張雙樓煤礦2.4Mta新井設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+文檔】

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30℃，最高達(dá)37℃。全國煤礦熱害突出的礦井有平頂山八礦、新汶?yún)f(xié)莊礦、豐城建新礦、徐州三河尖礦、永榮曾家山礦以及新開發(fā)的巨野礦區(qū)等。我國是世界上熱害礦井最多的國家。我國73.2%煤炭預(yù)測儲(chǔ)量埋深超過1000m。隨著礦井開采深度的增加，熱害問題越來越突出，必須采取相應(yīng)治理措施，以保持適宜的井下作業(yè)環(huán)境。 許多產(chǎn)煤國家的采深已超過1000米，巖溫已超過500 ℃；產(chǎn)量也因采掘機(jī)械化程度的提高而大幅度增長。當(dāng)巖溫和產(chǎn)量都較高時(shí)會(huì)使礦井氣溫升高。礦井氣溫升高，不僅影響井下作業(yè)人員的健康，而且是事故率增加和作業(yè)效率降低，甚至被迫停產(chǎn)，放棄貴重的資源。因此，研究礦井熱源及熱害防治措施，改善礦井氣象，已成為礦井深部開采的重大課題。 隨著礦井開采深度的增加，機(jī)械化程度也越來越高，由此產(chǎn)生的機(jī)械散熱也愈來愈大，礦井中高溫高濕等熱害問題將顯得愈來愈突出。在炎熱的季度，一般人的日排汗量約為1升，在悶、潮、熱的礦井中從事繁重的體力勞動(dòng)時(shí)，8小時(shí)內(nèi)人的排汗量可達(dá)8~ 10升，甚至更高，如不適時(shí)地補(bǔ)充水分，則可能導(dǎo)致人脫水、失鈉、血液濃縮及粘稠度增大，再加上血管擴(kuò)張，血容量更顯不足，以引起周圍循環(huán)衰竭，從而使人產(chǎn)生熱疲勞、中暑、熱衰竭、熱虛脫、熱痙攣、熱疹，，甚至死亡，造成重大安全事故。 目前，學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為，礦井熱害最終將成為制約礦井開采深度的決定性因素。礦井熱害不僅影響井下作業(yè)人員的工作效率，影響礦山的經(jīng)濟(jì)效益，而且嚴(yán)重地影響井下作業(yè)人員的身體健康和生命安全，嚴(yán)重地影響礦山的安全。為此，必須采取切實(shí)有效的方法，對(duì)礦山礦井出現(xiàn)的高溫高濕熱害問題及時(shí)加以解決。 1問題的提出 地溫升高是深部開采(一般認(rèn)為當(dāng)煤層埋深超過700—1000m時(shí)即稱為深部)無法回避的地質(zhì)災(zāi)害問題。在深部開采條件下，地溫升高是井下工作條件惡化的重要原因，持續(xù)的高溫將對(duì)人員的健康和工作能力造成極大的傷害，工人在熱濕的空氣環(huán)境中較長時(shí)間的勞動(dòng)，會(huì)發(fā)生中暑昏到、嘔吐和濕疹等疾病]ll，使勞動(dòng)生產(chǎn)率大大下降和生產(chǎn)事故大大增加，同時(shí)還會(huì)降低井下設(shè)備的工作性能，減少井下設(shè)備的使用壽命。而且隨著采礦工作面采掘機(jī)械化程度的提高，空氣自身壓縮熱、眾多的機(jī)械設(shè)備散熱量顯著增加，這些因素都使得井下井下空氣溫度升高。 表1-1所示為研究得出的不同井下氣候條件下勞動(dòng)人員的感覺。與勞動(dòng)人員的感覺關(guān)系最密切的三個(gè)井下氣候條件因素是風(fēng)流溫度，相對(duì)濕度和風(fēng)速。 表1-1不同的井下氣候條件下勞動(dòng)人員的感覺 風(fēng)溫（℃） 相對(duì)濕度（%） 風(fēng)速（m/s） 礦工感覺 21~28 96 ＜0.5 悶熱 97 0.5~2.0 熱 97 2.0~2.5 稍熱 28~29 97 ＜1.0 悶熱 97 1.0~2.0 熱 97 2.0~3.0 稍熱 97 ＞3.0 涼爽 29~30 97 ＜1.5 悶熱 95 1.5~3.0 熱 96 3.0~4.0 稍熱 95 ＞4.0 涼爽 ＞30 95 ＞4.0 熱 表1-2為經(jīng)過大量的現(xiàn)場調(diào)查研究得出的有效溫度對(duì)勞動(dòng)人員生理上的影響。如表中所示當(dāng)井下的有效溫度大于32℃時(shí)，勞動(dòng)人員在生理上就有不適感，這表現(xiàn)為心跳加快，出汗量增加，當(dāng)井下有效溫度大于35℃時(shí)，人體心臟負(fù)擔(dān)加重，出汗量急劇增加，水鹽代謝也急劇的加快，面臨著極大的熱傷害，身體健康將受到非常大的損害。 表1-2 礦井下不同風(fēng)流有效溫度對(duì)人體的影響 有效溫度(℃) 熱感覺 生理學(xué)作用 肌體反應(yīng) 42~40 很熱 強(qiáng)烈的熱效應(yīng)力影響出汗和血液循環(huán) 面臨極大的熱危害，妨害心臟血管的血液循環(huán) 35 熱 隨著勞動(dòng)強(qiáng)度增加，出汗量迅速增加 心臟負(fù)擔(dān)加重，水鹽代謝加快 32 稍熱 隨著勞動(dòng)強(qiáng)度的增加出汗量增加 心跳增加，稍有 30 暖和 以出汗方式進(jìn)行正常的體溫調(diào)節(jié) 沒有明顯的不適感 25 舒適 靠肌肉的血液循環(huán)來調(diào)節(jié) 正常 20 涼爽 利用衣服加強(qiáng)顯熱散熱和調(diào)節(jié)作用 正常 15 冷 鼻子和手的血管收縮 鉆膜、皮膚干燥 10 很冷 肌肉疼痛，妨礙表皮血液循環(huán) 到目前為止，礦山安全技術(shù)的研究人員和管理人員對(duì)礦井開采過程中的高溫問題的認(rèn)識(shí)和處理還是依靠經(jīng)驗(yàn)為主，因此不能用定量化的方法清楚地認(rèn)識(shí)和預(yù)測開采范圍內(nèi)的地溫及作業(yè)空間內(nèi)的溫度分布狀況，以便采取更為有效的技術(shù)措施，預(yù)防和處理高溫?zé)岷Φ陌l(fā)生。隨著采礦業(yè)的不斷發(fā)展，高溫?zé)岷栴}會(huì)越來越嚴(yán)重，因此僅僅依靠經(jīng)驗(yàn)的方法處理高溫問題是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須運(yùn)用科學(xué)的理論和方法，深刻認(rèn)識(shí)和掌握井下高溫?zé)嵩磁c風(fēng)流間的熱量交換和溫度分布等內(nèi)在規(guī)律，采用科學(xué)的定量化的方法和有效的技術(shù)措施來預(yù)防和處理高溫?zé)岷κ鹿实陌l(fā)生。 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 熱害是礦井的自然災(zāi)害之一，是礦井向深部開采不可避免的問題，在礦業(yè)發(fā)達(dá)國家，熱害問題出現(xiàn)早。如南非、最深金礦已經(jīng)達(dá)到4000m左右，印度、巴西的金屬礦井有的己經(jīng)超過2000 m，俄羅斯、德國、英法等國的超千米煤礦較多。另外，在某種特殊條件下，礦井雖然深度不大，但也會(huì)遇到較高的巖溫或水溫。 2.1礦井熱害的概念 礦井熱害( heat hazard in mine) 是指礦井內(nèi)環(huán)境氣溫超過人體正常熱平衡所能忍受的溫度，導(dǎo)致勞動(dòng)效率降低，事故頻率增加，健康受損，甚至中暑休克。 