《矿井热害防治综述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《矿井热害防治综述（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、矿井热害防治综述摘 要：随着煤炭开采强度的增加，浅部资源日益减少，开采深部资源已成为人类的必然选择。随着煤矿开采深度的增加,岩层温度将达到几十摄氏度，矿井热害已成为继顶板、瓦斯、火、粉尘、水五大灾害之后的又一灾害。为了解决矿井出现的高温高湿问题，本文分析了矿井热害的形成及热害对矿工身体的影响，并分析了煤矿井下的主要热源，进一步提出了治理措施。对我国矿井灾害防治、矿工职业健康保护工作有指导意义。关键词：矿井热害；高温；高湿；热害治理1 矿井热害产生的原因造成矿井气温升高的热源很多，主要有相对热源与绝对热源。相对热源的散热量与其周围气温的差值有关，如高温岩层和热水散热；绝对热源的散热量受气温影响较
2、小，如机电设备、化学反应和空气压缩等热源。矿井湿度采用相对湿度表示，矿井最适宜的相对湿度为50%60%。而井下空气的相对湿度大多为80%90%左右，总回风道和回风井内的相对湿度接近100%。造成矿井空气湿度大的原因主要是井巷壁面的散湿和矿井水（含生产用水）的蒸发。从总体来看，成为矿井高温热害的主要因素有地热、采掘机电设备运转时放热，运输中的矿物和矸石放热，以及风流向下流动时自重压缩放热等4大热源。就个别矿山而言，矿内高温水涌出、强烈氧化等也可能形成高温热害。造成矿井高温还有以下几个因素：开采深度大，岩石温度高。地下热水涌出。采掘工作面风量偏低。矿井热害产生的主要原因如图1所示2 矿井热害的主要
3、危害2.1 高温对人体的危害在高温作业环境中，能使人产生一系列生理功能的改变：体温调节发生障碍，主要表现为体温和皮温升高；水盐代谢出现紊乱，使机体的机能受到影响；循环系统、消化系统、泌尿系统、神经系统等均会因高温下的机体大量失水，改变正常的功能，甚至致病。2.2 高温环境对劳动效率及安全的影响在高温环境中，人的中枢神经系统容易失调，从而感到精神恍惚、疲劳、周身无力、昏昏沉沉，这种精神状态称为事故的原因。在高温矿井中，一般生产率均较低，有的矿山其相对劳动率仅为30%40%。日本1979年全国调查统计显示，30 40气温的工作面，比低于30时的事故率高3.6倍；南非多年的调查统计表明，当矿内作业地
4、点的空气湿球温度达28.9时（相当于干球温度30），开始出现中暑死亡事故。此外，矿井下高温也是造成我国矿井火灾事故频繁发生的一个不可忽视的因素。3 国内外矿井热害治理的发展现状3. 1 国外发展状况国外对矿井高温现象的描述,最早可追溯到16世纪。直到20世纪20年代,对于高温现象的研究都只是局限于矿井地温及巷道温度的观测,在理论上的研究很少。但是不可否认,这些研究积累了大量的技术数据和观测资料,取得了非常重要的技术成果。世界矿业发达国家如美国、德国、英国、前苏联、巴西、南非等,为了改善作业环境、提高劳动生产率，相继开展了矿井热害的预防和治理工作。这些国家的学者们在矿井风温预测、岩石热物性参数的
5、测定、地温的观测、系数的计算等方面做了大量的研究,为矿井热害的治理奠定了基础。另外,矿井热源散热量的计算以及需冷量的计算使得矿井空调得以应用到井下。英国是世界上最早在井下实施空调的国家,1923年彭德尔顿煤矿在采区安设制冷机,冷却采面风流;巴西的莫罗维罗矿及南非的鲁滨逊深井于20世纪30年代采用集中冷却井筒入风流的方法降温,南非60年代便开始了大型矿井集中式空调;德国的煤矿是世界上最深的,其80%以上的矿井都采用了矿井空调,且制冷能力每年都高速增长;前苏联和美国采深在700 m以上的矿井基本上都采用了空调系统。现在,国外矿井空调规模越来越大,发展迅猛。3. 2 国内发展状况我国矿井热害治理工作
