1、.：.；1.9煤礦熱害及其防治技術運用現狀1.9.1 煤礦熱害現狀隨著社會的開展和煤炭資源需求的日益添加，煤炭產量日益增大，淺部煤炭資源越來越少，世界各主要采煤國家相繼進入深部開采。隨著開采深度的添加，地溫也隨之升高。德國和俄羅斯的一些煤礦開采深度已達14001500m；南非卡里頓維爾金礦開采深度達3800m，豎井井底己達地表以下4146m；加拿大超千米的礦井有30對，美國有11對。我國煤礦目前的開采深度平均每年以812m的速度添加，采深超越1000m的礦井已有數十對，沈陽采屯煤礦開采深度為1197m、開灤趙各莊礦開采深度為1159m、新汶孫村礦為1059m、北京門頭溝開采深度為1008m、長

2、廣礦開采深度為1000m。據世界各地的丈量資料，全球平均地溫梯度約為3/100m。據我國煤田地溫觀測資料統計，百米地溫梯度為24/100m，已探明的儲量中，10002000m深處的煤炭儲量占總儲量的53.2%。根據2001年有關統計，我國已有130多對礦井出現了不同程度的熱害，全國煤礦中采掘任務面氣溫超越30的高溫礦井有88座不含年產量30萬噸/年以下的礦井，其中30-32的有31座，32-35的有37座，35以上的有20座。按我國行政區域劃分：華中地域有18座，其中以平頂山、豐城和許昌為代表；華東地域有39座，其中以兩淮、兗州、新汶、徐州含大屯和巨野為代表；華北及東北有26座，其中以峰峰邯鄲

3、、邢臺、大同、開灤、鐵法、北票、撫順、遼源和雞西為代表；其它地域湖南2座、甘肅1座、廣西1座、福建1座5座，據最近有關資料，西北的新疆地域煤礦也存在礦井高溫熱害問題。綜上，礦井熱害問題越來越嚴重，已成為與礦井瓦斯、火、粉塵、礦壓、水并列的六大災禍之一，熱害已嚴重了影響井下作業人員的身體安康、任務效率和礦山經濟效益，甚至影響整個國民經濟的可繼續開展。1.9.2煤礦熱害的危害1.9.2.1 熱害對人的危害在高溫熱害礦井中，任務人員的身心安康遭到極大的影響。例如，鶴壁六礦回采任務面風溫高達32，相對濕度達99以上，1984年8月30日，1個班就有4名礦工中暑倒在任務地點。平煤集團五礦在1996年69

4、月份，井下工人每天都有中暑和被熱擊的，礦山救護車根本每天叫，最多的一次，一班有8人中暑。新汶礦業集團孫村煤礦2002年79月份，采煤任務面正常任務時每班有48人，但實踐出勤人數只需56人，采煤任務幾乎癱瘓，致使三個月的產量沒有正常時一個月的高。日本1979年全國調查統計，3040 氣溫的任務面，比低于30 時的事故率高3.6倍；南非多年的調查統計，當礦內作業地點的空氣濕球溫度到達289 時，開場出現中暑死亡事故。氣溫每添加1，礦工勞保醫療費添加810%；根據南非的最新統計，在濕球溫度32.833.8下任務的工人，千人中暑死亡率為0.57，表1為南非金礦井下溫度與事故率的關系。表1 井下溫度與事

5、故率的關系作業地點氣溫/27293132工傷頻次/千人0150300450在高溫環境中，人的中樞神經系統容易失調，從而感到精神恍惚、疲勞、周身無力、昏昏沉沉，甚至中暑昏倒、嘔吐和濕疹等，高溫高濕環境使工人的身體和任務才干遭到極大的損傷，同時這種精神形狀成為誘發事故的緣由。1.9.2.2 熱害對機電設備的危害礦井里任何機電設備、電纜均是經過與環境的對流來分發本身所產生的熱量，其任務環境溫度、濕度超越規定的限值或長期處在限值附近時，必將導致設備散熱困難，以致發生設備缺點。有關統計外表，氣溫每添加1，井下機電設備的缺點率添加1倍以上。機電設備的環境溫度要求：我國礦用普通型機電設備的任務環境溫度為40

