梅花井煤礦深部熱害防治技術(shù)的應用

摘 要:隨著礦井開采深度的增加，礦井高溫熱害問題開始凸顯，嚴重影響了煤礦的安全生產(chǎn)。本文簡要介紹了梅花井煤礦高溫熱害的狀況，分析了高溫原因及介紹了非機械制冷降溫技術(shù)和機械制冷降溫技術(shù)相結(jié)合在梅花井煤礦的應用，取得良好的降溫效果。

關(guān)鍵詞:礦井熱害 防治技術(shù) 機械制冷 非機械制冷

中圖分類號:TD74文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)03(a)-0067-01

礦井高溫熱害已被認為水、火、瓦斯外的第4大礦井災害，其嚴重影響了煤礦正常的安全生產(chǎn)，威脅了職工的身體健康。梅花井煤礦21采區(qū)上煤組綜采工作面最高月平均氣溫33.2℃，掘進工作面為33.6℃;上煤組綜采工作面最高月平均氣溫35.1℃，掘進工作面為35.4℃。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》(2010)第一百零二條規(guī)定“生產(chǎn)礦井采掘工作面氣溫不得超過26℃，采掘工作面氣溫超過30℃，機電設(shè)備硐室的空氣溫度超過34℃時，必須停止作業(yè)。……新建改、擴建礦井設(shè)計時，必須進行風溫預測計算，超溫地點必須有制冷降溫設(shè)計，配齊降溫設(shè)施”。因此，礦井降溫技術(shù)在煤礦的應用已非常重要。

1 井田地溫狀況

根據(jù)鉆孔資料確定，梅花井井田的恒溫帶深度為70m，溫度為15.06℃，平均地溫梯度為3.12℃/100m。從本區(qū)地溫梯度和熱害區(qū)的分布范圍和變化規(guī)律分析，地溫場明顯受構(gòu)造的控制。區(qū)內(nèi)構(gòu)造形態(tài)以單斜構(gòu)造為主，地熱沿層面?zhèn)鲗л^好，煤層露頭和地層淺部為地熱散失創(chuàng)造了條件，故淺部的地溫梯度較小，深部地溫梯度偏高，一、二級熱害區(qū)度主要分布在深部。各主要煤層的+850m水平以淺基本無熱害區(qū)，一級熱害區(qū)分布在+850m～+650m水平間，二級熱害區(qū)分布于各煤層的+65m0水平以深部位。

2 礦井致熱因素

本礦熱害致熱因素按其影響程度的大小分別為巖熱、壓縮熱、氧化熱、機電設(shè)備散熱和人體散熱，局部可能存在熱水散熱。因此，礦井致熱因素主要是巖熱、壓縮熱、機電設(shè)備散熱和氧化散熱。熱源結(jié)果匯總表見表1。

2.1 巖熱

井巷圍巖散熱的主要途徑有三:一是借熱傳導自巖體深處向井巷傳熱;二是經(jīng)裂隙水借對流將熱傳給井巷;三是回采、掘進及運輸過程中的煤炭、矸石放熱。

2.2 壓縮熱

空氣在地球重力場作用下，沿井巷向下流動時位能減小，體積壓縮熱轉(zhuǎn)化為熱能，使礦井溫度升高。同時井筒內(nèi)的淋水吸收了大部分自身壓縮熱，僅有部分淋水蒸汽使相對濕度增加。

2.3 機電設(shè)備散熱

機電設(shè)備所消耗的能量除了部分用以做有用功外，其余全部轉(zhuǎn)換為熱能并散發(fā)到周圍的介質(zhì)中去。對于采煤面和進風運輸巷，由于各種類型機電設(shè)備的集中布置，致使風流溫度升高變化顯著。

2.4 氧化散熱

井田內(nèi)除2-2煤層自燃等級為自燃～易自燃外，其它煤層自燃等級均為自燃，各煤層均有自燃傾向，煤和含煤、含碳、含硫圍巖及支護材料的氧化散熱，也是局部氣溫升高熱源之一。

