1、 专题部分 第23页矿井热害及其防治技术研究摘要热害是矿井的自然灾害之一，不仅影响井下作业人员的工作效率，影响矿山的经济效益，而且严重地影响井下作业人员的身体健康和生命安全，严重地影响矿山的安全。随着矿井开采深度的不断增加和机械化程度越来越高，矿井中高温高湿热害问题将会越来越突出、越来越严重。只有正确重视矿井高温高湿热害问题，对存在热害矿井进行预防和治理，才能正确保证企业的安全生产，保护矿工的身心健康。矿井内环境气温超过人体正常热平衡所能忍受的问题，导致劳动效率降低，事故频率增加，健康受损，甚至中暑休克。据南非金矿统计，从19561961年，在湿球温度32.833.82下工作的人，前任中暑死亡
2、率为0.57。影响人体热平衡的气候条件是温度、湿度和风速。各国对劳动环境的小气候进行了大量研究。除了较早采用的敢求温度和湿球温度外，还先后提出了各种指标，如干、湿卡他（Kata）度、等价温度、实感温度、热力指数等，立秋用某一综合性指标来确切反映劳动的十一温度和湿度等。中国矿山仍以干球温度为指标，并规定井下工人作业地点的气温不得超过262。随着对能源需求量的增加和开采强度的不断增加，浅部煤炭资源日益减少，国内外矿山都相继进入深部煤炭资源开采状态。深部煤炭储量占煤炭总量的70%以上，进入深部开采是必然的趋势。随着开采深度的增加，低温增高，当低温超过某一温度时，产生了矿井热害问题，可以说，热还在矿井
3、生产想深部发展过程中是不可避免的。关键词：热害、降温、冰冷1 矿井热害1.1矿井热害的形成地热是矿井高温的饿主要原因，地壳最表层的温度受地面温度收到地表温周期性变化的影响，这种影响是随着温度的增加而逐渐减弱的，到一定深度，这种影响基本消失，从而低温保持恒定。低温常保持恒定的带称为恒温带。在恒温带以上，低温受太阳辐射热的影响而具有周期性变化，故称为变温带。在恒温带下，低温度饿变化受控于地球的内热，随着深度的增加而不断增温，故称为增温带。恒温带则是变温带和增温带的分界面。离地表越深，掩饰温度越高。从恒温带以下垂深每增加100m的岩温增量各地区不同，如抚顺矿区约为3.32，吉林石咀子铜矿区约为2。联
4、邦蛇果鲁尔煤田采深100012000m处岩温已达5060。1000m左右的深井，由于岩壁和空气间的热交换，地层散发的热量可占矿井总热源的4050%。当地下水通过断层、裂隙与地层深部热源发生联系时，地下热水活动可形成局部地热异常区。矿井建设和生产时，除岩层放热外，用处的热水也大量放热，此类矿井称为热水型高温矿井。中国平顶山八矿-273m东石门断层出水水温俄日37。铀岩铅矿西山一坑60m终端，距地表95m处水温48。日本常罄煤矿位于温泉地带，涌水的温度高达75。几点设备放热是机械化矿井中重要热源。机电设备的全部无用功均转化为热，部分有用功处在破碎岩体和提升矿石中转化为势能外，其余部分也转化为热。在
5、下行运输时，所耗电能和势能变化量全部转化为热，上行运输时，所耗电能一部分转化为势能，余均转化为热。截煤机械所耗功率约有80%转化为热。综合机械化才没工作面的机电设备功率很大，有的超过1000kW，可使工作面气温上升很多。由于恒温带的深度大都为十余米、数十米，而矿井生产的深度大都为数百米，升值上千米，远远甚于恒温带的深度，随着温度的增加，地温增高，当地温超过某一温度时，就产生了矿井的热害问题。可以说，热害是矿井生产性深部发展过程中不可避免的问题。煤炭或硫化矿石氧化放热也是采掘工作面高温的饿一个原因，有时这种放热量可占工作面风流带出热量20%以上。巷壁面每小时每平方米氧化放热量称为单位氧化放热量。