形成礦井熱害的因素有：入風(fēng)氣溫，地?zé)?，機(jī)電設(shè)備放熱，煤炭或硫化礦石氧化放熱，其他熱源等。 影響人體熱平衡的氣候條件是溫度、濕度和風(fēng)速。中國礦山以干球溫度為指標(biāo)。 2.2煤礦安全規(guī)程規(guī)定及熱害等級(jí)的劃分 2.2.1圍巖的原始溫度測定 1) 深孔測溫法。深孔溫度就是在井巷中， 利用鉆機(jī)向圍巖內(nèi)打水平測溫孔（其深度應(yīng)大于井巷冷卻帶厚度），再將在試驗(yàn)室標(biāo)定好的測溫?zé)犭娕继筋^送入孔底，封孔，經(jīng)過一段時(shí)間，測得的穩(wěn)定溫度值即是原巖溫度。 2) 淺孔快速測溫法。淺孔快速測溫是在井下連續(xù)推進(jìn)的巖巷掘進(jìn)工作面（其周圍30 m以內(nèi)無通風(fēng)2年以上的井巷或硐室），并在巖面暴露時(shí)間不超過24 h，利用迎頭的炮眼或臨時(shí)專門打的2 m~3 m鉆孔進(jìn)行測溫的方法。 2.2.2礦井熱害等級(jí)劃分 《煤炭資源地質(zhì)勘探地溫測量若干規(guī)定》指出：平均地溫梯度不超過3 ℃/100m的地區(qū)為地溫正常區(qū)；超過3℃/100m為高溫異常區(qū)。同時(shí)還指出原始巖溫高于31 ℃的地區(qū)為一級(jí)熱害區(qū)，原始巖溫高于37℃的地區(qū)為二級(jí)熱害區(qū)。 2.2.3《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定 《煤礦安全規(guī)程》明確規(guī)定：采掘工作面空氣溫度不得超過26℃，機(jī)電硐室的空氣溫度不得超過30℃，并且當(dāng)上述兩項(xiàng)工作地點(diǎn)的空氣溫度超過30 ℃和34℃時(shí)，必須停止作業(yè)。 2.3國內(nèi)外礦井熱害情況概述 國外關(guān)于礦山地?zé)岷蛥^(qū)域性地溫預(yù)測方面，尚未見到系統(tǒng)的研究資料。在我國，己有的降溫技術(shù)研究，都是在礦井建井期內(nèi)或生產(chǎn)遇到熱害之后進(jìn)行的。但這種研究受礦井設(shè)計(jì)條件的限制。實(shí)踐使人們認(rèn)識(shí)到，熱害礦山的治理，必須在新礦井設(shè)計(jì)時(shí)，按照一定的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行綜合考慮，才能取得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。這就要求人們預(yù)先探知井田的地溫條件和預(yù)計(jì)井下的氣候狀況。礦井空氣與圍巖(包括其他熱源)熱交換計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，已使對(duì)礦井熱害程度的預(yù)測成為可能。 有關(guān)高溫礦井的文獻(xiàn)可追溯到16世紀(jì)。1740年，法國曾有人對(duì)金屬礦的地溫進(jìn)行過觀測。18世紀(jì)末，英國開始系統(tǒng)地進(jìn)行礦井巷道的溫度觀測，從而看出溫度隨深度的增加而升高。鉆孔測溫始于19世紀(jì)后半葉，在1882一1900年間，歐洲打了兩個(gè)深孔，一個(gè)深1959m，孔底溫度為69.3℃；另一個(gè)孔深222lm，孔底溫度為83.4℃。兩鉆孔的全孔增溫梯度都是3.12℃/l00m。所以在一個(gè)相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)，都認(rèn)為地殼的增溫梯度大體為3℃/100m。后來，不同地質(zhì)條件下的鉆孔測溫資料日漸增多，由不同巖石組成的剖面都有了測溫?cái)?shù)據(jù)之后，這一概念才得到修正。 礦山地?zé)峁ぷ魇前训販刈鳛橐环N礦產(chǎn)開采條件進(jìn)行研究的。地溫測定和熱害治理是礦山地?zé)峁ぷ鞯膬蓚€(gè)核心。我國煤田勘探中的鉆孔測溫，始于上世紀(jì)60年代川。1974年，平頂山礦務(wù)局與中國科學(xué)院地質(zhì)研究所地?zé)崾液献?，?duì)平頂山八礦，后擴(kuò)大到整個(gè)平頂山礦區(qū)進(jìn)行了為期4年的研究工作。1978年提出研究報(bào)告。同年5月，前煤炭工業(yè)部地質(zhì)局在平頂山召開了由各省、自治區(qū)煤田勘探技術(shù)人員參加的地溫會(huì)議，決定在全國煤田勘探中開展測溫工作，會(huì)議為此草擬了一個(gè)暫行規(guī)定并立即頒發(fā)試行，會(huì)議還討論確立了劃分一、二級(jí)熱害區(qū)的概念，并組織有關(guān)人員著手編寫《礦山地?zé)岣耪摗芬粫?980年，上述暫行規(guī)定被納入部頒《煤炭資源地質(zhì)勘探規(guī)范》(試行)，地溫條件評(píng)述已成為地質(zhì)報(bào)告中的規(guī)定內(nèi)容之一，地溫已被正式認(rèn)定為煤礦的一個(gè)新的開采技術(shù)條件。1981年，《礦山地?zé)岣耪摗穯柺馈?982年，國務(wù)院頒發(fā)了《礦山安全條例》，其中規(guī)定了地質(zhì)勘探報(bào)告應(yīng)對(duì)有熱害的礦山提供地?zé)豳Y料的種類和名稱：1986年，由國家儲(chǔ)委修訂頒發(fā)的《煤炭資源地質(zhì)勘探規(guī)范》也將地溫測量工作、地溫條件評(píng)價(jià)的有關(guān)規(guī)定納入相應(yīng)條文。 從上世紀(jì)70年代初至80年末，中國科學(xué)院地質(zhì)研究所地?zé)崾遗c原煤炭工業(yè)部合作，先后對(duì)開灤、充州的東灘、平頂山、黃縣煤礦以及豫西等六個(gè)礦區(qū)進(jìn)行了專題研究，所取得的成就可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn)川： (l)與礦山地?zé)嵊嘘P(guān)的地?zé)峄A(chǔ)理論知識(shí)在采礦和勘探部門得到一定程度的普及。 (2)研制了地?zé)釡y量所需的儀器裝備，如精度較高的測溫儀器和巖石熱物理性質(zhì)測試裝備，為地溫測量提供了手段。 (3)以鉆孔熱平衡理論為基礎(chǔ)，建立了穩(wěn)態(tài)測溫、近似穩(wěn)態(tài)測溫和簡易測溫方法，在礦產(chǎn)勘探中已廣泛應(yīng)用。 (4)對(duì)典型高溫的平頂山礦區(qū)進(jìn)行了地溫評(píng)價(jià)和深部地溫預(yù)測，預(yù)測精度經(jīng)驗(yàn)證達(dá)到1~2℃的高水平，所推出的預(yù)測方法具有普遍意義。 (5)總結(jié)了礦山地?zé)岬难芯糠椒?，提出并改進(jìn)了礦山地溫類型的劃分標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)地質(zhì)勘探和礦井地質(zhì)工作中的地?zé)峁ぷ?，有較大的指導(dǎo)意義。 1978年以后，煤田地質(zhì)勘探全面開展地溫測量，這標(biāo)志著礦山地?zé)峁ぷ鞑饺胄码A段。測溫工作的普遍開展，一方面迅速改變了煤田和礦區(qū)嚴(yán)重缺乏地溫資料的狀況，為礦山的建設(shè)和遠(yuǎn)景規(guī)劃提供了資料；另一方面，在普及地溫測量的實(shí)踐中，也出現(xiàn)了一些新的問題，暴露出在地溫勘探方法上存在的某些缺陷，有待解決。