礦井高溫治理途徑

陳誠集

（福建省永安煤業有限責任公司蘇橋煤礦 福建三明 366102）

0 引言

福建永安煤業有限責任公司蘇橋煤礦于2005 年建井，2010 年投產，設計生產能力21 萬t/a。礦井采用平峒-斜井開拓，通風方式為分區抽出式，通風方法為全負壓機械通風。進風井為+360 m 主平硐、+360 m 排水平硐，回風井口為+390 m 風井、+315 m 風井。兩個風井口均安裝兩臺型號為4-72-11№16B離心式通風機（一臺使用，一臺備用），電機功率為110 kW。礦井第一水平已開采結束（0 m 水平），進入第二水平開采（-200 m），礦井地溫梯度1.87 ℃/100 m。

1 問題的提出

近兩年來，隨著開采水平的不斷延深，蘇橋煤礦礦井高溫問題日益嚴竣，成為制約礦井發展的突出問題。煤礦井下高溫作業環境不但極大消耗著職工的體力，降低了職工的勞動效率，也影響著職工的身心健康，容易使職工產生疲勞虛脫，不利于安全生產，加大了安全管理難度，給礦井的安全生產及日常管理帶來了極大的威脅。同時，由于高溫加大了通風費用及人工工資，直接影響到礦井生產成本的控制，也影響到礦井職工隊伍的穩定，制約著企業的經營與發展。

2 礦井高溫根源分析

2.1 礦井深部高溫熱源致溫

福建省地處南方丘陵地帶，煤層賦存及地質構造復雜。已知的高溫礦井周邊或附近均有溫泉存在，且距溫泉越近的礦井，受地熱影響程度也越大。如福建永安煤業有限責任公司下屬礦井東坑仔煤礦，井田西部相鄰永安市安砂鎮熱水村，溫泉出露泉溫達52 ℃；下屬礦井蘇橋煤礦東南部相鄰大田縣湯泉村，溫泉出露泉溫達82 ℃。而溫泉是地熱田的露頭標志，形成溫泉必須具備地底有熱源存在、巖層中具裂隙讓溫泉涌出、地層中有儲存熱水的空間3 個條件。可見礦井高溫的主要根源為礦井深部存在地熱源，巖溫隨深度而攀升。

2.2 進風線路圍巖散熱致溫

賦存于地底下的煤、巖，都具有一定的溫度，且隨賦存深度的增加，地溫呈梯度增加。圍巖散熱在井下其實一直都不斷地進行著，充當著地熱源體的導體散熱。礦井通風的主要功能就是為井下生產作業人員提供新鮮的空氣，稀釋并帶走有毒有害氣體及沿途所產生的熱量。圍巖散熱現象不易被我們所感知，只有在通風線路上，特別是上下山風溫實測中才能發現。風溫隨通風線路的加長而增加，隨深度的延伸而攀升。

2.3 采掘工作面新揭露煤巖散熱及煤層氧化散熱致溫

受高溫影響的礦井，進入深部新施工的井巷及采煤工作面，其煤（巖）散熱現象尤為明顯，特別是煤層，一經揭露，原本賦存地底存在的溫度，加上揭露出來遇氧氣氧化產生的溫度，人手可以感知到其溫度大于我們人體的溫度。這些熱能則擴散轉換到工作面進風氣流中，并隨風經回風巷排出地表。

2.4 機電設備散熱致溫

受平硐-斜井開拓布局局限性影響，在主要進風線路機房硐室的設計上，存在著設計上的缺陷。部分硐室產生的熱風流未能進入回風系統，串入進風線路，無形中等于直接加熱了進風流。從現場實測可知，進風流每經過一個機房硐室，溫度上升1.0 ℃～1.5 ℃。

3 礦井高溫治理途徑

目前，避開局部熱源、加強通風、預冷進風風流等優化通風系統的方法在我國礦井熱害治理中應用較為成熟，對隔絕高溫圍巖、個體防護和水冷卻技術的研究也有很大的進展，而冰冷卻技術在礦井降溫中應用還處在起步階段。由于礦井現場實際不一，因此高溫治理方案有所區別，但整體上避開局部熱源、加強通風、預冷進風風流等優化通風系統的方法為目前礦井高溫治理的主線。下面為蘇橋煤礦近兩年高溫治理步驟與途徑。