6、；礦用隔爆型機電設備的45。但這并不等于說，只需到了上述限值才會發生設備缺點,假設機電設備長期處在上述限值附近，那么機電設備缺點率將大增。日本通產省的調查統計闡明：機電設備在相對濕度90%以上、氣溫為3034的地點任務時，其事故率比低于30的作業地點高3.6倍。這也是我國為甚么規定機電設備硐室空氣溫度不得超越34的緣由。綜上所述，熱害問題已成為制約煤炭工業開展的瓶頸，影響了整個國民經濟的可繼續開展，因此煤礦熱害防治從思想、人才隊伍建立和技術配備資料等多方面提出較高的要求。1.9.3煤礦熱害防治技術運用現狀國外礦井熱害防治技術自20世紀20年代即已興起，至今已有80余年的歷史，但是迅速開展并廣泛

7、運用是在20世紀70年代以后，我國開展礦井降溫技術研討也近50年。縱觀國內外礦井降溫技術，可分為非人工制冷降溫技術和人工制冷降溫技術。1.9.3.1 非人工制冷降溫技術非人工制冷降溫技術主要以通風降溫為主，再輔助以其他降溫措施，如控制熱源、控制風流、個體防護以及其他方法等。1 添加風量實際和實際都證明，在一定條件下如原風量較小，添加風量是熱害礦井最經濟的治理手段之一，添加風量不僅可以排出熱量、降低風溫，而且還可以有效地改善熱體的散熱條件，添加溫馨感。但添加風量到一定程度時，增風降溫效果就會減弱，同時也遭到井巷斷面和通風機才干的各種因數的制約，有一定的運用范圍。聯邦德國曾對U型通風的采煤任務面有

8、效溫度與巖層溫度的關系進展討論，得出當巖層溫度達40時，任務面有效溫度上升到32(聯邦德國礦內熱環境的允許作業溫度上限)，巖層溫度每添加1，有效溫度添加0.7；“巖層溫度超越40，就不能采用添加風量降溫措施。南非麥菲爾遜M.J也以為，當原巖溫度超越40，必需減少空氣量，添加空氣冷卻度。2 選擇合理的開辟開采方式和礦井通風系統1確定合理的礦井開辟開采方式，盡量減少圍巖和煤體的與風流的接觸面積，有效減少排熱亮；2盡能夠縮短進風道路的長度，以減少圍巖的散熱量；3盡量防止煤流與風流反向運轉，以防止煤炭運輸放熱和設備放熱帶入任務面；4回采任務面采用下行通風，由于采用下行通風時，風流是從路程較短的上部巷道

9、進入任務面，且減少了煤炭放熱的影響。3 控制熱源的放熱量1巷道隔熱，在高溫巷道噴涂或充填絕熱資料，減少圍巖放熱；2管道和水流隔熱，減小管道放熱，減小熱水對風流的增溫增濕作用；3合理擺放熱源體位置，如發熱量大的大型機電硐室應獨立回風，以減小機電放熱。4個體防護 對于個別氣候條件惡劣的地點，由于經濟和技術上的緣由，不能采取其他降溫措施時，可對礦工采取個體防護，穿戴輕便的冷卻背心或冷卻帽。南非加爾德萊特公司消費的冷卻背心干冰用量為4Kg，制冷量為80106W，冷卻時間達68小時；德國米塔爾公司的冷卻冰背心，冰量為5kg，沒有冷媒循環系統和運動部件，制冷量220W時可繼續2.5小時。平頂山礦務局科研所

10、還開發出了個體防護冷卻用的冰背心，由于該冰背心溫度不可調理，在平一礦試用了一段時間。試用闡明，工人長期穿冰背心3個月，就會出現關節炎、風濕性心臟病。5 其他措施其他的措施如煤層注水預冷煤層、在進風巷道放置冰塊、利用調熱圈巷道進風等，實際外表，這些措施的降溫效果皆不理想。另外，還可以縮短勞動時間，將“三八作業制改為“四六作業制，間歇性休憩，為任務人員提供高溫補貼和防暑飲料等。1.9.3.2 人工制冷降溫技術縱觀國內外，自20世紀70年代，人工制冷降溫技術在礦井熱害防治中的運用開場迅速開展，運用越來越廣泛成熟。美國、德國、南非、印度、波蘭、俄羅斯和澳大利亞等國家多采用該項技術。我國自80年代采用機

11、械制冷來治理熱害，經過90年代的開展，到21世紀曾經在規模上到達興隆國家程度，技術上與興隆國家還有一定的差距。從礦井熱害治理的現狀和趨勢來看，人工制冷降溫技術曾經成為礦井降溫的主要手段。1 人工制冷降溫技術的分類人工制冷降溫技術根據熱力學特點的不同又可分為人工制取冷水降溫技術、人工制冰降溫技術和緊縮空氣制冷降溫技術。第一類，人工制取冷水降溫技術。1蒸汽緊縮式循環制冷技術，主要是以氟里昂和氨為制冷劑的冷水機組，主要是制取冷水，如圖1.9.1所示；2以熱電站為熱源的溴化鋰制冷，如圖1.9.2所示，再串聯緊縮式制冷機組或氨吸收式制冷機組制取冷水。圖1.9.1 蒸汽緊縮制冷 圖1.9.2 吸收式制冷第