6、苏联吨巴斯矿区，采准巷道的平均单位氧化放热量为34kcal/(m2*h)。中国向山硫铁矿，分层崩落法采矿的工作面，单位氧化放热量约为16 kcal/(m2*h)，个别高温工作面达53.7 kcal/(m2*h)。其他热源如人体散热以及爆破、充填料、生产用水等放热。其影响程度因具体条件而异，一般对矿井气温影响不大。1.2矿井高温环境的危害1.2.1矿井热害对人的危害正常人产热与散热处于动太平衡变化，体温上维持在37。在体力劳动等情况下，体内能量增大，人体通过血管扩张血流量增大、汗腺分泌增加及 加速等途径，将体内产生的热量送到体表，以辐射传导、对流以及汗液蒸发等换能换热方式将热量扩散到周围大气中，
7、以维持体温在正常的变动范围内。高温工作环境会使人感到不舒适，影响安全生产和降低工作效率。过是世界上第一产煤大国，也是高温热害矿井最多的国家。随着矿井开采深度的增加，矿井高温还问题越来越严重。在高温热害矿井中，工作人员的身心健康受到极大的影响。例如，鹤壁六矿回采工作面风温高达32，相对湿度达99以上，1984年8月30日，1个班就有4名矿工中暑倒在工作地点。平煤集团五矿在1996年69月份，井下工人每天都有中暑和被热击的，矿山救护车基本每天叫，最多的一次，一班有8人中暑。新汶矿业集团孙村煤矿2002年79月份，采煤工作面正常工作时每班有48人，但实际出勤人数只有56人，采煤工作几乎瘫痪，致使三个
8、月的产量没有正常时一个月的高。日本1979年全国调查统计，3040 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，当矿内作业地点的空气湿球温度达到289 时，开始出现中暑死亡事故。气温每增加1，矿工劳保医疗费增加810%；根据南非的最新统计，在湿球温度32.833.8下工作的工人，千人中暑死亡率为0.57，表1为南非金矿井下温度与事故率的关系。表1 井下温度与事故率的关系作业地点气温/27293132工伤频次/千人0150300450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，甚至中暑昏倒、呕吐和湿疹等，高温高湿环境使工人的身体和工
9、作能力受到极大的伤害，同时这种精神状态成为诱发事故的原因。1.2.2矿井热害对机械设备的危害矿井里任何机电设备、电缆均是通过与环境的对流来散发本身所产生的热量，其工作环境温度、湿度超过规定的限值或长期处在限值附近时，必将导致设备散热困难，以致发生设备故障。有关统计表面，气温每增加1，井下机电设备的故障率增加1倍以上。机电设备的环境温度要求：我国矿用一般型机电设备的工作环境温度为40；矿用隔爆型机电设备的45。但这并不等于说，只有到了上述限值才会发生设备故障,如果机电设备长期处在上述限值附近，则机电设备故障率将大增。日本通产省的调查统计表明：机电设备在相对湿度90%以上、气温为3034的地点工作
10、时，其事故率比低于30的作业地点高3.6倍。这也是我国为甚么规定机电设备硐室空气温度不得超过34的原因。综上所述，热害问题已成为制约煤炭工业发展的瓶颈，影响了整个国民经济的可持续发展，因此煤矿热害防治从思想、人才队伍建设和技术装备材料等多方面提出较高的要求。1.3行业的相关规定为保障矿工的健康和生产的安全进行，我国矿山安全条例规定：井下工人作业地点的空气温度超过28，超过时应采取降温和保护措施。同时煤矿安全规程规定：采掘工作面的空气温度不得超过26，机电硐室的空气温度不得超过30，几点设备硐室的空气温度超过34时，必须停止工作。矿井内各种热源的散热，会使矿井内气温升高地下岩层含水，会使矿井内空