因此。改進(jìn)、完善地溫勘探方法是當(dāng)前面臨的一個(gè)大的任務(wù)。 我國對(duì)礦山熱害的治理研究工作起步于50年代初期。當(dāng)時(shí)，煤炭科學(xué)研究院撫順研究所就對(duì)撫順煤礦用的充填料干溜過的油頁巖的放熱、井上下氣溫變化和地溫進(jìn)行過調(diào)查、測定。此后還在撫順、淮南、合山、平頂山、北票、長廣、新漢等礦務(wù)局(礦)進(jìn)行了井下熱源考察和風(fēng)流溫度預(yù)測，并開展了大小型號(hào)的制冷機(jī)、空冷器及其它降溫器材的研制和試驗(yàn)工作，協(xié)助新漢礦務(wù)局孫村煤礦建立了我國第一個(gè)井下集中制冷站，在平頂山八礦建立了井下制冷系統(tǒng)。中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院勞動(dòng)衛(wèi)生研究所曾應(yīng)前煤炭部的邀請，先后在京西、開灤、淮南、合山、北票等礦務(wù)局進(jìn)行了井下熱氣候?qū)θ梭w危害及各工種代謝產(chǎn)熱量的調(diào)查。此外，馬鞍山鋼鐵設(shè)計(jì)院、長沙有色金屬設(shè)計(jì)研究院、淮南礦業(yè)學(xué)院、山東礦業(yè)學(xué)院、中國礦業(yè)大學(xué)、河北煤礦建筑工程學(xué)院、湖南711礦、江蘇韋崗鐵礦、三河尖煤礦等也做了一些調(diào)查、研究和試驗(yàn)工作。 在礦山熱害的治理中，需要預(yù)先計(jì)算出采掘工作地點(diǎn)將出現(xiàn)怎樣的氣候條件，為了使氣候條件符合勞動(dòng)衛(wèi)生要求，需采取哪些合理措施和供給多少冷量。這就是井下氣流與圍巖以及其它各種人為、天然地?zé)嵩吹臒峤粨Q計(jì)算問題。引起井下風(fēng)流狀態(tài)參數(shù)發(fā)生變化的因素很多，如進(jìn)風(fēng)的狀態(tài)參數(shù)、風(fēng)流的自然壓縮、圍巖的傳熱散濕特性和局部熱源、礦井水的傳熱散濕特性等等，而這些因素本身又是多變的，給熱交換計(jì)算帶來許多困難。 在圍巖傳熱中，多利用傅里葉熱傳導(dǎo)方程，并假定：原始地溫場是穩(wěn)定的，圍巖是均質(zhì)各向同性的，巷道斷面是圓形的，采面為半無限平板等初始條件和邊界條件，并引進(jìn)傅里葉數(shù)和畢奧數(shù)來表述無因次不穩(wěn)定傳熱系數(shù)，使井下圍巖傳熱的計(jì)算成為可能。這種計(jì)算異常繁瑣，但由于采用了電子計(jì)算機(jī)，可將BF值貯存起來，也可以用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，加之將巷道和采面分成小段，分段引入實(shí)測的圍巖熱導(dǎo)率，使之取得了較好的效果。在局部熱源計(jì)算中，過去是將機(jī)電設(shè)備產(chǎn)生的熱量直接全部加入風(fēng)流中，但實(shí)際上，機(jī)電設(shè)備時(shí)用時(shí)停，負(fù)荷多變，停機(jī)時(shí)，曾被圍巖吸收的部分熱量又會(huì)散發(fā)出來。 風(fēng)流與水的熱交換計(jì)算困難較多。巖體的裂隙有的含水，有的不含水或弱含水。有些肉眼觀察似乎相當(dāng)干燥的巖壁在風(fēng)流通過后也可測到風(fēng)流中水分的增減，這意味著這里仍有水的蒸發(fā)或冷凝。但水的蒸發(fā)熱或冷凝熱并不一定都完全取自或傳給風(fēng)流，也可能部分取自或傳給圍巖。所以，機(jī)械地采用濕壁系數(shù)(巷道潮濕面積與其總面積之比值)來計(jì)算，已被證明是不準(zhǔn)確的。此外，圍巖由于相變、含水、受壓開裂造成熱物理性質(zhì)變化，采面的長度、采高、礦層厚度變化引起的熱交換面積的變化，采空區(qū)漏風(fēng)造成的風(fēng)量變化、煤層氧化條件的變化等等，均給氣候條件預(yù)測計(jì)算造成困難。 3 礦井熱源及其定量分析 3.1基本概念及其概述 能引起礦井氣流溫度升高的環(huán)境因素統(tǒng)稱為礦井熱源。 在眾多的礦內(nèi)熱源中，有些熱源所散發(fā)熱量主要取決于流經(jīng)該熱源的風(fēng)流溫度及其水蒸氣分壓力，例如巖體散熱和水與風(fēng)流之間的熱濕交換就屬于這種類型，一般稱它們?yōu)橄鄬?duì)熱源或自然熱源，另一類熱源所散發(fā)熱量并不取決于風(fēng)流的溫、濕度，而僅取決于它們在生產(chǎn)中的作用，例如機(jī)電設(shè)備的放熱，所以也稱它們?yōu)榻^對(duì)熱源或人為熱源。 礦井主要熱源大致分為以下幾類。 3.1.1地表空氣 井下的風(fēng)流是從地表流入的，因而地表大氣溫度、濕度與氣壓的日變化和季節(jié)性變化勢必影響到井下。 地表大氣溫、濕度的日變化和季節(jié)性變化對(duì)井下氣候的影響比較大。研究表明，在給定風(fēng)量的條件下，無論是日變化還是季節(jié)性變化，氣候參量的變化率均和其流經(jīng)的井巷距離成正比，和井巷的截面積成反比。 地面空氣溫度的變化對(duì)于每一天都是隨機(jī)的，但遵守一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，這種規(guī)律可以近似地以正弦曲線表示： （3-1） 式中： T——地面空氣溫度，℃； ——地面年平均氣溫，℃； ——變化函數(shù)的初相位，rad； ——?dú)鉁啬瓴▌?dòng)振幅，℃。 可以按照下式計(jì)算： 地面氣溫周期性變化，使礦井進(jìn)風(fēng)線路上的氣溫也相應(yīng)地周期性變化，井下氣溫的變化要稍稍滯后于地面氣溫的變化。 3.1.2流體的自壓縮（或膨脹） 嚴(yán)格來說，流體的自壓縮并不是一個(gè)熱源，它是空氣在重力作用下將其位能經(jīng)摩擦轉(zhuǎn)換為焓，因而引起溫度升高。由于礦井的通風(fēng)與空調(diào)中，流體的自壓縮對(duì)井下的自壓縮溫升對(duì)井下風(fēng)流的參量具有較大影響，所以一般將它歸結(jié)為熱源。 礦井深度的變化，使空氣受到的壓力狀態(tài)也為之改變。當(dāng)風(fēng)流沿井巷向下（或向上）流動(dòng)時(shí)，空氣的壓力值增大（或減?。??？諝獾膲嚎s（或膨脹）會(huì)放熱（或吸熱），從而使礦井溫度升高（或降低）。由礦內(nèi)空氣的壓縮或膨脹引起的溫升變化值可按下式計(jì)算： （3-2） 式中： ——溫度變化值，℃； ——多變指數(shù)，等溫過程=1，絕熱過程=1.4； ——?dú)怏w常數(shù)，對(duì)于干空氣，取 287 J/（kg·K）； ——流體入口與出口高度差值，m。 在進(jìn)風(fēng)井筒里，風(fēng)流的自壓縮是最主要的熱源，且往往是唯一有意義的熱源，在其他的傾斜井巷里，特別是回采工作面上，風(fēng)流的自壓縮是次要因素。 3.1.3圍巖傳熱 當(dāng)流經(jīng)井巷風(fēng)流的溫度不同于初始巖溫時(shí)，就要產(chǎn)生換熱，一般在礦井中初始巖溫要比風(fēng)溫高，因而熱流往往是從圍巖傳給風(fēng)流。 圍巖向井巷傳熱的途徑有二：一是通過熱傳導(dǎo)自巖體深處向井巷傳熱，二是經(jīng)裂隙水通過對(duì)流將熱量傳給井巷。