矿井热源分析及降温措施

矿井热源分析及降温措施

朱春阳徐明

（永煤股份新桥煤矿安检科河南永城 476600）

摘要：随着矿井采深的不断增加，地热的危害越来越严重，因此，解决矿井的热害将成为未来矿井井工开采安全的一个主要研究方向。

关键词：热源分析降温措施

1、引言

深部开采是未来发展的必然趋势。率先进入深部开采是金属矿山，早在本世纪初，南非金矿的开采深度就己超过2000m。据不完全统计，国外开采超过千米的金属矿山有80多座，其中南非就有40多座矿井开采深度超过1000m，其中一半多已达2000～3000m。

随着煤炭工业的发展，地壳浅部煤炭资源不断枯竭，矿井开采深度逐年增加。据有关资料:我国预测煤炭总储量的70%以上埋藏在600m以下，煤炭资源从浅部开始，随着煤炭的采出，开采煤层的埋藏深度必然要增加，开采规模的扩大和机械化水平的提高又加速了生产矿井向深部发展，我国生产矿井1980年的平均深度为288m，而1995年的平均深度为428m，相当于每年以10-12m的速度向深部发展。而东部矿井正以每10年100～250m的速度发展，预计在未来20年很多煤矿将进入到1000～1500m的深度。因此，煤矿深部开采是大多数主要采煤国家目前和将来要面临的问题。

随着矿井开采逐渐向深部发展，地热的危害越来越明显。热害将严重威胁煤矿安全生产。因此，降温工作必须得到重视。

2、矿井热源分析

2.1地面大气温度

地面气温直接决定着矿井井下气温，对于浅井影响则更为明显。

2.2空气压缩

当空气沿井筒向下流动时，由于井筒加深，空气受压缩，使气温升高。

2.3岩石温度

地面以下岩层温度的变化可分为三带：变温带、恒温带、增温带。

恒温带以下岩石的温度随深度而增加（地温梯度约为2.5～3.5℃

/100m）。当岩体温度高于进入井内空气的温度时，岩体内部的热量就会传递到巷道壁，再由岩壁散发到空气中，使空气加热而升温。

2.4氧化物的热量

氧化反应一般都是放热反应，因此氧化反应一般都伴随有热量的产生，在井下主要有以下几种氧化反应产生较大的热量：

2.4.1硫化物氧化

井下硫化物主要有爆破产生而引起了较大的热量和含硫有机物在长期暴露空气中氧化散热，有的岩石中也含有硫，在逐渐氧化过程中也会产生一定的热量，都使井下的空气温度有不同程度的升高。

2.4.2煤炭运输过程的氧化

煤炭在运输的过程中，煤炭与风流中的氧气进行复杂的摩擦和氧化过程，不断的产生热量，不断的向风流加热，使风流在运行过程中不断的升温不断的加快煤炭的氧化，形成不利循环，最终导致风流温度不断提高。

2.4.3撒落煤的氧化

撒落煤不断的沉积本身就会在沉积过程中自燃产生热量，并且散发到空气中去，同时表面不断的被风流氧化产生一部分热，也增加了空气温度。

2.5机电设备散热

随着机械化、生产集中化程度的提高和产量的增大,机电设备的容量大大增加,其散热量也增大很多,必然影响采掘工作面的风温。例如:平顶山八矿综采工作面的装机容量高达3000kW左右,其散热量为640kW,占该采面内总热量的2.7%。

2.6地温

在垂直井筒内，空气压缩会产生热量，如果不考虑蒸发散热，深度每增加102m，风流温度会增加1℃。那么一个煤矿井底深度为816m温度就增加8℃。因此地温对井下空气温度有很大影响。

3、降温措施

3.1通风降温

通风是目前解决温度最经济并且相对最有效的方法，并且一般情况下，空气温度在31℃～37℃采用通风的方法是比较有效果的，高于37℃一般采用通风的效果不太明显。

3.1.1通风系统、风量

通风系统决定于开拓系统，因此由于开拓方式的不同,入风路线长度也不同,因此风流到达工作面时温度也不同。通常分区式开拓可大大缩短入风路线的长度,从而降低入风流到达工作面前的温升。实施证明,混合式开拓方式对矿井的降温效果较好,应予以重视。

加大风量，这在很多矿都有实践经验，也是现场通风管理人员通常采用最多的方法，例如：平煤八矿丁5-6-11030工作面，风量由990m/min增加到1280 m/min，气温平均降低2.5℃。这些都是现场实践的宝贵经验。

3.1.2下行通风

在通风方式既定的情况下，改变工作面的通风方式也是可以降低空气温度的一种好办法。这主要有以下两个原

因：

①实行下行风可以缩短进风路线,新鲜风流在岩温较低的巷道流动,减少围岩散热。

②实行下行风可使运输巷的机电设备处于回风流中,减少其散热量进入工作面,对改善工作面气候条件是极为有利的。

3.1.3硐室单独回风

电气设备一般都布置在进风流中，不利于降温在设计的源头将电气散热规划好，尽量把电气设备硐室布置为单独回风，这样将电气设备的散热直接引入回风流。

3.1.4优化工作面的参数

适当地减少工作面长度、增加采高、提高推进速度,非常有利于深井降温。

3.2机械设备降温

机械设备降温在平煤集团、枣庄集团、兖矿集团曾应用过，取得了一定的效果。

3.2.1空气制冷机降温

主要由涡轮膨胀机、水冷却器、水分离器、限流环、消音隔热风筒以及控制仪表等组成。工作原理是:来自井下干管的压缩空气经降压限流后把空气降低到0.2MPa(表压),然后进入涡轮机进行升压、冷却、膨胀制冷,输出-30℃的低温空气,再由消音隔热风筒送往掘进工作面降温。安装在距工作面450m 处。在供气压力0.2MPa供风量18m3/min,冷却水量1.5t/h时,开机40min后,就把掘进工作面的气温由34℃降到24.8℃,作业条件大大改善。随着开机时间的延长,掘进工作面的降温范围逐步扩大,

迎头降温幅度最大一般为6～8℃,距掘进工作面越远降温幅度越小。这在平煤五矿进行过实验，效果还是比较明显的。

3.2.2其他制冷设备

矿用防爆制冷机、矿用高压空冷器、冷凝热排放系统等都在矿井有很多应用，但目前还没有较大全面的推广。这里不再一一赘述。

3.3其他措施

3.3.1局部降温

采煤工作面温度最高点集中在工

作面的上隅角，对面内工作人员影响不大。必要时可采用引射器通风进行局部降温；掘进工作面受热害影响最大，由于接近迎头出风口风量直接对供风的

影响，因此在迎头的风量较大，感觉比较凉爽，后巷风量较小，并且风流容易紊乱，因此可采用局部降温，与局部通风同时供风、供冷，以改善工作面环境。

3.3.2喷雾降水

根据热力学原理，如果喷雾洒水用