、井下供冷系統(tǒng)以及輸冷管路系統(tǒng)。下面對該系統(tǒng)進行簡要介紹。

（1）地面集中制冷系統(tǒng)。主要流程為：冷煤回水→蒸汽型溴化鋰制冷機→離心式電制冷機→冷煤水循環(huán)泵→冷煤供水。

地面系統(tǒng)設計供回水溫度為2.5°C/18"C，由蒸汽型雙效溴化鋰冷水機組加離心式冷水機組串聯(lián)的兩級制冷裝置實現(xiàn)。第一級為蒸汽型雙效溴化鋰機組，將冷煤回水由18C降至5～7C;第二級為離心式冷水機組，將5～7C冷煤水降至2.5°C。每臺蒸汽型雙效溴化鋰機組與一臺離心式冷水機組組成一個制冷單元，共計三個單元，三個制冷單元互為備用。

制冷系統(tǒng)配套有水處理系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)。水處理系統(tǒng)將硬度較高的原水軟化，為降溫系統(tǒng)提供軟化水。冷卻水系統(tǒng)通過循環(huán)水泵將降溫系統(tǒng)熱量經(jīng)過冷卻塔冷卻供整個系統(tǒng)循環(huán)使用。

（2）井下供冷系統(tǒng)。主要流程為：地面冷煤水供水→

三腔冷煤分配器一輸冷供水管→東西部采區(qū)分配站→降溫末端設備→輸冷回水管→二次循環(huán)水泵→三腔冷煤分配器→地面冷煤水回水。

三腔冷煤分配器（PES）采用德國西瑪格公司的專利產(chǎn)品，設計最大流量960m2/h，它是通過單向閥門組的開或關(guān)，將供冷系統(tǒng)冷煤高壓供水轉(zhuǎn)換為低壓冷煤水，直接送入井下二次供冷系統(tǒng)中，又將井下二次供冷系統(tǒng)的低壓冷煤熱水，送回地面一次供冷系統(tǒng)，實現(xiàn)閉式循環(huán)。二次循環(huán)水泵通過與PES配合，為井下二次循環(huán)提供動力。井下降溫末端設備主要由局部扇風機、空冷器、過濾器、儀表、閥門、配電及控制設備等組成。

（3）輸冷管路。井下輸冷管路的主干管經(jīng)主井井筒進

入-826m水平熱交換硐室后分東西兩翼進入東、西流量分配站，之后分為四路分別進入東11-2、東13-1、西11-2、西13-1采區(qū)，最后到達各末端設備。輸冷管網(wǎng)初設總長度達40000m，在東、西流量分配站、各采區(qū)干管以及各末端設備均設有流量調(diào)節(jié)閥，以便于較精準的調(diào)控流量。系統(tǒng)管路采用塑套聚氨酯夾心鋼預制保溫管，主干管直徑有DN300、DN400兩種規(guī)格，干管及支管直徑有DN200、DN125、DN80、DN65、DN50等規(guī)格。

降溫系統(tǒng)建成后，經(jīng)過現(xiàn)場實測，主要采掘面迎頭的溫度降低3°C～5C，濕度由95%～100%降至70%～-90%，降溫效果顯著。

6結(jié)束語

文中以某礦井為例介紹了礦井的組成概況，闡述了礦井的危害和井下氣溫影響因素，根據(jù)該礦井的具體結(jié)構(gòu)制定了相應的降溫方案，通過對現(xiàn)場設備進行調(diào)試知，主要采掘面迎頭的溫度降低3-5°C，濕度由95%～100%降至70%～90%，降溫效果顯著。

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