在大多數(shù)情況下，圍巖主要以傳導(dǎo)方式將熱傳給巷壁，當(dāng)巖體裂隙水向外滲流時(shí)則存在對(duì)流傳熱。 為了使理論計(jì)算成為可能，一般要進(jìn)行下列假設(shè)： （1）井巷的圍巖是均質(zhì)且各向同性的。 （2）在分析開始時(shí)，巖石溫度是均一的，且等于該處巖石的原巖溫度。 （3）巷道的橫斷面積是圓形的，且熱流流向均為徑向。 （4）在巷道走向壁面和橫截面上各點(diǎn)處，換熱條件保持不變。 （5）在所分析的巷段離，空氣的溫度是恒定不變的。 當(dāng)滿足以上假設(shè)時(shí)，則單位長度巷道的圍巖熱流量可用下式進(jìn)行計(jì)算： （3-3） 式中： ——單位長度巷道的圍巖所傳遞的熱流量，W/m； ——圍巖的導(dǎo)熱率W/（m·K）； ——圍巖的原巖溫度度，℃； ——巷道壁面的溫度，℃； ——考慮到巷道通風(fēng)時(shí)間、巷道形狀以及圍巖特性的時(shí)間系數(shù)，用傅立葉數(shù)描述。 3.1.4機(jī)電設(shè)備的放熱 隨著機(jī)械化程度的提高，煤巷中采掘工作面機(jī)械的裝機(jī)容量急劇增大，機(jī)電設(shè)備所消耗的能量除了部分用于做有用功外，其余全部轉(zhuǎn)換為熱能并散發(fā)到周圍的介質(zhì)中去。而轉(zhuǎn)換為熱能的那部分電能，幾乎全部散發(fā)到流經(jīng)設(shè)備的風(fēng)流中?；夭蓹C(jī)械的放熱是工作面氣候變化的主要原因之一，能使風(fēng)流溫度上升5~6 ℃。 不論何種機(jī)電設(shè)備，其散給空氣的熱量一般情況均可用下面的公式計(jì)算： Q=（1-η）NK （3-4） 式中： Q ——設(shè)備散熱，J/s； N ——機(jī)電設(shè)備的功率，W； K ——機(jī)電設(shè)備的時(shí)間利用系數(shù)； η——機(jī)電設(shè)備效率；當(dāng)機(jī)電設(shè)備處于水平巷道做功時(shí)，η=0。 3.1.5運(yùn)輸中煤炭及矸石的散熱 運(yùn)輸中的煤炭以及矸石的散熱量，實(shí)質(zhì)上是圍巖散熱的另一種表現(xiàn)形式，其中以在連續(xù)式輸送機(jī)上的煤炭的散熱量最大，致使其周圍風(fēng)流的溫度上升。 實(shí)測表明，在高產(chǎn)工作面的長距離運(yùn)輸巷道里，美艷散熱量可達(dá)230 kW或更高一些。 煤炭及矸石在運(yùn)輸過程中的散熱量可用下式計(jì)算： （3-5） 式中： ——運(yùn)輸中煤炭及矸石的散熱量，kW； ——運(yùn)輸中煤炭及矸石的量，kg/s； ——運(yùn)輸中煤炭及矸石的平均比熱，一般取1.25 kJ/（kg·℃）； ——運(yùn)輸中煤炭及矸石在所考察的巷段里被冷卻的溫度值，℃。 一般可用下式近似計(jì)算 ΔtK： ，℃ 式中： ——運(yùn)輸巷段的長度，m； ——運(yùn)輸中煤炭及矸石在所考察的巷段始端的平均溫度，一般取值較該采面的原巖溫度低4～8℃； ——在所考察的巷段里，風(fēng)流的平均濕球溫度，℃。 3.1.6熱水的散熱 對(duì)于大量涌水的礦井，涌水可能使井下氣候條件變得異常惡劣，我國湖南的711鈾礦和江蘇的韋崗鐵礦因而就曾因井下涌出大量熱水，迫使采礦作業(yè)無法安全、持續(xù)地進(jìn)行，經(jīng)采用超前疏干后，生產(chǎn)采得以恢復(fù)，因?yàn)樵谟袩崴砍龅牡V井里，應(yīng)根據(jù)具體的情況，采取超前疏干、阻堵、疏導(dǎo)等措施，或著使用加蓋板水溝排出，杜絕熱水在井巷里漫流。 在一般情況下，涌水的水溫是比較穩(wěn)定的，在巖溶地區(qū)，涌水的溫度一般同該地初始巖溫相差不大，例如在廣西合山里蘭煤礦，其頂板均為石灰?guī)r，其煤層頂板的涌水量較當(dāng)?shù)爻跏紟r溫低1~2 ℃；底板涌水溫度約較當(dāng)?shù)爻跏紟r溫高1~2 ℃。如果涌水是來自或流經(jīng)地質(zhì)異常地帶的話，水溫可能甚高，甚至可達(dá) 80~90℃。 3.1.7其他熱源 （1）氧化放熱。實(shí)測表明，在正常情況下，一個(gè)采煤工作面的煤炭氧化放熱量很少能超過30kW，所以不會(huì)對(duì)采面的氣候條件產(chǎn)生顯著的影響，可忽略不計(jì)。 （2）人員放熱。井下工作人員的放熱量主要取決于他們所從事工作的繁重程度以及持續(xù)工作的時(shí)間，一般煤礦工作人員的能量代謝產(chǎn)生熱量為：休息時(shí)每人的散熱量為90~115 W；輕度體力勞動(dòng)時(shí)每人的散熱量為250W；中度體力勞動(dòng)時(shí)每人的散熱量為275 W；繁重度體力勞動(dòng)時(shí)（短時(shí)間內(nèi)）每人的散熱量為470 W。 雖然可以根據(jù)在一個(gè)工作地點(diǎn)工作的人員數(shù)及其勞動(dòng)強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間計(jì)算出他們總放熱量，但其量很小，一般不會(huì)對(duì)井下的氣候條件產(chǎn)生顯著的影響，所以可忽略不計(jì)。 （3）風(fēng)動(dòng)機(jī)具。一般用量較少，作用時(shí)間也很短，可忽略不計(jì)。 3.2以永川煤礦熱害為例分析 重慶永榮礦業(yè)有限公司永川煤礦位于重慶永川市紅爐鎮(zhèn)境內(nèi)，2006年礦井核定生產(chǎn)能力為30萬t/a。永川氣象站的多年資料表明，該礦區(qū)年平均氣溫18℃，最熱月平均氣溫28.5℃，歷年極端最高氣溫42.0 ℃，年平均相對(duì)濕度82%，潮濕系數(shù)97%。礦井采用平硐加暗斜井開拓方式，采煤工作面的開采方式為后退式走向長壁采煤法，通風(fēng)方式為下行順向摻新風(fēng)；掘進(jìn)工作面采用局部通風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng)；礦井通風(fēng)方式為兩翼對(duì)角抽出式機(jī)械通風(fēng)。永川礦的地溫梯度：-400m以上為2.3℃/hm，-400m以下為2.6℃/hm，恒溫帶的溫度為19.6℃，恒溫帶深度為28m。永川煤礦現(xiàn)采掘水平已深達(dá)-800m，致使夏季采掘工作面的溫度平均在29. 3~31.5℃，部分地點(diǎn)達(dá)到33℃，礦井熱害較為嚴(yán)重。 3.2.1礦井熱源調(diào)查 礦井熱害是由于井下空氣溫度升高、濕度增大而造成的一種災(zāi)害。礦井風(fēng)流溫度、濕度增加，不僅受地面氣候的影響，還受空氣的自壓縮溫升、圍巖散熱、機(jī)電設(shè)備散熱、運(yùn)輸中煤炭及矸石的散熱、氧化熱、人體散熱、熱水等的影響，因此對(duì)礦井的熱源進(jìn)行調(diào)查和研究，對(duì)于礦井熱害治理方法及相應(yīng)降溫措施的制訂是很有必要的。 3.2.2空氣壓縮熱 嚴(yán)格來說，空氣自壓縮并不是熱源。在重力場作用下，空氣絕熱地沿井巷向下流動(dòng)時(shí)，其溫升是由于位能轉(zhuǎn)換為焓的結(jié)果，而不是由外部熱源輸入熱流造成的，其壓縮熱計(jì)算式如下： (3-6) 式中：Qy——風(fēng)流的壓縮熱(膨脹熱)，kW； G——風(fēng)流的質(zhì)量流量，kg/s，取141kg/s； A——供熱當(dāng)量，A=9。 