6、始于20世纪50年代,直到80年代后期才取得实质性进展,相继有相关的论文和著作问世。近年来的统计资料表明,我国已有140余对矿井出现了不同程度的热害问题,其中采掘工作面风温超过30的矿井已达60余对。我国高温矿井越来越多,矿井热害问题越来越受到矿业界的关注。我国矿井空调始于20世纪70年代初,淮南九龙岗矿设计了我国第1个矿井局部制冷降温系统;80年代在新汶孙村矿设计了我国第1个井下集中制冷降温系统; 90年代又在新汶孙村矿设计了我国第1个地面集中制冷降温系统; 2002年又成功设计了冰冷低温辐射空调降温系统。与国外相比,这些系统规模不大,发展速度缓慢。但是进入21世纪以来,无论从技术上还是从规
7、模上,我国的矿井空调都在快速发展。2000年以来,各高校和科研院所相继在东滩矿、唐口矿、平煤集团四矿、五矿、六矿、刘庄矿等矿井展开了矿井热害治理的科研工作,其中平煤四矿和刘庄煤矿都设计了地面集中制冷降温系统,制冷能力分别达到了7 600 kW和5 500 kW。制冷能力和制冷设备比以往都有了很大的提高和改进,但是与国外还有一定的差距,大型矿井集中式空调系统中的许多问题仍待解决。4 矿井热害的防治措施通过对矿井热害进行调查，我们在对矿井热害等级划分后，根据热源分布状况的分析结果制定出合理的降温措施。4.1间接措施1） 加强安全教育，深刻认识热害的危害，提高自我保护能力。2） 借鉴国外先进经验，加
8、强对矿工的耐热检验。3） 提高劳动生产率，减少劳动时间，降低劳动强度。4） 建立通风安全信息系统。4.2直接措施4.2.1采用非制冷空调降温1）采用通风降温。采用通风降温的主要方法是增加风量法。增加风量可以大大降低空气的含热量，是一种有效的降温措施。但是风量的增加不是无限制的，它受到规定的风速和降温成本的制约。因此，为了改善通风系统，有效增加井下通风量可采取减少风阻、防止漏风、加大扇风机能力、采用合理分风与辅助风路通风法、利用地温预冷井下入风风流、采用多级机站通风系统、加强通风管理等措施。据现场增风降温的经验，高温工作面的风量最低限应为8001000。采场通风有多种形式，但以能抑制采空区热气串
9、入工作面和增加工作面有效风量的形式对降温最为有利。采用下行通风时，矿岩运输方向与风流相同，这样能使矿岩运输过程中放出的热量和水蒸汽以及运输设备的机电设备散热等不再返回工作面，从而大大改善工作面入风流的空气状态。此外，新鲜风流从岩温较低的上水平进入采区，从围岩获得的热量也相对较少。2）采用合理的开拓方式降温。开拓方式不同，入风线路长度不同，则风流到达工作面的风温也不同。一般情况下，采用分区式开拓方式可以大大缩短入风线路长度，从而降低入风流到达工作面前的温升。3）采用充填采矿法降温。采用充填采矿法有利于采场降温。这是因为减少了采空区岩石散热的影响，同时采空区漏风量也大大降低，另外充填物还可大量吸热
10、，可起到冷却井下空气的作用。4）减少热源法降温。为了有效地降低工作面的温度，可以采取减少热源的方法降温。主要包括：岩层热的控制。采用隔热物质喷涂岩层，防止围岩传热；使巷道保持适当的干湿，提高风速以提高空气冷却能力；预冷矿层等。机械热的控制。采取机电硐室独立通风；选择辅助风扇并选择合适的位置；避免使用低效率机械等。热水及管道热的控制。采取超前疏排热水，并用隔热管道排至地面，或经过有隔热盖板的水沟导入水仓。将高温排水管和热压风管敷设于回风道，或将压缩空气冷却后再送入井下。爆破热的控制。井下采掘爆破产生的热量，一般在爆破后不久即由回风道排到井外，为了免受其影响，通常采取将爆破时间与井下人员的工作时间
