1、专题部分矿井热害产生的原因、危害及其防治措施摘要：随着矿井开采深度的增加，矿井中高温高湿热害问题会越来越严重。笔者分析了矿井中高温高湿热害产生的具体原因、对人体的严重危害，并探讨了对其防治的相应措施，建立井下适宜的作业环境，保护矿工的身体健康，保证矿山生产安全、稳定、高效地向前发展。笔者旨在提醒人们对矿井中高温高湿热害这个问题引起重视，尽量减少其对人体的危害，采取一切有效办法，尽快解决矿井中高温高湿热害问题。关键词：矿井热源，热害，原因，危害，防治措施0 引言目前，在我国一次能量消费结构中，煤炭占75%以上。煤炭不仅是我国的基本燃料，又是重要的工业原料，电力、钢铁、石油加工、水泥、化学原料五大
2、行业都离不开煤炭，因此，煤炭工业的发展直接关系到国计民生。为使我国能源战略持续稳定的发展，必须稳步高效地发展煤炭工业。全国绝大多数煤矿为井工矿井，地质条件复杂，开采难度大，灾害类型多、分布面广，是世界各主要产煤国家中开采条件最差、灾害最严重的，多数矿井同时具有瓦斯、水、火、煤尘、顶板灾害，随着浅部矿产资源的利用殆尽，矿井开采必然进入深部开采阶段，而热害已成为矿井的新灾害。国有重点煤矿中有 70多处矿井采掘工作面温度超过 26。其中，30多处矿井采掘工作面温度超过 30，最高达37。全国煤矿热害突出的矿井有平顶山八矿、新汶协庄矿、丰城建新矿、徐州三河尖矿、永荣曾家山矿以及新开发的巨野矿区等。我国
3、是世界上热害矿井最多的国家。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。许多产煤国家的采深已超过1000米，岩温已超过500 ；产量也因采掘机械化程度的提高而大幅度增长。当岩温和产量都较高时会使矿井气温升高。矿井气温升高，不仅影响井下作业人员的健康，而且是事故率增加和作业效率降低，甚至被迫停产，放弃贵重的资源。因此，研究矿井热源及热害防治措施，改善矿井气象，已成为矿井深部开采的重大课题。随着矿井开采深度的增加，机械化程度也越来越高，由此产生的机械散热也愈来愈大，矿井中高温高湿等热害问题将显得愈来愈突出
4、。在炎热的季度，一般人的日排汗量约为1升，在闷、潮、热的矿井中从事繁重的体力劳动时，8小时内人的排汗量可达8 10升，甚至更高，如不适时地补充水分，则可能导致人脱水、失钠、血液浓缩及粘稠度增大，再加上血管扩张，血容量更显不足，以引起周围循环衰竭，从而使人产生热疲劳、中暑、热衰竭、热虚脱、热痉挛、热疹，甚至死亡，造成重大安全事故。目前，学术界普遍认为，矿井热害最终将成为制约矿井开采深度的决定性因素。矿井热害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。为此，必须采取切实有效的方法，对矿山矿井出现的高温高湿热害问题及时加以
5、解决。1问题的提出地温升高是深部开采(一般认为当煤层埋深超过7001000m时即称为深部)无法回避的地质灾害问题。在深部开采条件下，地温升高是井下工作条件恶化的重要原因，持续的高温将对人员的健康和工作能力造成极大的伤害，工人在热湿的空气环境中较长时间的劳动，会发生中暑昏到、呕吐和湿疹等疾病ll，使劳动生产率大大下降和生产事故大大增加，同时还会降低井下设备的工作性能，减少井下设备的使用寿命。而且随着采矿工作面采掘机械化程度的提高，空气自身压缩热、众多的机械设备散热量显著增加，这些因素都使得井下井下空气温度升高。表1-1所示为研究得出的不同井下气候条件下劳动人员的感觉。与劳动人员的感觉关系最密切的