81×10-3kJ/(kg·m)； ，——風(fēng)流的起點(diǎn)、終點(diǎn)標(biāo)高，分別為334，-350 m； E——風(fēng)流吸收或放出熱量的系數(shù)，一般小于1，取實(shí)驗(yàn)值0.4。 永川煤礦是平硐加斜井的開拓方式，進(jìn)風(fēng)平硐風(fēng)量為66、運(yùn)輸平硐風(fēng)量為49，人行平硐進(jìn)風(fēng)量為2.5 ，總進(jìn)風(fēng)量約為117.5，質(zhì)量流量G約為141 kg/s，地面與井下-350m水平標(biāo)高相差684 m，將有關(guān)數(shù)據(jù)代入式(3-6)計(jì)算得空氣壓縮熱約為380kW。 3.2.3圍巖散熱 圍巖向井巷傳熱的途徑：一是通過熱傳導(dǎo)自巖體深處向井巷傳熱；二是裂隙水對(duì)流將熱傳給井巷。永川煤礦裂隙水很少，井下圍巖巷道和采掘工作面的傳熱主要是通過熱傳導(dǎo)自巖體深處向圍巖壁面?zhèn)鳠幔瑖鷰r壁面通過與風(fēng)流的熱交換而加熱風(fēng)流。根據(jù)牛頓冷卻公式[4]，其圍巖散熱量計(jì)算式為： (3-7) 式中： ——圍巖散熱量，W； ——巖巷的長度， m； ——巖巷的周長，m； ——放熱系數(shù)，W /()； ——初始巖溫，℃； ——測點(diǎn)風(fēng)溫，即巷道的表面溫度，℃。 圍巖與風(fēng)流間的熱交換中，多半是風(fēng)流對(duì)井巷固體壁面形成的對(duì)流換熱，風(fēng)流吸熱升溫。因此，常把稱為巷壁對(duì)風(fēng)流的放熱系數(shù)，簡稱放熱系數(shù)。放熱系數(shù)是與風(fēng)速、風(fēng)溫、圍巖導(dǎo)熱系數(shù)、空氣的比熱容、密度、動(dòng)力黏性系數(shù)、壁面幾何尺寸及形狀等有關(guān)的較復(fù)雜函數(shù)，其值隨不同的礦井、不同的巷道、巷道的服務(wù)年限、巷道表面的粗糙及潮濕程度等差異都有不同。由于井下不同的巷道較多，在此按不同的采區(qū)及主要大巷，計(jì)算得出井下圍巖總散熱量為1071 kW，如表3-1所示。 表3-1　永川煤礦圍巖散熱量kW 地點(diǎn) 下北三 下北一 下南二 上南三 -350 m水平 合計(jì) 主北巖巷 主南大巷 主井 副井 散熱量 276 360 203 70 84 50 16 12 1017 3.2.3機(jī)電設(shè)備散熱 機(jī)電設(shè)備散熱主要是電能轉(zhuǎn)化為熱能和做功。機(jī)電設(shè)備散熱是調(diào)查其額定功率，主要設(shè)備有通風(fēng)機(jī)、提升運(yùn)輸設(shè)備、照明燈、水泵以及采掘機(jī)械設(shè)備等，其計(jì)算式如下： (3-8) 式中： ——機(jī)電設(shè)備對(duì)風(fēng)流的加熱量， kW； ——機(jī)電設(shè)備散熱折算系數(shù)，一般為0.2，水泵為0.035~0.04； ——同時(shí)使用的機(jī)電設(shè)備總額定功率，kW，取1 040.5 kW。 具體設(shè)備見表3-2。將各數(shù)據(jù)代入式(3)得機(jī)電設(shè)備散熱量約為208 kW。 表3-2 永川煤礦井下主要機(jī)電設(shè)備 設(shè)備名稱 設(shè)備型號(hào) 額定功率/kW 臺(tái)數(shù) 運(yùn)轉(zhuǎn)狀況 割煤機(jī) YRG3-100 100 4 正常 刮板輸送機(jī) SGDW-22Y 22 5 正常 電機(jī)車 CDXT-5 6 5 正常 穩(wěn)車 JH-8 6 4 正常 局部通風(fēng)機(jī) DBKJ№5。 0 15 14(7臺(tái)備用) 正常 錨噴機(jī) HPH-6B 6 7 正常 耙裝機(jī) P-30B 18。5 7 正常 壓風(fēng)機(jī)、照明等設(shè)備 200 3.2.4煤炭及矸石運(yùn)輸散熱 運(yùn)輸中的煤炭及矸石的散熱，實(shí)質(zhì)上是圍巖散熱的另一種表現(xiàn)形式，其中以在連續(xù)式輸送機(jī)上的煤炭的散熱量為最大，在以進(jìn)風(fēng)巷為運(yùn)輸?shù)罆r(shí)，進(jìn)風(fēng)流的加熱就具有特別重要的意義。煤炭及矸石的散熱量可依下式進(jìn)行計(jì)算： (3-9) 式中： ——運(yùn)輸中煤炭及矸石的散熱量， kW； ——運(yùn)輸中煤炭及矸石的流量kg/s；c為煤炭或矸石的比熱，kJ/(kg·K)，實(shí)測煤炭的比熱容均值為1.15，矸石的比熱容為0.97； ——運(yùn)輸巷段的長度，m； ——采面的初始巖溫，℃； ——所計(jì)算巷道風(fēng)流的平均濕球溫度，℃。 式(3-9)中各具體參數(shù)如表3-3所示，運(yùn)輸中的煤炭及矸石的總散熱量為197.1 kW。 表3-3　永川煤礦運(yùn)輸中的煤炭和矸石散熱量 地　點(diǎn) mk/(kg/s) L/m ts/℃ tfm/℃ Qk/kW -37104采煤工作面 20.22 230 35.3 29.6 26.8 -37401采煤工作面 20.22 590 34.6 31.0 36.0 -37612采煤工作面 20.22 270 32.5 29.4 16.6 -37504采煤工作面 20.22 410 35.8 29.8 44.8 -37401掘進(jìn)工作面 5.95 530 34.6 29.9 12.7 -37402掘進(jìn)工作面 5.95 530 33.7 29.9 10.3 -37403掘進(jìn)工作面 5.95 510 35.1 30.4 12.3 -37107掘進(jìn)工作面 5.95 640 36.0 29.8 19.5 -37506掘進(jìn)工作面 5.95 550 36.7 30.2 18.1 3.2.5其他熱源 其他熱源主要包括氧化散熱、人體及熱水散熱。其中熱水散熱主要由水量和水溫來決定，當(dāng)熱水大量涌出時(shí)，可對(duì)附近的氣候條件造成很大的影響。針對(duì)永川煤礦的實(shí)際情況，井下熱水涌出很少，可忽略不計(jì)，只計(jì)算氧化散熱和人體散熱。 （1）氧化散熱 煤炭的氧化散熱是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問題，很難將其與其他的熱源分離開來進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算。實(shí)測表明，煤炭的氧化散熱并不會(huì)對(duì)井下氣候產(chǎn)生顯著的影響。在一般情況下，一個(gè)回采工作面的煤炭的氧化散熱量很少超過30 kW，氧化散熱量按下式計(jì)算： (3-10) 式中： ——氧化散熱量，kW，取值見參考文獻(xiàn)； ——當(dāng)量氧化散熱系數(shù)，； ——巷道平均風(fēng)速，m/s； ——氧化散熱面積，。 主要進(jìn)風(fēng)巷道氧化散熱量見表3-4。 表3-4　主要進(jìn)風(fēng)巷道氧化散熱量 類別 -350 m主井 -350 m副井 -350 m主南巖巷 -350 m主北巖巷 巷道長度/m 615 615 2000 3500 巷道周長/m 12 9 12 12.5 / 7380 5535 24000 43750 /(m /s) 7.5 4.5 6.1 1.5 /(kW /) 0.0008 0.0008 0.0008 0.0008 /kW 29.6 14.7 81.6 48.4 下北一提升1 下北一提升2 下北三提升1 下北三提升1 下北三溜煤上山 240 350 205 480 680 11 11 11。