3.1 加大礦井風量和選擇合理的礦井通風系統

加強通風是礦井降溫的主要技術途徑，通風降溫的主要措施包括加大礦井風量和選擇合理的礦井通風系統。（1）加強系統堵漏，提高礦井有效風量率。從節能降耗及經濟的角度出發，礦井不可能無限制地加大礦井風量，因而要從最基礎的工作做起，對礦井進、回風線路進行全面巡查，查看系統是否存在漏風，并對整個通風線路進行風溫實測，尋找通風線路溫升的根源。2019 年以來，蘇橋煤礦通過對礦井一采區、二采區2 條主要回風線路進行巡查，發現均不同程度地存在著外部漏風（風井口碹體封堵不密漏風）、內部線路構筑物不密漏風（老巷密閉、水溝、風門漏風）、及通風線路局部掉渣增加通風阻力等問題。通過通風構筑物堵漏治理及通風線路維護，兩條主要回風線路各均堵漏多于300 m3/min 風量，礦井有效風量率從原來不足80%提升至90.3%。（2）優化進風線路，縮短進風線路減少溫升。礦井通過現場實測分析及實踐，盡可能縮短進風路線長度為礦井高溫治理的主方案，其有著2 ℃～3 ℃的降溫空間和潛力。從降溫角度出發，礦井通風系統應盡可能減少進風路線的長度。在井巷熱環境條件和風量不變的情況下，井巷進風的溫升是隨其流程加長而增大，風路越長，風流沿途吸熱量越大，溫升也越大。經實測，2019 年，夏天最熱時間段礦井地表風流經+360 m 主平硐及+360 排水平硐恒溫層后，進風溫度降至24 ℃，經主、副斜井至0 m 水平大巷溫升至26 ℃，進入-200 m 大巷溫升至29℃。礦井目前在-200 m～0 m 水平開采，若按常理從-200 m 大巷進風，則經-200 m 大巷上行至工作面，最低風溫都將達到30 ℃。若從0 水平大巷進風下行至工作面，則進風溫度總體可控制在27 ℃以內。因而，受高溫影響的礦井，進風取較高水平大巷做為進風大巷更為合理。（3）改造回風線路，確保行人處于進風環境。①盡可能正規開采實現負壓通風；②改造實現采區每一翼（或塊段）邊界均要有專用回風上山，以確保采掘作業點面污風流直接進入回風系統，從而縮短回風線路長度，盡可能減少作業人員暴露于高溫回風流中；③所有機房硐室包括片盤配電點等局部熱源，均要實現專用回風巷直接引流至回風系統，解決局部熱源加熱進風流問題。2019 年以來，蘇橋煤礦通過不斷對通風系統進行優化改造，完善了采區邊界回風上山，完成了201 采區絞車房、203 采區車房、-200 中央泵房3 個機房硐室的回風引流，生產采區猴車上山均改回風流為進風流，有效地改善了生產作業環境。

3.2 推廣應用高壓微霧，預冷進風流降低風溫

蘇橋煤礦為平硐-斜井開拓，+360 m 主平硐、+360 m 排水平硐總體為恒溫巖層，冬暖夏涼，地表進風流進入平硐，冬升夏降。由于平硐長度有限且進風量大，冬季進風未溫升至恒溫巖層溫度即進入生產水平（0 m 水平），利于礦井降溫；反之，夏季進風未降至恒溫巖層溫度即進入生產水平（0 m 水平），不利于礦井降溫。因此，夏季在無法加長進風預冷巷道長度的情況下，必須采取噴淋水霧措施，利用蒸發降溫原理，促進礦井進風流盡快降溫，以取得最佳進風溫度。由于平硐生產運輸繁忙，常規噴霧設施易淋濕運輸作業人員，常被關掉，安裝后難于正常使用。2019 年以來，蘇橋煤礦工程技術人員經多方探索，創造性地在井下應用了高壓微霧系統，來應對和緩解作業場所的呼吸性粉塵、礦井地熱、有毒有害氣體等有害物對從業人員的危害。經過一年來的運行，體驗效果良好，井下作業環境得到了明顯的改善。

3.2.1 高壓微霧應用機理

（1）降低呼吸性粉塵。根據美國《煤炭時代雜志》發表的《科羅拉多礦業學院解決可吸入塵埃的控制》論文：當水霧顆粒與塵埃顆粒大小相近時，吸附、過濾、凝結的機率為最大；塵埃顆粒隨氣流運動時與水霧顆粒發生碰撞、吸附、凝結，形成的塵埃團將在重力作用下降落，從而達到最佳的除塵效果。對10 μm 以下肉眼看不見的呼吸性粉塵，其除塵率可以達到70%以上。

（2）快速降低周邊溫度。由于水的比熱大，高壓微霧霧點小、擴散范圍大，能很快蒸發并吸收周圍環境的熱量，從而使周圍環境溫度明顯降低。北京奧運會、上海世博會的室外降溫就是利用了微霧降溫的技術。

（3）有效消減有害氣體。硝氨炸藥放炮后產生氮氧化物、一氧化碳、二氧化硫、硫化氫、氨等有毒有害氣體擴散在空氣中。大部分有毒有害氣體當遇到高壓微霧，能夠被溶解稀釋，降低有毒有害氣體的濃度。

（4）產生大量的負氧離子。在高壓制霧的同時，由于水分子高速的碰撞，會產生大量的負氧離子，被稱為“空氣中的維生素”。每毫升的空氣可產生50 萬個負氧離子，超量的負氧離子讓人感覺猶如處在深山瀑布邊的清新涼爽。負離子還具有殺菌、除臭、清除一氧化碳、氨氣的作用。

3.2.2 高壓微霧應用效果

鑒于高壓微霧應用機理，礦井全面推廣應用于井下進回風巷、采掘作業點面及地面篩選系統。由于高壓微霧不會淋濕生產作業人員，不影響生產作業，得到生產作業人員的一致認可并得于正常使用。井上、下生產作業環境得到了明顯的改善，采掘工作面粉塵得于有效治理，礦井進風流及采掘作業點面的溫度亦不同程度地下降了2 ℃～3 ℃，進一步提升了礦井高溫治理成效。

4 礦井高溫治理成效

2019 年以來，蘇橋煤礦通過對礦井通風系統的進一步優化完善及高壓微霧的全面推廣應用，礦井高溫治理工作取得了突破性的進展。在治理過程中，不但完善了礦井通風及噴霧降塵系統，實現了高溫治理目的。同時也促進了礦井粉塵問題的有效治理，生產作業環境得以有效改善，對提高采掘工效、穩定職工隊伍、降低職業病取到了積極的作用，有效促進了企業安全健康發展。

5 結語

礦井深部地熱源體的存在，為礦井高溫的主要根源。高溫治理是一項長久、系統而復雜的工作。礦井各級管理人員需形成共識，在優化完善礦井通風系統、增大風量及采取高壓微霧降溫的同時，在開拓設計、生產布局、采掘布置等各環節上都必須綜合考慮，注意與通風系統相結合，盡可能形成負壓通風及邊界對角式回風，并避免進風巷布置在高溫巖層中，不必加長進風路線的長度，以加劇礦井高溫問題。