12、二類，人工制冰降溫技術。人工制冰降溫系統主要分為制冰、輸冰、融冰、輸冷、排熱五個環節，其工藝表示圖如圖1.9.3所示。圖1.9.3 制冰降溫系統工藝流程表示圖第三類，緊縮空氣制冷降溫技術。又有渦輪式空氣制冷、變容式空氣制冷、渦流管式空氣制冷和壓氣引射器制冷等方式。緊縮空氣制冷降溫技術是利用空氣緊縮機出來的緊縮空氣經過空氣制冷機降溫，變成低溫的高壓空氣，出來后與局扇風筒中的空氣混合而到達降溫的目的。根據工藝的不同可分別運用于掘進任務面和采煤任務面，如圖1.9.4、圖1.9.5所示。圖1.9.4掘進面降溫工程布置表示圖圖1.9.5 采煤任務面降溫工程表示圖2 人工制冷降溫布置方式人工制冷降溫技術根

13、據制冷站的布置方式可分為地面集中制冷降溫系統、井下集中制冷降溫系統、井上下結合集中制冷降溫系統和井下部分制冷降溫系統。地面集中制冷系統，包括制冰、吸收式制冷、蒸汽緊縮式制冷、吸收制冷與蒸汽緊縮制冷結合的方式傳統的說法叫熱電冷聯產，地面集中制冷降溫系統表示圖如圖1.9.6所示。圖1.9.6 地面集中制冷降溫系統井下集中制冷降溫系統，制冷和排熱都在井下進展，其系統表示圖如圖1.9.7所示。圖1.9.7 井下集中制冷降溫系統表示圖部分制冷降溫，制冷排熱都在井下進展，如如今的挪動制冷機制冷、空氣緊縮制冷，其系統表示圖如圖1.9.8所示。圖1.9.8 部分制冷降溫系統布置表示圖3人工制冷降溫國外運用現狀

14、20世紀20年代初，南非、巴西等國家的金礦開采，已深化到1000m以下，出現了礦井熱害。1912年，南非最早系統研討了礦井風流熱力學規律。1920年巴西的莫勞約里赫金礦在地面安裝了第一臺制冷量為1768KW的氨制冷機，建立了世界上第一個礦井空調系統。1924年，德國的依本比倫煤礦建立了井下集中制冷降溫系統。1939年，比利時的Les lie geoi 煤礦地面安裝集中制冷站，制冷量800USRT，效力1000m深采掘任務面降溫，并采用皮爾頓透平機減壓。1951年，德國Neumilhl煤礦在-770m程度掘進面安裝小型部分降溫設備，是世界上最早運用部分降溫的國家。世界上開采深度最大、降溫系統規模

15、最大的當屬南非金礦。1971年南非己有44個礦井采用人工制冷降溫，總制冷量達16.8萬千瓦。1975年，除南非金礦外，世界各國大都是采用部分降溫系統，如原蘇聯研制勝利了礦用挪動式制冷機，在煤礦和金屬礦獨頭掘進巷道中得到運用。1975年以后，各國礦井降溫任務的開展異常迅速，在德國、俄羅斯、烏克蘭、英國、比利時以及印度等國建立了近百個大型礦井制冷降溫系統。1986年南非的Anglogolds Mponeng 金礦，該礦開采深度3000m以上，總裝機制冰量8800t/d，制冷量為24MW，采用以色列產真空制冰機制取顆粒狀冰，構成了完好的制冰、程度輸冰、垂直輸冰、井下融冰工藝，為世界各國自創冰降溫起到

16、了決議性作用。南非開發電真空制冰降溫的主要緣由是：井深大，熱害嚴重，傳統的井下集中制冷規模受限；采用地面集中降溫時，井下熱壓轉換設備技術要求高、投資大；采用電制片冰降溫時，冰堵嚴重、能耗大、投資大、運轉本錢高。因此，采用真空冰降溫的根本目的是為了防止傳統降溫方法存在的問題，但從技術經濟角度綜合思索，南非相關規程規定：“礦井采深超越3660m，消費程度原始巖溫超越65時才采用冰冷降溫，美國ASHRAE規范規定：“當礦井開采深度超越3660m，且水和空氣排熱性能受限時，可思索冰冷降溫系統。我國煤礦目前，乃至今后很長一段時間，開采程度巖溫超越65的礦井數量極少。1989年，南非一金礦建成緊縮空氣制冷