5 11.4 11.5 2640 3850 2357。5 5472 7820 3.3 1.2 2.9 6.0 6.0 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 13.7 8.9 11.1 7.3 10.4 采煤工作面的氧化散熱量取20 kW，4個(gè)工作面共計(jì)120kW；掘進(jìn)工作面的氧化散熱量取20kW，6個(gè)掘進(jìn)面共計(jì)120 kW；主要進(jìn)風(fēng)巷道散熱量225.7 kW。總計(jì)氧化散熱量為465.7kW。 （2）人體散熱 人體散熱量按下式計(jì)算： (3-11) 式中： ——人體散熱量，kW； ——人體散熱系數(shù)，kW /人，輕勞動(dòng)強(qiáng)度取0.4，中等勞動(dòng)強(qiáng)度取0.21，重勞動(dòng)強(qiáng)度取0. 47； ——在巷道(包括采、掘工作面，硐室)工作的人數(shù)。 采煤工作面每班平均工作人數(shù)為18人、掘進(jìn)工作面每班15人，4個(gè)采煤工作面、6個(gè)掘進(jìn)工作面合計(jì)162人，均為重勞動(dòng)強(qiáng)度；其他300人為中等勞動(dòng)強(qiáng)度。由式(3-11)計(jì)算得人體散熱量為140 kW。 3.2.6礦井熱源分析 根據(jù)上述熱源調(diào)查分析結(jié)果，礦井主要熱源及所占比例如表3-5所示，可見圍巖散熱是主要熱源，因此首先應(yīng)考慮采用通風(fēng)的方法治理熱害。 表3-5　礦井熱源統(tǒng)計(jì) 礦井主 要熱源 空氣 壓縮熱 圍巖 散熱 機(jī)電設(shè) 備散熱 煤炭及石 運(yùn)輸散熱 其他熱源 合計(jì) 氧化散熱 人體散熱 散熱量/kW 380 1071 208 197.1 465.7 1402 461.8 所占比例/% 15 43.5 8.5 8 19 6 100 2熱害治理研究 礦井熱害治理的措施很多，但可歸納為兩大類：非人工制冷和人工制冷降溫。根據(jù)礦井熱源調(diào)查結(jié)果可以看出，永川煤礦的主要熱害來自于圍巖 散熱，據(jù)此并結(jié)合該礦已采用“Y型”通風(fēng)，其熱害治理措施應(yīng)首先考慮非人工制冷中加大通風(fēng)量這一簡單、經(jīng)濟(jì)的方法，然后再考慮其他輔助措施及人工制冷降溫方法，這一思路也符合災(zāi)害致因及其治理措施的原則。以下從通風(fēng)降溫、輔助措施降溫進(jìn)行分析，最后才考慮資金投入較高的人工制冷降溫方法。 2.1通風(fēng)降溫效果模擬考察 在永川煤礦井下的生產(chǎn)活動(dòng)中，采煤工作面、掘進(jìn)工作面的熱害相對(duì)其他地點(diǎn)較為嚴(yán)重。實(shí)踐證明，掘進(jìn)工作面加大通風(fēng)量的方法，其效果已不十分明 顯，因此選取永川煤礦較典型的-37107工作面為實(shí)例，采用模擬的方法對(duì)該工作面進(jìn)行通風(fēng)降溫效果考察。運(yùn)用數(shù)值軟件模擬回采工作面在不同風(fēng)速條件下，考察回采工作面溫度場的變化情況。-37107工作面長135m、寬4m，平均高0.7m，斷面積2.83，風(fēng)流速度v=2.6m/s、密度=1.19 kg/、動(dòng)力黏度=1.808×Pa·s，風(fēng)量442 /min，煤的導(dǎo)熱系數(shù)=0.029W/(m·℃)。工作面水力直徑d=4A/U=1.1828，雷諾數(shù)Re=vd/=1.9×>10000，工作面風(fēng)流處于旺盛湍流。 邊界和初始條件為恒壁溫36.2℃，空氣入口溫度30℃，使用—模型進(jìn)行計(jì)算。模擬計(jì)算結(jié)果收斂，溫度場如圖1所示。為檢驗(yàn)加大風(fēng)量后采煤工作面的狀況，風(fēng)速極限達(dá)到4 m/s，風(fēng)量為624/min，氣體條件與上述一樣，模擬結(jié)果如圖3-2所示，計(jì)算結(jié)果收斂。 由模擬的工作面溫度場結(jié)果圖3-1—3-2對(duì)比可以看出，溫度場稍有變化，但效果不明顯，且風(fēng)量過大將導(dǎo)致工人有不舒適感。因此增加風(fēng)量對(duì)改善回采工作面的氣候條件不是很明顯。這里采用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)工作面空間溫度場進(jìn)行模擬，且采用恒壁溫這一邊界條件，這和工作面實(shí)際情況有一定的差別，因此模擬結(jié)果僅供參考。 2.2輔助治理措施 非人工制冷降溫措施中，除了采用通風(fēng)的措施來改善井下作業(yè)環(huán)境外，還可以采取一些輔助的降溫措施，如盡可能縮短進(jìn)風(fēng)路線的長度以減少圍巖的散熱量、盡量避免煤流與風(fēng)流反向運(yùn)行、回采工作面采用下行通風(fēng)、控制熱源的放熱量、合理的開拓方式、個(gè)體防護(hù)、“四六”作業(yè)制、煤層注水預(yù)冷煤層、在進(jìn)風(fēng)巷道放置冰塊等，但實(shí)踐表明，這些措施在該礦的降溫效果皆不理想，或受條件限制不能實(shí)現(xiàn)。 圖3-1 回采工作面入口風(fēng)速2。6 m/s時(shí)的溫度場云圖 圖3-2 回采工作面入口風(fēng)速4 m/s時(shí)的溫度場云圖 2.3熱害治理措施分析 根據(jù)上述通風(fēng)降溫模擬、輔助熱害治理措施分析可以看出，這些熱害治理措施對(duì)該礦的降溫效果將不會(huì)很明顯。在不影響永川煤礦生產(chǎn)的前提下，熱害治理方法應(yīng)考慮人工制冷的方法，具體采用什么樣的人工制冷方法，則應(yīng)結(jié)合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)兩方面重點(diǎn)考慮，詳細(xì)比較后才能得出，同時(shí)也要結(jié)合其他輔助措施，可起到更好的效果?？傊?，應(yīng)采用人工制冷為主的綜合熱害治理措施。 4 礦井熱害產(chǎn)生的原因 隨著礦井開采深度的增加，礦井高溫?zé)岷栴}會(huì)越來越嚴(yán)重。這主要表現(xiàn)在 2個(gè)方面：一是在現(xiàn)生產(chǎn)水平還未出現(xiàn)高溫?zé)岷Φ牡V井，下一水平開采就可能出現(xiàn)高溫?zé)岷?；二是目前水平僅局部出現(xiàn)高溫?zé)岷?，下一水平就有可能出現(xiàn)更加嚴(yán)重的熱害問題。隨著開采深度的增加，機(jī)械化程度也越來越高，由此出現(xiàn)的機(jī)械散熱也愈來愈大。高溫高濕等熱害問題，將顯得越來越突出，對(duì)井下作業(yè)人員的工作效率、安全和健康有著極大的影響。 4.1礦井高溫產(chǎn)生的原因 所謂高溫，是指井下氣溫超過30℃。造成礦井氣溫升高的熱源很多，主要有相對(duì)熱源和絕對(duì)熱源。相對(duì)熱源的散熱量與其周圍氣溫差值有關(guān)，如高溫巖層和熱水散熱；絕對(duì)絕源的散熱量受氣溫影響較小，如機(jī)電設(shè)備、化學(xué)反應(yīng)和空氣壓縮等熱源散熱。