11、气湿度增大。当温度湿度超过一定限度时，影响井下作业的正常进行和矿工的身体健康，是劳动生产率下降，构成矿井热害。我国是世界上热害矿井最多的 。我国73.2%煤炭预测储量埋深超过1000m。随着矿井开采深度的增加，热害问题越来越突出，必须采取相应治理措施，以保持适宜的井下作业环境。1.4我国矿井热害现状当前随着我国煤炭工业的迅速发展，老井加速向深部延伸开采。60年代我国统配煤矿的平均采深约300m左右，到1979年已近436m，目前达1000m，平均每年递增深度为10m左右。千米竖井和采深近千米的矿井已经出现，高温热害已在60多对矿井中出现，并已有30多对矿井的采掘工作面气温超过3，岩温高达354
12、5。据1984年以来的不完全统计，已有100余名井下工人因高温 而晕倒在作业地点，高温作业环境对按和生产的影响也很突出。在深部采矿工程中，矿井高温热害 其治理被国内外采矿界认为是两大科技难题之一，专家认为未来矿山的极限开采深度将取决于矿井降温技术和装备的发展水平。因此，高温矿井降温技术的研究，已成为当今世界采矿工程中亟需解决的问题，也是采矿工作者一项重要而迫切的任务，高温热害已成为新增的一大灾害跻于煤矿重大灾害的行列。1.4.1矿井高温热害的调查早在1975年煤炭科技部科教组曾邀请中国科学家地质研究所地热组和生产、 、设计地质勘探等部门组成了一个查小组，对2个省的17个矿务局、14个煤炭进行了
13、为期几个月的高温矿井调查。当时发现有24对生产矿井存在程度不同的热害，总生产能力达17.4Mt/a，主要分布在抚顺、本溪、北票、平顶山、淮南、丰城、合山、徐州、新汶、枣庄、黄石、长广、白沙等，其中多数为深井，少数有热水或热异常显示，最深的矿井达830m，最浅的只有200m，工作面气温均在26以上，有的已超过30。调查中还发现高温的在建矿井和待建矿井13对，总设计能力为16.62Mt/a，矿井中有的掘进头温度已达30，相对湿度近100，以致建井速度缓慢。通过这次调查后，中科院地质研究院地热组又对开滦矿区进行了钻孔地温调查测量，对山东东滩井井田测量饿地温对平顶山八矿进行了为期思念系统深入的地温调查
14、研究。地质局还组织了各省人员编制了“煤矿地质资源勘探中关于测温工作的暂行规定”，并于1978年颁布执行。1980年并纳入煤田勘探规范，地温条件已正式成为地质报告中不可缺少的内容之一。随着我国采矿工业的发展，几十年来矿山大量兴建，老矿山逐渐向深部发展，遇到了一些热水和随着开采深度增加使井下气温升高的矿井。如湖南711矿1958年四月揭露4323的热水 一直受其危害。在煤炭系统，由于采掘深度增加而出现热害的矿井也逐渐增多。在国外，矿井出现热害的并不多见。如秘鲁的卡萨帕尔铜铅锌银矿巷道涌出热水68.98。岩温61.1，南非金矿某些矿井深达3600m，岩温55，印度克拉何矿区阿勒左姆矿井深2500m，
15、岩温55，工作面气温48，美国孤山铜矿岩温60，水温52，新墨西哥州特豪勒铀矿水温53，日本是矿井热害最多的国家，较为严重的有三尺煤矿，岩温5055，水温5060，常磬 岩温4248，水温72，凤羽铅锌矿岩温69130，水温5073等。此外，联邦德国，赞比亚，捷克，苏联等国都有矿井热害，所以 热害在当前矿床的勘探与井下开采中已成为必须注意的一个重要问题，同时对地热学和能源利用也具有理论和实际意义。1.4.2矿井高温热害的分布及类型（1）矿井开采深度大，岩石温度高。在我国北部地区，大部分矿井高温是由此所致。（2）地下热水易于流动，且热容量大，主要通过对流作用加热井巷围岩，再将热量传递给风流，或者热水直接加热风流。（3）采掘工作面昂偏低。据调查统计，我国煤矿长臂工作面供风量80%以上在200-800m/min之间，高温回采工作面供风量至少应为800m/min。1.4.3矿井高湿的产生原因矿井湿度通常采用相对湿度表示，矿井最适宜的相对湿度为50%60%，所谓高湿，就是指相对湿度超过80%，而矿井下空气的相对湿度大多数为80%90%左右，总回风道和回风井内空