3 降溫措施

3.1 非機械制冷降溫措施

(1)開拓、開采布置措施。本礦采用立井開拓，主要巖層布置或煤層巷道采用錨噴支護減少氧化散熱，主要巷道及采區(qū)布置避開局部地熱異常區(qū)和可能的熱水涌出點。深部采區(qū)采用下山開采或仰傾斜長壁開采，工作面采用后退式開采。

(2)通風降溫措施。在一定條件下增加風流量使得礦井進風流溫升減小，進風流沿散熱小的巷道流動。對有較大散熱的機電設(shè)備硐室采用獨立通風，減少其對進風流的加熱，并且控制工作面順槽的長度及工作面的長度，縮短進風巷道的長度。

3)局部降溫措施。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，對礦井降溫系統(tǒng)難以達到或極不經(jīng)濟，而工作人數(shù)很少的少量地點，采取局部降溫措施或個體防護。如:冰塊冷卻風流、壓縮空氣制冷、移動式制冷機等。

(4)其他措施。有條件時，煤巷支護采用錨噴支護，以減少氧化散熱;熱水管、主要壓風管等盡量沿回風巷布置;所有水溝均設(shè)蓋板;個別熱害嚴重區(qū)段的，短時作業(yè)人員可采取個體防護措施。

3.2 機械制冷降溫措施

(1)地面集中制冷水

在進回風立井井口附近設(shè)地面集中制冷站。制冷站利用水源熱泵產(chǎn)生熱負荷可供井筒加熱和風井場地設(shè)施采暖，產(chǎn)生冷負荷經(jīng)二次制冷制取低溫冷水，通保溫過管道由進風立井井筒至井下高低換熱設(shè)備硐室，經(jīng)高低換熱設(shè)備換熱后再回至地面，形成一次冷水閉式循環(huán)，二次冷水由高低換熱設(shè)備出來后直供采掘工作面的空氣冷卻器，空冷器與風流進行熱交換后回至高低壓換熱器，形成二次冷水閉式循環(huán)，少量冷水可根據(jù)工作面負荷變化進行噴霧降溫。地面低溫制冷機產(chǎn)生的冷凝熱由冷卻塔通過大氣排放，形成冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。

(2)采煤工作面降溫

針對采煤工作面熱源特點，工作面除塵灑水(含采煤、噴霧)可全部采用冷水，同時在采面中部以上布置降溫噴霧裝置，采面機巷內(nèi)布置6臺HPSCC-200型空氣冷卻器，同時配置2×18.5kW局部通風機2臺。噴淋和除塵灑水總水量為12m3/h。冷凍水供水溫度<7℃，閉式水系統(tǒng)回水溫度17℃，補給水溫度按28℃考慮。

(3)掘進工作面降溫

在每個掘進工作面配用1臺HPSCC-200型光管空氣冷卻器，安設(shè)在局部通風機后100m處。另外在迎頭回風流每隔100m，安設(shè)一組噴嘴進行噴霧，噴霧與回風流充分接觸，以提高降溫效果，并解決掘進工作面防塵問題。

4)管道及保溫

根據(jù)開拓開采布置，及水系統(tǒng)流量，確定選用熱軋無縫鋼管，其保溫材料選用PVC，即聚氨脂泡沫塑料，為防止保溫材料的破壞，采用不燃玻璃鋼作為保護層。選用的無縫鋼管和保溫層厚度如下:D89×4、D108×4、D189×6、D325×10、D377×12(11)冷凍水管路均設(shè)厚50mm保溫層，井下管路設(shè)玻璃鋼保護層厚5mm，玻璃鋼保護層可現(xiàn)場加工，管路連接采用快速接頭。對于管道連接處，閥門、儀表等連接處，保溫材料可現(xiàn)場發(fā)泡充注。

4 結(jié)論

隨著煤礦開采深度的不斷增加，深部熱害將進一步的加劇，采取綜合降溫措施勢在必行。梅花井煤礦根據(jù)自身高溫熱害狀況采取了機械制冷降溫措施和非機械制冷降溫措施，對采掘工作面進行降溫，取得良好的效果，為煤礦深部熱害防治提供了可借鑒的經(jīng)驗。

參考文獻

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①作者簡介:吳兆吉，1979年6月5日，男，籍貫:湖北省棗陽市，現(xiàn)職稱:工程師，學歷:本科，研究方向:采礦工程。