高溫巖層散熱是影響礦井空氣溫度升高的重要原因，它主要通過井巷巖壁和冒落、運(yùn)輸中的礦巖與空氣進(jìn)行熱交換而造成礦井空氣溫度升高；另外當(dāng)?shù)V井中有高溫?zé)崴砍鰰r(shí)，也將影響整個(gè)礦井的微氣候，而使礦井空氣溫度略有升高，井下適宜溫度為15~20℃。 從總體上來看，造成礦井高溫?zé)岷Φ闹饕蛩赜械責(zé)帷⒉删驒C(jī)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)放熱、運(yùn)輸中礦物和矸石放熱和風(fēng)流下流時(shí)自壓縮放熱等4大熱源。就個(gè)別礦山而言，礦井內(nèi)高溫水涌出、礦物強(qiáng)烈氧化等也可能形成高溫?zé)岷ΑＡ硗庠斐傻V井高溫還有以下幾個(gè)因素： 其一是礦井開采深度大，巖石溫度高。在我國中、北部地區(qū)，大部分高溫礦井(約占90% )是由于開采深度大、巖石溫度高所致。例如孫村礦(采深776m，巖溫34.9℃)、徐州三河尖礦(采深736 m，巖溫37℃)、北票臺(tái)吉礦(采深873 m，巖溫33.4℃)、長廣煤炭公司七礦(采深920 m，巖溫40℃) ，以及豐城建新礦(采深650 m，巖溫42 ℃ )等都屬于此類高溫礦井。 其二是地下熱水涌出。地下熱水由于易于流動(dòng)，且熱容量大，是良好的載體，地下熱水主要是通過兩個(gè)途徑把熱量傳遞給風(fēng)流： 1巖層中的熱水通過對(duì)流作用，加熱了井巷圍巖，圍巖再將熱量傳遞給風(fēng)流； 2熱水涌入礦井巷道中，直接加熱了風(fēng)流； 3采掘工作面風(fēng)量偏低。通風(fēng)不良風(fēng)量偏低，是我國目前造成采掘工作面氣溫較高的普遍性因素。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，我國煤礦長壁工作面80%以上在200~800 m3/min之間，而按降溫要求，高溫回采工作面供風(fēng)量至少應(yīng)為 800 m3/min以上。 4.2礦井高濕產(chǎn)生的原因 礦井的濕度通常采用相對(duì)濕度表示，礦井最適宜的相對(duì)濕度50% ~ 60%。而礦井空氣的相對(duì)濕度大多為80% ~ 90%左右，總回風(fēng)道和回風(fēng)井內(nèi)空氣的相對(duì)濕度接近100%。造成礦井下空氣濕度過大的主要原因是井巷壁面的散濕和礦井水的蒸發(fā)；另外礦井開采過程的生產(chǎn)用水也是造成礦井下空氣濕度過大的一個(gè)不可忽視的重要因素。 礦井熱害產(chǎn)生的主要原因，可簡明地用圖4-1表示。 圖4-1礦井熱害產(chǎn)生的主要原因 5 礦井熱害的危害 5.1高溫的危害 所謂礦井高溫，是指礦井下氣溫超過30℃。人們長期在礦井下高溫環(huán)境中作業(yè)，高溫可能使人產(chǎn)生一系列生理功能的改變： ( 1)體溫調(diào)節(jié)發(fā)生障礙，主要表現(xiàn)為體溫和皮溫升高； ( 2)鹽、水代謝現(xiàn)出紊，有機(jī)體的機(jī)能受到影響； ( 3)神經(jīng)系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和泌尿系統(tǒng)等均會(huì)因高溫下機(jī)體大量失水，改變正常的功能，甚至致病。 人們長期在礦井下高溫環(huán)境中作業(yè)，人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)特別容易失調(diào)，從而造成人精神恍惚、疲勞、渾身無力、昏昏沉沉，這種狀況成為礦山勞動(dòng)生產(chǎn)率低下的主要原因。 調(diào)查表明：在我國高溫礦井中，一般勞動(dòng)生產(chǎn)率均較低，有的礦山勞動(dòng)生產(chǎn)率僅為30% ~ 40%。礦井高溫除了造成礦山勞動(dòng)生產(chǎn)率低下外，還成為誘發(fā)礦山事故的重要原因。據(jù)調(diào)查，1984年8月30日，黑龍江鶴壁某礦因回采工作面風(fēng)溫高達(dá)32 ℃，相對(duì)濕度達(dá)99%以上，一個(gè)班就有4名礦工因高溫中暑暈倒在工作地點(diǎn)；湖南省湘潭某煤礦1996年~1998年3年調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明，在礦井中29 ℃~ 32 ℃氣溫的工作面，礦井下溫度與工傷頻次的關(guān)系為：作業(yè)地點(diǎn)氣溫 29 ℃，工傷頻次為155次/千人，作業(yè)地點(diǎn)氣溫30℃，工傷頻次為231次/千人，作業(yè)地點(diǎn)氣溫31 ℃，工傷頻次為320次/千人，作業(yè)地點(diǎn)氣溫32℃，工傷頻次為486次/千人；日本1979年全國調(diào)查統(tǒng)計(jì)，礦井中30~ 40 ℃氣溫的工作面比低于30 ℃氣溫的工作面的事故率高3.6倍；南非多年全國調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明，當(dāng)?shù)V井中作業(yè)地點(diǎn)的空氣濕球溫度達(dá)到28.9℃時(shí)，相當(dāng)于干球溫度30 ℃，就開始出現(xiàn)高溫中暑死亡事故。表5-1為南非金礦礦井下溫度與事故率的關(guān)系。另外，礦井下高溫也是造成我國礦井火災(zāi)事故頻繁發(fā)生的一個(gè)不可忽視的因素。 表5-1南非礦井下溫度與事故率的關(guān)系 作業(yè)地點(diǎn)氣溫(℃) 27 29 31 32 工傷頻次（人/千人） 0 150 300 450 5.2高濕的危害 高濕是指礦井下的相對(duì)濕度超過80%。人們長期在高濕的礦井下作業(yè)，將會(huì)使人產(chǎn)生一系列的生理功能改變，影響人的正常生理功能，使人的機(jī)理不能有效地散發(fā)熱量，出現(xiàn)中暑暈倒，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)死亡。另外，礦工長期在高濕的礦井下作業(yè)，會(huì)使人患上風(fēng)濕病、皮膚病、皮膚癌、心臟病及泌尿系統(tǒng)和消化系統(tǒng)等疾病，還會(huì)使人產(chǎn)生心緒不寧、心情浮燥，誘發(fā)人精神方面的疾病，嚴(yán)重影響礦工的身心健康。 據(jù)調(diào)查有以下典型案例，1996年7月25日，湖南省邵陽某礦因回采工作面風(fēng)溫高達(dá)32 ℃，相對(duì)濕度達(dá)98%以上，一個(gè)班就有5名礦工因中暑暈倒在工作地點(diǎn)，經(jīng)搶救才幸免于難；湖南省冷水江某礦多年調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明，礦工長期在高濕的礦井下作業(yè)，患風(fēng)濕病、皮膚病、皮膚癌、心臟病的比例很高，并有如下調(diào)查結(jié)果：患風(fēng)濕病的比例為186人/千人，患心臟病的比例 79人/千人，患皮膚病的比例為121人/千人，患皮膚癌的比例為45人/千人。 6 礦井熱害的防治措施 目前，國內(nèi)外防治礦井熱害的主要措施是礦井空調(diào)器制冷降溫，通風(fēng)降溫，隔絕熱源等。 