17、空調系統，管道保送被緊縮成液態的空氣至井下，經膨脹后與任務面風流摻混，實現對任務面風流的冷卻。1989年，波蘭推出了渦流管式空氣制冷安裝，在掘進任務面運用獲得了一定的空調效。德國截至1990年全國煤礦32座礦井就有27對采用了機械降溫，總制冷才干為300MW。目前，南非、德國、英國、加拿大等國家，在制冷安裝和熱交換設備的容量、安裝地點的選擇、設備選型和提高設備制冷效率等方面的研討較多。美國是世界上礦井降溫專利、專著最多的國家。4人工制冷降溫在我國運用現狀我國在上世紀60年代初開場采用部分制冷空調，如武漢冷凍機廠研制了JKT70型礦用挪動式冷水機組，制冷量為232KW。19641975年，在淮南

18、九龍崗礦設計了我國第一個礦井部分制冷降溫系統。19821987年，新汶礦務局孫村煤礦在400m程度建立了我國第一個井下集中空調系統，制冷站制冷才干為326KW，設備選用重慶通用機器廠消費的IIJBF50O型離心式制冷機，制冷量為581KW，投資600萬元。19861991年，平頂山八礦建立了我國第二個井下集中空調系統，制冷站制冷才干為4652KW。采用IIIJBF100O型離心式制冷機，制冷量為1163KW，投資1000萬元。 1993年7月，平頂山礦務局科研所和原中國航空工業總公司第609研討所改裝成KKL10渦輪空氣緊縮制冷機，制冷原理為緊縮空氣對外膨脹對外做功制冷。19921995年，山

19、東新汶礦務局建立了我國第一個礦井地面集中制冷降溫系統，引進美國設備，設計制冷才干為5600KW，當時可算是亞洲最大的礦井制冷降溫系統，投資2300萬元。1997年，平煤八礦采用塊冰制冷，經過保溫車運到掘進任務面構成冰水混合物，經過空冷器實施掘進面降溫，獲得了較為明顯的降溫效果，但由于運冰過程影響消費運輸，無法實現延續、穩定降溫，且降溫運轉本錢高等，導致該項技術未能推行。2002年夏，潘三礦1442任務面配備了一臺LFJ-160礦用挪動式冷風機組，降溫12。同年，新集礦210807綜放面配備了兩臺德國LKM-290型礦用冷風機組，降溫2左右。2004年6月15日，新汶孫村礦建立冰冷低溫輻射降溫礦

20、井空調系統，由制冷、制冰、輸冰、融冰、輸冷、散冷等六大系統組成，投資5600多萬元，一期工程日產冰達500噸。2006年淮南礦業集團公司從德國WAT公司引進了6臺DV400井下挪動式大氣降溫機組成2套任務面部分降溫系統，分別在潘一礦2171(1)、潘三礦14102(1)2個高溫任務，降溫幅度23。2007年，安徽國投新集劉莊礦和德國西瑪格協作安裝兩套制冷設備，合計制冷才干5.5MW，可向井下冷卻循環回路提供3、300m3/h冷凍水，總投資1億，僅電費運轉本錢200萬元/月。2007年，平煤集團四礦設計安裝了利用電廠余熱的熱電冷聯產的雙效溴化鋰吸收式制冷機組一套，螺桿式乙二醇制冷機組3套，總裝機

21、制冷量12260KW，一期工程制冷量7750KW，首期投資4500萬，僅電費運轉本錢50萬元/月。2021年，淮南礦業顧橋礦建成30噸/日制冰站，將冰運輸至井下撒冰，或將冰塊放置于局扇進風口，效果較差。2021年，淮南礦業丁集礦、顧橋礦、潘一礦、潘三礦等正在積極引進德國設備，建立熱電冷聯產的地面集中制冷降溫系統。2021年，重慶永榮礦業永川煤礦正在打造降溫效果與經濟并重的礦井降溫系統。5人工制冷系統技術比較地面集中制冷系統，包括制冰、吸收式制冷、蒸汽緊縮式制冷、吸收制冷與蒸汽緊縮制冷結合的方式流行的說法叫熱電冷聯產；井下集中制冷系統，制冷、排熱都在井下進展；井上井下結合，包括井下制冷地面排熱式