6、三个井下气候条件因素是风流温度，相对湿度和风速。表1-1不同的井下气候条件下劳动人员的感觉风温（）相对湿度（%）风速（m/s）矿工感觉2128960.5闷热970.52.0热972.02.5稍热2829971.0闷热971.02.0热972.03.0稍热973.0凉爽2930971.5闷热951.53.0热963.04.0稍热954.0凉爽30954.0热表1-2为经过大量的现场调查研究得出的有效温度对劳动人员生理上的影响。如表中所示当井下的有效温度大于32时，劳动人员在生理上就有不适感，这表现为心跳加快，出汗量增加，当井下有效温度大于35时，人体心脏负担加重，出汗量急剧增加，水盐代谢也急剧的
7、加快，面临着极大的热伤害，身体健康将受到非常大的损害。表1-2 矿井下不同风流有效温度对人体的影响有效温度()热感觉生理学作用肌体反应4240很热强烈的热效应力影响出汗和血液循环面临极大的热危害，妨害心脏血管的血液循环35热随着劳动强度增加，出汗量迅速增加心脏负担加重，水盐代谢加快32稍热随着劳动强度的增加出汗量增加心跳增加，稍有30暖和以出汗方式进行正常的体温调节没有明显的不适感25舒适靠肌肉的血液循环来调节正常20凉爽利用衣服加强显热散热和调节作用正常15冷鼻子和手的血管收缩钻膜、皮肤干燥10很冷肌肉疼痛，妨碍表皮血液循环到目前为止，矿山安全技术的研究人员和管理人员对矿井开采过程中的高温问
8、题的认识和处理还是依靠经验为主，因此不能用定量化的方法清楚地认识和预测开采范围内的地温及作业空间内的温度分布状况，以便采取更为有效的技术措施，预防和处理高温热害的发生。随着采矿业的不断发展，高温热害问题会越来越严重，因此仅仅依靠经验的方法处理高温问题是远远不够的，必须运用科学的理论和方法，深刻认识和掌握井下高温热源与风流间的热量交换和温度分布等内在规律，采用科学的定量化的方法和有效的技术措施来预防和处理高温热害事故的发生。2 国内外研究现状热害是矿井的自然灾害之一，是矿井向深部开采不可避免的问题，在矿业发达国家，热害问题出现早。如南非、最深金矿已经达到4000m左右，印度、巴西的金属矿井有的己
9、经超过2000 m，俄罗斯、德国、英法等国的超千米煤矿较多。另外，在某种特殊条件下，矿井虽然深度不大，但也会遇到较高的岩温或水温。2.1矿井热害的概念矿井热害( heat hazard in mine) 是指矿井内环境气温超过人体正常热平衡所能忍受的温度，导致劳动效率降低，事故频率增加，健康受损，甚至中暑休克。形成矿井热害的因素有：入风气温，地热，机电设备放热，煤炭或硫化矿石氧化放热，其他热源等。影响人体热平衡的气候条件是温度、湿度和风速。中国矿山以干球温度为指标。2.2煤矿安全规程规定及热害等级的划分2.2.1围岩的原始温度测定1) 深孔测温法。深孔温度就是在井巷中， 利用钻机向围岩内打水平
10、测温孔（其深度应大于井巷冷却带厚度），再将在试验室标定好的测温热电偶探头送入孔底，封孔，经过一段时间，测得的稳定温度值即是原岩温度。2) 浅孔快速测温法。浅孔快速测温是在井下连续推进的岩巷掘进工作面（其周围30 m以内无通风2年以上的井巷或硐室），并在岩面暴露时间不超过24 h，利用迎头的炮眼或临时专门打的2 m3 m钻孔进行测温的方法。2.2.2矿井热害等级划分煤炭资源地质勘探地温测量若干规定指出：平均地温梯度不超过3 /100m的地区为地温正常区；超过3/100m为高温异常区。同时还指出原始岩温高于31 的地区为一级热害区，原始岩温高于37的地区为二级热害区。2.2.3煤矿安全规程规定煤矿
