淺析煤礦深井熱害及其防治技術(shù)

1.深井熱害的成因
　　1.1地面大氣溫度的變化
　　井下的風(fēng)量一部分是由地面風(fēng)流流入煤礦內(nèi)部供應(yīng)的。眾所周知，地面大氣的溫度是隨季節(jié)做周期性變化的，夏季氣溫高，冬季氣溫低，甚至一天之內(nèi)氣溫都有較大的波動(dòng)。這種氣溫的周期性波動(dòng)，對(duì)井下的氣溫有直接的影響。對(duì)于原巖溫度在28℃以上的礦井，巷道圍巖調(diào)節(jié)圈對(duì)夏季風(fēng)溫的調(diào)節(jié)作用隨著原巖溫度的升高而減弱，還會(huì)出現(xiàn)季節(jié)性熱害現(xiàn)象。
　　1.2圍巖溫度
　　圍巖溫度隨著開(kāi)采深度的加大呈線性增加，當(dāng)流入巷道的風(fēng)流與圍巖存在溫差時(shí)，兩者之間就會(huì)產(chǎn)生熱量傳遞。圍巖的傳熱主要取決于圍巖與風(fēng)流之間的溫度差和傳熱系數(shù)的大小，由于圍巖受地?zé)嵊绊?，溫度高于井巷風(fēng)流，對(duì)流換熱過(guò)程中把一部分熱量傳給風(fēng)流，使風(fēng)溫上升，且風(fēng)流滯留時(shí)間越長(zhǎng)，通風(fēng)距離越遠(yuǎn)，換熱現(xiàn)象也越顯著。
　　1.3井下物質(zhì)的氧化生熱
　　煤礦中具有自燃傾向性的煤炭自開(kāi)采后呈破碎狀態(tài)，與空氣接觸，自身發(fā)生物理化學(xué)變化，氧化放出的熱量也是使井下氣溫升高的一個(gè)重要原因，當(dāng)散熱較多時(shí)，甚至?xí)l(fā)煤炭的自然發(fā)火，造成礦井火災(zāi)。除此之外煤巖以及其他有機(jī)物的緩慢氧化，井下爆破作業(yè)等均會(huì)導(dǎo)致礦井氣溫的升高，高溫?zé)岷Φ男纬伞?
　　2深井熱害的影響
　　2.1影響作業(yè)人員的身體健康
　　人體的熱平衡主要通過(guò)皮膚表面與周?chē)諝獾膶?duì)流、輻射和蒸發(fā)散熱，其中對(duì)流和輻射的效果主要取決于空氣的溫度，蒸發(fā)散熱取決于相對(duì)濕度和流速。在礦井深部高溫環(huán)境中，汗液蒸發(fā)是煤礦工人最主要的散熱方式。隨著深井氣溫的升高，環(huán)境呈高濕狀態(tài)，人體蒸發(fā)散熱較慢，直接導(dǎo)致體溫升高。若作業(yè)人員長(zhǎng)期在高溫環(huán)境中工作，將會(huì)使人的各項(xiàng)身體機(jī)能下降，輕則注意力分散，精神恍惚，嚴(yán)重時(shí)會(huì)給人的神經(jīng)系統(tǒng)帶來(lái)?yè)p傷，誘發(fā)各種疾病。
　　2.2影響煤礦的生產(chǎn)效率
　　當(dāng)煤礦工人長(zhǎng)期在高溫環(huán)境中作業(yè)時(shí)，由于受氣溫的影響，精神狀態(tài)不佳，易產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象，肌肉的活動(dòng)能力也會(huì)顯著下降，這些都會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效率大大降低?？茖W(xué)研究表明，當(dāng)井下作業(yè)地點(diǎn)的氣溫高于人體體溫時(shí)，每超出1℃，工人的作業(yè)效率會(huì)下降7%～10%，當(dāng)作業(yè)地點(diǎn)的溫度超過(guò)30℃時(shí)，事故的發(fā)生概率是溫度低于30℃時(shí)的1～1.5倍?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定生產(chǎn)礦井采煤工作面溫度超過(guò)30℃，機(jī)電設(shè)備硐室溫度超過(guò)34℃時(shí)，必須停止作業(yè)，撤出人員，采取措施，進(jìn)行處理。
　　2.3瓦斯異常突出
　　一般認(rèn)為，瓦斯在煤中的吸附屬于單層物理吸附，溫度升高，瓦斯解吸速度加快，瓦斯分子活化能升高，脫離煤的表面成為游離瓦斯分子。游離瓦斯分子大量積聚導(dǎo)致井下瓦斯?jié)舛壬摺Ｔ谕咚箲?yīng)力和地應(yīng)力的綜合作用下，煤與瓦斯突然向采掘空間大量噴出，這種現(xiàn)象稱為煤與瓦斯突出。發(fā)生煤與瓦斯突出時(shí)，采掘工作面的煤壁將遭到破壞，大量的煤與瓦斯將從煤層內(nèi)部以極快的速度向巷道或采掘空間噴出，充塞巷道。同時(shí)此過(guò)程中還伴有強(qiáng)大的沖擊力，將摧毀巷道設(shè)施，破壞通風(fēng)系統(tǒng)，嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)發(fā)生風(fēng)流逆轉(zhuǎn)，造成人員窒息;發(fā)生瓦斯爆炸、燃燒及煙流埋人事故。