22、、井上井下二級制冷地面排熱式；部分制冷降溫，制冷排熱都在井下進展，如如今的挪動制冷機制冷、空氣緊縮制冷；這些方式各有優缺陷，比較如表1.9.1所示表1.9.1 人工制冷系統比較表空調系統優 點缺 點地面集中排熱方便、平安可靠要用高低壓換熱安裝供冷管道長，冷損大井下集中冷損小 、無高壓冷水系統設備有特殊要求基建、安裝、維護、管理不便結合布置減少冷損系統復雜、設備分散、不易管理部分式冷量損失小、簡單設備分散，排熱困難，不適宜該礦緊縮空氣式制冷才干小、只適用于掘進頭制冰式制冷量大、 適用大型深熱礦井初期投資大、能耗高2.9煤礦熱害防治技術開展戰略2.9.1 加強實際實驗研討礦井熱害治理工程設計是一項

23、系統工程，涉及地球物理學、流膂力學、熱力學、傳熱學、傳質學、力學、環境衛生學、空調技術、給水排水、電氣控制、管網學、監測監控及其他相關設計技術等多個學科，系統復雜。為此各種實際仍需求不斷開展，如準確丈量地溫梯度、熱源調查、采掘面與風流間的對流換熱系數、螺桿緊縮制冷機型線、供冷排熱實際、熱力參數科學測定和預測、井田地溫場與地層構造、水文地質的相互關系等，目前的各種實際仍需繼續開展。加強進展勞動衛生學研討，為制定礦內氣候環境的衛生規范提供科學根據。2.9.2 開展熱害治理技術、配備和資料2.9.2.1個體防護配備高溫礦井個體防護配備主要是冰背心，經過國內外運用閱歷闡明，延續長期運用會導致關節炎、心

24、臟病等病癥，因此，這種個體防護配備不斷都未推行運用開來，我國也只是在平一礦實驗用過一段時間，在其他高溫礦井中未見運用。因此，研制新型的高溫礦井個體防護配備，將在礦井降溫投入上節約大量人力、物力和財力。2.9.2.2強化高效換熱技術及配備安徽劉莊礦引進德國制冷設備建立的集中制冷系統，月運轉費用200萬元。平煤四礦建立了吸收電廠余熱遠大空調加螺桿冷水機二級制冷機組的地面集中制冷系統，僅電費仍需50萬元/月。究其緣由是地面至井下高差較大，載冷劑為水溶液，地面冷凍水需不斷和井下換熱器進展熱交換，目前深井降溫系統中常用的熱壓轉換設備有高低壓換冷器、三腔式換熱系統和透平機能量回收安裝三種， 呵斥電費居高不

25、下，為此可開展“U型管技術，充分利用循環冷凍溶液的勢能動能轉換配備，并改換載冷劑，而不僅僅是實現高、低壓轉換的技術和配備。還需開展制冷降溫分析技術和確定管網系統的經濟流速，以減少運轉費用。人工制冷運轉費用高的因數還有換熱器不夠高效，致使排熱不暢，呵斥制冷效率下降，因此強化高效換熱技術、配備也需求開展。2.9.2.3高效絕熱管網和監測技術及配備我國大部分熱害礦井進風道路都比較長，熱害是由多種熱源的共同作用構成的。下表所示為典型深熱礦井沿風流道路各熱源所占比例。表1 我國典型深熱礦井熱源分布情況礦井稱號圍巖散熱機電散熱緊縮熱運輸散熱氧化散熱其它潘三礦40%24%20%8%6%2%潘一礦36.04%

26、27.66%20.85%7.7%6.45%1.3%平五礦-450m程度51%10%14%19%4%平五礦-650m程度72%6%16%4%2%孫村礦51%8%21%10%6%4%永川礦55.85%13.1%14.51%12.06%4.48%從上表可以看出，我國熱害礦井中，絕大部分熱害都是由地溫引起的，因此研討針對控制圍巖散熱的技術對礦井防治礦井熱害具有重要意義。國內外針對圍巖散熱曾經采取過向圍巖外表噴涂隔熱資料的方法，在噴涂隔熱資料后的一段時間內有一定的效果，時間一長，隔熱資料的作用漸漸減弱直至消逝。這跟隔熱資料的隔熱性能以及巷道半封鎖無限空間的特性有很大關系。因此，研制適宜巷道空間、高效廉價的圍巖隔熱噴涂資料，可節約大量的礦井熱害防治的本錢。2.9.2.4高效經濟絕熱新型絕熱資料很多熱害礦井進風道路都較長且通風系統優化已達極限，熱害礦井中的放熱源主要于圍巖散熱，因此可以開展高效廉價的圍巖絕熱噴涂資料，目前的絕熱資料本錢相對較高。2.9.2.5開