淺析影響礦井地溫異常的因素及危害

李浩哲

（陜西省一九四煤田地質(zhì)有限公司，陜西 銅川 727000）

在礦產(chǎn)資源生產(chǎn)中，隨著開采深度的增加，井下氣溫不斷升高，濕度不斷增大，我國不少礦的井下氣溫已超過井下安全作業(yè)規(guī)定溫度26oC，有的礦井下溫度甚至達到44 oC，成為不同程度遭受熱害的高溫礦井。我國東部部分礦山淺層礦產(chǎn)資源開采已近枯竭，因而深部礦產(chǎn)資源開發(fā)與礦井地?zé)嶂g的矛盾將更加突出，這個問題已成為影響礦產(chǎn)資源生產(chǎn)的一個不可忽視的因素，應(yīng)引起高度重視[1]。

1 地殼淺部狀況

地球本身蘊藏著巨大的熱量，并由地球的內(nèi)部不斷向外發(fā)散。其對地下溫度的影響是越接近地表影響越小。根據(jù)溫度狀況，地殼上部可分為變溫帶、恒溫帶、增溫帶三部分。地殼上部的平均正常地?zé)嵩鰷芈蕿樯疃让吭黾?00m地溫增加3oC。各地區(qū)由于地質(zhì)條件不同，地?zé)嵩鰷芈室膊槐M相同。

2 影響礦井溫度異常的因素

一般礦井隨著開采深度的增加，溫度呈梯度增高，但也有不少礦區(qū)，開采深度并不大，地溫卻有顯著增高，甚至在同一深度的不同地點，地溫也有明顯差異，出現(xiàn)了地溫異?，F(xiàn)象。根據(jù)資料統(tǒng)計分析，影響地溫異常的因素主要有以下幾個方面。

2.1 礦區(qū)所處大地構(gòu)造位置

在激烈的地殼活動區(qū)域,如中生代和新生代造山帶,由于強烈地震,巖漿噴發(fā)和入侵活動在這些區(qū)域,高溫?zé)崛菑V泛分布的,所以這個地帶熱流值大,高地?zé)釡囟?、地溫梯度?并有劇烈的變化。在地殼相對穩(wěn)定的區(qū)域，地?zé)釥顩r正好相反，熱流值小，地溫低，地?zé)崽荻刃?，而且均一?/p>

2.2 巖石的導(dǎo)熱性

地球內(nèi)部的熱能是通過巖石向外傳導(dǎo)的，不同巖石具有不同的導(dǎo)熱能力。大多數(shù)火成巖、石灰?guī)r、砂巖等導(dǎo)熱性強，傳熱快，在這些巖石分布的地區(qū)表現(xiàn)出地溫的低異常；而泥巖、頁巖、煤等，導(dǎo)熱性差，傳熱慢，在這些巖石分布的地區(qū)表現(xiàn)出地溫的高異常[2,3]。

2.3 礦床基底起伏與褶皺構(gòu)造

在一定深度的范圍內(nèi)，基底隆起區(qū)大于鄰近沉陷區(qū)，背斜區(qū)大于鄰近向斜區(qū)，地溫梯度大。這主要與巖石的導(dǎo)熱性和各向異性有關(guān)?；茁∑饏^(qū)古老巖系的巖性密度相比相鄰的沉陷區(qū)沉積覆蓋的巖層巖性密度大,隆起區(qū)巖層具有高導(dǎo)熱性，熱阻率小，熱流向隆起區(qū)流動，因此基底隆起區(qū)巖層溫度、地溫梯度和熱流值高于沉陷區(qū)。褶皺區(qū),沉積巖石順層面方向相對于垂直層面方向具有較高的熱傳導(dǎo)率，熱流從下往上進行傳導(dǎo)，由向斜區(qū)向背斜區(qū)匯集，因此，褶皺構(gòu)造背斜區(qū)巖層溫度、地溫梯度和熱流值高于鄰近向斜區(qū)。