11、安全规程明确规定：采掘工作面空气温度不得超过26，机电硐室的空气温度不得超过30，并且当上述两项工作地点的空气温度超过30 和34时，必须停止作业。2.3国内外矿井热害情况概述国外关于矿山地热和区域性地温预测方面，尚未见到系统的研究资料。在我国，己有的降温技术研究，都是在矿井建井期内或生产遇到热害之后进行的。但这种研究受矿井设计条件的限制。实践使人们认识到，热害矿山的治理，必须在新矿井设计时，按照一定的设计原则进行综合考虑，才能取得最佳的技术经济效果。这就要求人们预先探知井田的地温条件和预计井下的气候状况。矿井空气与围岩(包括其他热源)热交换计算技术的发展，已使对矿井热害程度的预测成为可能。有
12、关高温矿井的文献可追溯到16世纪。1740年，法国曾有人对金属矿的地温进行过观测。18世纪末，英国开始系统地进行矿井巷道的温度观测，从而看出温度随深度的增加而升高。钻孔测温始于19世纪后半叶，在1882一1900年间，欧洲打了两个深孔，一个深1959m，孔底温度为69.3；另一个孔深222lm，孔底温度为83.4。两钻孔的全孔增温梯度都是3.12/l00m。所以在一个相当长的时期内，都认为地壳的增温梯度大体为3/100m。后来，不同地质条件下的钻孔测温资料日渐增多，由不同岩石组成的剖面都有了测温数据之后，这一概念才得到修正。矿山地热工作是把地温作为一种矿产开采条件进行研究的。地温测定和热害治理
13、是矿山地热工作的两个核心。我国煤田勘探中的钻孔测温，始于上世纪60年代川。1974年，平顶山矿务局与中国科学院地质研究所地热室合作，对平顶山八矿，后扩大到整个平顶山矿区进行了为期4年的研究工作。1978年提出研究报告。同年5月，前煤炭工业部地质局在平顶山召开了由各省、自治区煤田勘探技术人员参加的地温会议，决定在全国煤田勘探中开展测温工作，会议为此草拟了一个暂行规定并立即颁发试行，会议还讨论确立了划分一、二级热害区的概念，并组织有关人员着手编写矿山地热概论一书。1980年，上述暂行规定被纳入部颁煤炭资源地质勘探规范(试行)，地温条件评述已成为地质报告中的规定内容之一，地温已被正式认定为煤矿的一个
14、新的开采技术条件。1981年，矿山地热概论问世。1982年，国务院颁发了矿山安全条例，其中规定了地质勘探报告应对有热害的矿山提供地热资料的种类和名称：1986年，由国家储委修订颁发的煤炭资源地质勘探规范也将地温测量工作、地温条件评价的有关规定纳入相应条文。从上世纪70年代初至80年末，中国科学院地质研究所地热室与原煤炭工业部合作，先后对开滦、充州的东滩、平顶山、黄县煤矿以及豫西等六个矿区进行了专题研究，所取得的成就可以归结为以下几点川：(l)与矿山地热有关的地热基础理论知识在采矿和勘探部门得到一定程度的普及。(2)研制了地热测量所需的仪器装备，如精度较高的测温仪器和岩石热物理性质测试装备，为地
15、温测量提供了手段。(3)以钻孔热平衡理论为基础，建立了稳态测温、近似稳态测温和简易测温方法，在矿产勘探中已广泛应用。(4)对典型高温的平顶山矿区进行了地温评价和深部地温预测，预测精度经验证达到12的高水平，所推出的预测方法具有普遍意义。(5)总结了矿山地热的研究方法，提出并改进了矿山地温类型的划分标准，这对地质勘探和矿井地质工作中的地热工作，有较大的指导意义。1978年以后，煤田地质勘探全面开展地温测量，这标志着矿山地热工作步入新阶段。测温工作的普遍开展，一方面迅速改变了煤田和矿区严重缺乏地温资料的状况，为矿山的建设和远景规划提供了资料；另一方面，在普及地温测量的实践中，也出现了一些新的问题，暴露出在地温勘探方法上存在的某些缺陷，有待解决。因此。改进、完善地温勘探方法是当前面临的一个大的任务。我国对矿山热害的治理研究工作起步于50年代初期。当时，煤炭科学研究院抚顺研究所就对抚顺煤矿用的充填料干溜过的油页岩的放热、井上下气温变化和地温进行过调查、测定。此后还在抚顺、淮南、合山、平顶山、北票、长广、新汉等矿务局(矿)进行了井下热源考察和风流温度预测