11、分开。5）采用个体防护措施。在矿工分散的井下高温作业点，不便采取集中降温措施时，可采用个体防护措施。澳大利亚布里斯班的昆士兰大学研制成功两种新型冷却工作服。其试验结果表明，当使用水冷却工作服时，人体出汗率可减少25%；当使用空气冷却服时，人体出汗率可减少35%。即使温度高达40，这种工作服仍可将温度调节到适合人体的温度。6）其他降温措施。矿井高温在采用非制冷空调降温方面还有其他一些措施。如全矿性的，可采用进风井口喷水；利用进风巷道岩层调热圈冷却风流；利用冻结井筒的冻结壁，自然解冻作空调冷源等。局部性的措施有喷雾，放置冰块，利用压风引射器通风，利用空气调节器降温等。4.2.2采用制冷空调降温矿井
12、空调降温是空调应用技术发展的一个新领域。当采用非空调降温措施仍无法达到所要求的作业环境标准或不经济时，应考虑使用空调降温技术。人工制冷降温是目前国内外普遍采用的降温措施。人工制冷降温技术关键是制冷、输冷、传冷与排热以及降温系统及其控制。1）制冷。制冷机按其结构特征分为离心式、螺杆式和活塞式，按对风流的冷却方式不同又分为冷风机组和冷水机组。所谓冷水机组，就是载冷剂或称冷水被制冷机的蒸发器冷却后，再输送到空气冷却器冷却风流，这样的制冷机组称为冷水机组。用蒸发器直接冷却风流的制冷机组称为冷风机组。由于煤矿井下空气中含有瓦斯、煤尘等可燃易爆气体，因此，要求制冷机所用的制冷剂必须符合无毒、不可燃和无爆炸
13、危 险 的 要 求 。 目 前 国 内 外 广 泛 采 用 的 制 冷 剂 为 氟 里 昂这种制冷剂虽然符合煤矿井下的特殊要求。但其散放到大气中对臭氧层有破坏作用，世界上已逐步限制使用氟里昂制冷。2） 输冷。在大范围的矿井降温工程中，制冷站制取的冷量大都通过管道用水作为载冷剂进行输冷。在管道输冷技术中，主要解决2个问题，即降低供冷管道的冷量损失与降低管道的阻力损失。鉴于井下空气湿度大，巷道中有淋水，管道敷设条件差及搬运困难等原因，保冷材料必须由防腐防锈层、隔热保冷层、防潮层又称空气阻凝层和保护层组成。目前，国内外常用的矿用保冷材料以泡沫塑料制品为主。主要有聚苯乙烯、聚乙烯、聚氨酯、苯酚甲醛、聚
14、异氰脲酸酯及脲醛等泡沫塑料。3）传冷。如何有效地将制冷设备制取的冷量传递给风流，这是矿井降温中的重要环节，目前国内外在传冷方式上主要有以下几种：表面式空气冷却器传冷；喷淋式空冷器传冷；其他传冷方式传冷。4）排热。如何有效地排除制冷机的冷凝热，是维持制冷机正常运行、提高矿井降温系统经济效益的技术关键之一。制冷机安设在地面时，排热问题比较简单，容易解决；当安设在井下时，排热问题比较复杂，且难以解决。目前世界上许多井下大型降温系统都是利用回风流排热。普遍认为，利用回风流排热是一种经济有效的方法。利用井下回风流排热的主要方式有：在井下水平巷道中建立喷淋硐室；利用井下暗立井建立垂直冷却塔；为了适应井下小
15、型制冷设备的排热要求，制造出可移式水冷却器。5 国内矿井热害防治技术亟待解决的问题随着煤炭采掘深度的迅速增加，矿井热害逐步成为导致煤矿事故的主要因素，然而我国有关矿井热害防治技术的研究与应用尚处于探索阶段，诸如空气向下流动压缩放热、井巷围岩放热、机电设备放热、运输工程中的煤炭放热、采空区矸石放热等矿井热害形成机理方面的研究成果较少，围绕非制冷降温和人工制冷降温两方面的热害治理技术研究也处在起步阶段。各有关部门及研究单位要加大这方面的研究投入，使技术研究水平和事故发生形式同步发展。参考文献1辛耸等编著.矿井热害防治M.北京：煤炭工业出版社，2011.2王省身，张国枢编著.矿井火灾防治M.徐州：中国矿业大学出版社，1990.3李莉，张人伟，王亮等.矿井热害分析及防治J.徐州：煤矿现代化2006,71(2).4张习军，王长元，姬建虎.矿井热害治理技术及发展现状J.重庆：煤炭科学研究总院，400037.5王显政.煤矿安全新技术M.北京:煤炭工业出版社, 2002.