　　3 防治深井熱害的措施
　　3.1非人工制冷降溫技術(shù)
　　3.1.1通風(fēng)降溫
　　通風(fēng)降溫是通過(guò)加大井下的通風(fēng)量來(lái)達(dá)到降溫的目的，通過(guò)此種途徑處理高溫具有較好的效果。煤礦實(shí)際生產(chǎn)中，可通過(guò)以下幾種通風(fēng)措施降低溫度。
　?。?）選擇合理的通風(fēng)系統(tǒng)：應(yīng)盡可能選擇進(jìn)風(fēng)路線長(zhǎng)度較短的礦井通風(fēng)系統(tǒng)，合理優(yōu)化通風(fēng)方式，進(jìn)風(fēng)路線越長(zhǎng)，風(fēng)流與圍巖的接觸越多，傳熱越多。一般而言，采用分區(qū)式通風(fēng)可以縮短進(jìn)風(fēng)路線長(zhǎng)度。
　　（2）采用下行通風(fēng)方式：采煤工作面上部水平的圍巖溫度較低，新鮮風(fēng)流從上部水平流入，與圍巖之間傳熱獲得的熱量較少，使進(jìn)風(fēng)流溫度較低。待新鮮風(fēng)流到達(dá)采煤工作面時(shí)，工作面溫升較低。
　?。?）加強(qiáng)通風(fēng)管理：必須具有獨(dú)立、完整的礦井通風(fēng)系統(tǒng)。生產(chǎn)礦井必須采用機(jī)械通風(fēng)，必須同時(shí)安裝兩臺(tái)主通風(fēng)機(jī)。礦井主要通風(fēng)機(jī)必須在合理工況范圍內(nèi)運(yùn)行，運(yùn)行效率不得低于60%，風(fēng)壓不得高于最高允許風(fēng)壓的90%。
　　3.1.2煤層注水降溫
　　開(kāi)采之前利用鉆孔將低溫水注入煤體中，注水后，低溫水通過(guò)壓差、滲透、毛細(xì)作用進(jìn)入煤層的各個(gè)部分充滿整個(gè)煤體。使得煤體的含水量、導(dǎo)熱系數(shù)和熱容量增大，煤體的溫度不易升高，同時(shí)由于水具有較大的比熱容和汽化潛熱，對(duì)礦井降溫是十分有利的。
　　3.1.3個(gè)體防護(hù)
　　在井下的某些工作地點(diǎn)，氣候條件較為惡劣，由于技術(shù)或經(jīng)濟(jì)上的原因采取其他降溫措施難以達(dá)到理想的效果，這時(shí)可以采用讓作業(yè)人員穿上冷卻服的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)個(gè)體防護(hù)，維持身體熱平衡。冷卻服可有效避免高溫環(huán)境對(duì)人體的輻射和對(duì)流傳熱，同時(shí)具有吸收熱能，將人體與高溫環(huán)境隔絕的功能。
　　3.2人工制冷降溫技術(shù)
　　3.2.1空氣壓縮制冷降溫
　　空氣壓縮制冷降溫是利用壓縮空氣作為制冷裝置的工質(zhì)，通過(guò)一級(jí)或多級(jí)壓縮，把濕空氣壓縮到高壓狀態(tài)，向需冷工作面噴射冷氣制冷，其吸熱及放熱過(guò)程均為定壓過(guò)程。
　　3.2.2人工制冷水降溫
　　目前，當(dāng)采用通風(fēng)降溫技術(shù)不能有效降低礦井溫度時(shí)，采用最多的是蒸汽壓縮式制冷降溫技術(shù)。按照制冷機(jī)組在井上、井下的安裝位置不同，蒸汽壓縮式制冷降溫系統(tǒng)可分為：井下集中式、地面集中式、井上下聯(lián)合式、分散式四類。實(shí)踐證明，地面集中式和井上下聯(lián)合式在經(jīng)濟(jì)方面具有優(yōu)越性。自上世紀(jì)70年代蒸汽壓縮式制冷降溫技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，其發(fā)展迅猛，制冷技術(shù)不斷成熟，已成為礦井降溫的主要手段。
　　3.2.3人工制冰降溫
　　人工制冰降溫技術(shù)是通過(guò)地面制冰廠制取的顆粒狀冰或泥狀冰在風(fēng)力、水力等動(dòng)力下或依靠自身重力由垂直輸冰管道輸送到井下的融冰裝置中，形成0℃左右的水，再由供水管道送至需冷工作面，達(dá)到治理熱害的目的。人工制冰降溫系統(tǒng)包括三個(gè)主要組成部分：冰的制備、冰的溶解和冰的溶解，其中冰的融化是制冰降溫系統(tǒng)中一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，但目前這種技術(shù)還很不成熟，具有較大的發(fā)展空間。