圖1 褶皺構(gòu)造及熱流傳導(dǎo)方向示意圖

2.4 礦區(qū)臨近深大斷裂

深大斷裂延伸至上地幔，是地層深部熾熱物質(zhì)-熱載體的上升通道。因此，深大斷裂兩側(cè)圍巖往往具有較高的熱流值和地層溫度，從而產(chǎn)生大量的泉水。然而,由于深大斷裂的各段具有不同的力學(xué)性質(zhì)，每段圍巖的熱物理性質(zhì)不同,熱載體沿深大斷裂上升至不同的位置，因此，深大斷裂兩側(cè)巖層并非到處呈現(xiàn)出高溫異常。

2.5 礦區(qū)地下水活動

地下水活動引起圍巖溫度降低型。一些中小型盆地及某些大型盆地的邊緣部位，從補給區(qū)進入的溫度較低的地下水，在快速流動過程中不斷把圍巖熱量帶走，從而降低了地?zé)帷?/p>

地下水與圍巖溫度平衡型。地下水不能及時補給循環(huán)，交替性較弱，致使地下水與圍巖之間的熱交換趨于平衡，水溫與巖層溫度相同，地層溫度和地溫梯度具有恒定的溫度值。

深循環(huán)地下水上升引起局部地?zé)嵩鰷禺惓Ｐ汀５乇砘驕\層地下水滲透到深層地下，與高溫圍巖進行換熱獲得熱量，成為熱容大的熱載體——高壓高溫水。在高角度斷裂帶、巖層傾角大的透水層等合適的地質(zhì)構(gòu)造作用下，地下熱水就會沿斷裂帶通道或巖層間隙上升到淺層或地表。因為水溫高于淺部地層巖層溫度，所以在熱水上升通道周圍會呈現(xiàn)出局部高溫異常。

表1 常見巖石組成（成分）礦物性質(zhì)

2.6 局部熱源影響

巖漿侵入體的余熱。巖漿余熱對現(xiàn)代地?zé)釄鍪欠袢杂杏绊?，主要取決于巖漿侵入的時間，同時，還需要注意侵入體的大小、形狀、初始溫度和圍巖的熱物理性。

放射性元素的富集。雖然放射性元素的衰變是整個地球地?zé)岬闹饕獰嵩粗?，但地殼淺層放射性元素富集礦床產(chǎn)生的熱量是非常小的，采礦過程中不會出現(xiàn)明顯的熱異常。

硫化物礦床氧化熱。近地表硫化物礦床與氧氣接觸會發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生大量熱量，是一種不可忽視的局部熱源。但是，這類礦床在氧化帶以下更深的地層賦存處，地層溫度則可以恢復(fù)正常。

圖2 硫化物礦床埋藏深度對地溫影響示意圖

2.7 人為因素影響

礦井通風(fēng)、排水、大功率機電設(shè)備運行、鉆探施工中鉆頭摩擦發(fā)熱、鉆井液循環(huán)等人為因素對地表溫度和測溫數(shù)據(jù)有一定的影響。

3 礦井地?zé)岬闹饕：?/h2>

高溫環(huán)境對人體健康、勞動效率和安全生產(chǎn)有著重要的影響。在高溫環(huán)境下，人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)容易紊亂，從而感覺恍惚、身體疲勞虛弱、易昏睡，這種精神狀態(tài)成為安全事故發(fā)生的主要原因。在高溫礦井作業(yè)中，必須降低生產(chǎn)效率，縮短工人作業(yè)時長。

4 結(jié)語

在礦井生產(chǎn)中，應(yīng)重視地溫的影響，特別是在深部礦井開拓和開采施工中，高溫異常極易發(fā)生，尤其是在高溫地下水涌出區(qū)，情況更為嚴重，高溫高濕的地下作業(yè)環(huán)境會對人體造成不利影響和損害，從而產(chǎn)生較大安全隱患，引發(fā)安全事故。在礦井生產(chǎn)初期，要做好地層溫度的測量和預(yù)測工作，確保安全生產(chǎn)。