淺談煤礦高溫熱害防治技術

劉貴群

摘要：礦井開采的危險系數普遍較大，而開采深度與熱害問題之間成正相關系，在開采深度增加的同時，高溫熱害問題也會隨之加劇，這不僅會相對增加礦井的安全系數，更為嚴重的還會導致工作人員身體健康受損，甚至造成人員傷亡正常生產難以為繼。因此，本文就針對煤礦高溫熱害防治技術進行了研究及分析。

關鍵詞：煤礦;高溫熱害;防治技術

一、傳統降溫技術

1.非人工降溫技術

1.1改善通風方式

在礦井生產階段，礦井的通風系統設計與開拓部署等都與礦井風流溫度之間存在密切聯系，也就是說礦井通風方式合理且有效，則能夠有效控制井下空氣溫度，而增加通風風率、加大通風量，則能直接改善井下空氣溫度和濕度，并達到較為理想的效果，這是非人工降溫技術中應用頻率較高的一類降溫方式，但是對通風方式的優化以及增加風量，作為技術措施都離不開井下進風溫度及圍巖溫度等指標的直接影響，該種降溫方式并不適宜應用于各種環境下，在開采深度達到一定標準時，其降溫效果將弱化，僅采取通風降溫措施，在高溫熱害問題嚴重的礦井中并不能起到明顯的改善作用。

1.2控制熱源降溫

其一，巖壁隔熱。用鍋爐渣、聚乙烯泡沫、硬質氨基甲酸泡沫、膨脹珍珠巖及其他防水性能較好的隔熱材料噴涂巖壁，如一層10mm厚的聚氨酯泡沫塑料就能產生較好的隔熱效果。巖壁隔熱僅用在熱害嚴重的局部地段，作為一種輔助手段與其他降溫措施配合使用;其二，熱水及管道熱的控制。主要方法有：超前疏放熱水，并用隔熱管道排到地面，或經有隔熱蓋板的水溝導入水倉;將高溫排水管設于回風巷;熱壓風管設于回風巷，或將壓縮空氣冷卻后送入井下;其三，控制機械熱，最為常見的方法是對機電硐室進行單獨設置，保證通風的獨立性及有效性，同時還應當對輔扇安裝位置進行重點把控，應當根據實際情況將工作面的輔助設備設置在回風巷，保證良好的通風屬性。

2.人工降溫技術

2.1人工制冷水降溫技術

制冷水技術的核心是礦井空調技術，通過在礦井下合理布置壓縮制冷機，便于借助制冷機將高溫緩解及降低。雖然氟利昂（R22）對臭氧層有破壞作用，但目前仍無法被完全取代。人工制冷降溫技術的關鍵是制冷、輸冷、傳冷、排熱及其系統控制。目前主要采用表面式和噴淋式空冷器來實現這一過程。

2.2人工制冰降溫技術

制冰降溫技術的原理為：從制冰機中取出冰塊并均勻的鋪灑在工作面上，冰塊在融化為水的過程中會吸收熱量，并實現熱量的交換，進而將空氣溫度降低。

2.3個體防護技術

不同的煤礦中，礦內環境往往存在顯著差異，在部分氣候及外部條件相對惡劣的環境下，部分降溫技術并不適宜應用，再加之受到經濟限制，風流冷卻措施將不能直接使用，此時需要確保處于生產崗位的礦工都正確穿戴好冷卻服，提高個體保護效果，其作用在于，當礦內溫度超出人體可承受范圍時，能夠對熱量阻隔在外，避免直接與人體的對流，而工作人員在生產階段所產生的熱量也能傳遞給冷卻服。

二、現代降溫技術

1.深井HEMS降溫系統

深井HEMS降溫系統是針對深井開采高溫熱害控制所研發的一套工藝系統，其工作原理是利用礦井各水平現有涌水，通過能量提取系統從中提取冷量，然后運用提取出的冷量與工作面高溫空氣進行換熱作用，降低工作面的環境溫度及濕度。HEMS-DUSEL系統包括將利用礦井涌水作為冷源的HEMS-I制冷系統、深井管道流體高壓轉化的HEMS-PT壓力轉換系統、全空冷式降溫HEMS-II降溫降濕系統、系統運行數據及溫度數據遠程實時監測系統。HEMS降溫技術與國內外技術相比，無論是在獲取能量能力、降溫供風方式還是在降溫降濕效果方面，均達到國際領先水平。系統運行后，工作面的平均溫度降低4～6℃，效果非常明顯。

2.熱管降溫技術

分離熱管輸送冷媒技術依托分離氨系統延伸發展而來，其原理為：將中央制冷站直接設置在地表上，將熱管的蒸發器設置在井下。之所以進行如此設置是因為，將制冷站設置在上部，便于后續進行維護及管理，中央制冷機能夠直接將熱管中的冷凝熱排至地面，克服井下安裝制冷設備余熱污染問題，而下部設置則能夠提高冷媒水的循環利用效率，這就能夠合理縮減排水費用，基于制冷劑的相變屬性進行制冷，冷損量得到了有效控制。

3.礦井壓氣蒸發冷卻技術

蒸發冷卻通過合理應用水的汽化潛熱屬性，能夠借助水分的蒸發將熱量進行吸收，從而將高溫緩解及降低。通過對可靠資料進行研究可以發現，冷空氣升溫吸熱降低環境溫度、吸濕降低濕球溫度、膨脹吸熱降溫是高壓冷空氣的三大降溫能力。

4.壓縮空氣制冷技術

壓縮空氣制冷技術，是來自井下壓縮空氣主干管的壓縮空氣，經限流環將空氣壓力減少到0.18～0.22MPa，然后進入渦輪膨脹機的壓氣機端進行增壓，壓氣機的推動力來自渦輪中空氣膨脹時的輸出功，空氣在壓氣機中增壓的同時，溫度亦隨著升高，壓氣機出口的空氣在水冷卻器與來自礦井中的供水進行熱交換，使空氣的溫度降到接近壓氣機進口時的空氣溫度，然后冷卻的空氣再通過膨脹機進行絕熱膨脹，絕熱膨脹后的空氣溫度通常可降到-30℃左右。通過隔熱減噪風筒將-30℃左右的冷風導入掘進面供風筒，與熱風混合后送往掘進工作面。

5.瓦斯發電制冷降溫技術

瓦斯發電制冷降溫技術的應用要點在于：基于瓦斯抽排實現發電功能，而后借助電能進行制冷，實現對高溫的緩解。現階段部分瓦斯發電技術已經達到了成熟，其中十分常見的技術類型有燃氣輪機發電、氣輪機發電、燃氣發電機發電等。

6.空氣透平膨脹制冷系統

氣體等熵膨脹是獲得低溫的重要方法之一，而透平膨脹機則是實現接近絕熱等熵膨脹過程的一種有效機械。目前，從空調設備、低溫環境模擬到空氣分離、氫氦的液化，都有透平膨脹機的實際應用，即利用井下作業的高壓氣體作為工質，通過透平膨脹機膨脹降溫，然后與一部分回風相混合，送入空調區域。

三、結語

綜上所述，現代煤礦的開采技術水準不斷提升，深度開采不再是難題，但是在開采深度增加的同時，工作面的高溫熱害問題卻會不斷加劇，合理應用降溫措施意義重大。

參考文獻：

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（作者單位：河北中煤四處礦山工程有限公司 ）