6.1加強(qiáng)教育和管理 1加強(qiáng)安全教育，深刻認(rèn)識(shí)熱害的危害，提高自我保護(hù)能力 針對(duì)礦井中高溫高濕熱害產(chǎn)生對(duì)人體的嚴(yán)重危害，為了保護(hù)礦工的身心健康，必須加強(qiáng)對(duì)此危害問題的深刻認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)礦工的安全教育，定期對(duì)礦工進(jìn)行安全知識(shí)和安全技能的培訓(xùn)，提高礦工的安全防患意識(shí)，使礦工人人自覺地把安全放在第一位，使礦工熟悉礦井熱病的癥狀，人人學(xué)會(huì)現(xiàn)場急救措施，提高礦工的自我保護(hù)能力。 2借鑒國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)對(duì)礦工的耐熱檢驗(yàn) 國外很多礦山企業(yè)為了保證企業(yè)生產(chǎn)安全，對(duì)礦工的耐熱檢驗(yàn)摸索出了一套形之有效的方法，他們依據(jù)工人的耐熱素質(zhì)來挑選礦工，這主要包括被挑選礦工的年齡和體重、體溫、氧耗量、熱適應(yīng)訓(xùn)練。他們的這套形之有效的方法，對(duì)保 證企業(yè)安全生產(chǎn)，減少安全事故的發(fā)生，減少礦井熱害對(duì)礦工的危害，起到了非常重要的作用。因此，必須認(rèn)真學(xué)習(xí)國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，借鑒國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)對(duì)礦工的耐熱檢驗(yàn)。 3提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少勞動(dòng)時(shí)間，降低勞動(dòng)強(qiáng)度 為了既保證企業(yè)安全生產(chǎn)，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，又保護(hù)礦工的身心健康，礦山企業(yè)必須加大經(jīng)濟(jì)投入，加快技術(shù)改造，吸收國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，采用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，加強(qiáng)企業(yè)管理，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，從而有效地減少礦工的勞動(dòng)時(shí)間，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，保護(hù)礦工的身心健康。 4建立通風(fēng)安全信息系統(tǒng) 礦井通風(fēng)安全對(duì)礦山行業(yè)影響巨大，其好壞直接關(guān)系到礦山的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，處理礦山通風(fēng)安全信息的思路和方法也在不斷提高。地理信息系統(tǒng)作為一門集計(jì)算機(jī)技術(shù)、地學(xué)理論、空間科學(xué)、信息管理技術(shù)于一體的新興邊緣學(xué)科，正被應(yīng)用于各行各業(yè)，它不僅能存儲(chǔ)、分析和表現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中各種對(duì)象的信息，而且能處理其空間定位特征，將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)結(jié)合起來，形象地、直觀地提供數(shù)據(jù)查詢、檢索、統(tǒng)計(jì)分析，具有編制生產(chǎn)計(jì)劃，日常生產(chǎn)管理，礦山安全，生產(chǎn)監(jiān)督檢查，環(huán)境保護(hù)，礦山設(shè)計(jì)等功能。 針對(duì)礦山通風(fēng)安全信息多而復(fù)雜的特點(diǎn)，對(duì)于一些有條件的大中型礦山應(yīng)當(dāng)建立礦山通風(fēng)安全信息系統(tǒng)，對(duì)這些復(fù)雜的資料進(jìn)行高效的管理和利用，為礦山通風(fēng)安全信息管理提供了集成的數(shù)據(jù)環(huán)境和可視化的分析平臺(tái)，有利于多時(shí)相、多源、時(shí)空數(shù)據(jù)的復(fù)合和無縫連接，用于指導(dǎo)礦山安全生產(chǎn)和災(zāi)害防治，實(shí)現(xiàn)礦山通風(fēng)安全信息管理的現(xiàn)代化，使礦山災(zāi)害信息的管理和處理工作更加快捷化、系統(tǒng)化、科學(xué)化、規(guī)范化。 6.2非制冷空調(diào)降溫 6.2.1采用通風(fēng)降溫 加強(qiáng)通風(fēng)降溫是改善礦井濕熱條件的最簡便易行的方法，其優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)、有效。不過，在礦井熱害比較嚴(yán)重的情況下，還應(yīng)采取其他綜合降溫措施。 通風(fēng)降溫主要從以下三個(gè)方面考慮： a.建立合理的通風(fēng)系統(tǒng)，盡量使進(jìn)風(fēng)巷道開鑿在傳熱系數(shù)小的巖石中，以減少進(jìn)入風(fēng)流的熱量和水汽；其次要縮短通風(fēng)線路和分區(qū)通風(fēng)。 b.適當(dāng)加大進(jìn)風(fēng)量。風(fēng)速太大使人感到不舒服；風(fēng)阻和風(fēng)速過高，則應(yīng)加大風(fēng)巷斷面。 c. 加強(qiáng)通風(fēng)管理。減少漏風(fēng)、減少阻力和提高通風(fēng)的質(zhì)量。建立通風(fēng)檢控系統(tǒng)，監(jiān)控實(shí)時(shí)溫度、濕度、風(fēng)速 (風(fēng)量 )、主風(fēng)扇風(fēng)壓等，根據(jù)設(shè)定的異常情況發(fā)出警報(bào)，并顯示異常地點(diǎn)；按設(shè)定狀態(tài)自動(dòng)控制主扇的運(yùn)轉(zhuǎn)；自動(dòng)打印測定結(jié)果。 通風(fēng)降溫方法包括選擇合理的通風(fēng)系統(tǒng)，采用合適的通風(fēng)方式，加強(qiáng)通風(fēng)管理等。 （1）選擇合理的通風(fēng)系統(tǒng)。按照礦井地質(zhì)條件、開拓方式等選擇進(jìn)風(fēng)風(fēng)路最短的通風(fēng)系統(tǒng)，可以減少風(fēng)流沿途吸熱，降低風(fēng)流溫升。 （2）選擇合理的回采工作面通風(fēng)方式?；夭晒ぷ髅娴耐L(fēng)方式也影響氣溫，在相同的地質(zhì)條件下，由于W型通風(fēng)方式比U型和Y型能增加工作面的風(fēng)量，降溫效果都較好。 （3）改善通風(fēng)條件。增加風(fēng)量，提高風(fēng)速，可以使巷道壁對(duì)空氣的對(duì)流散熱量增加，風(fēng)流帶走的熱量隨之增加，而單位體積的空氣吸收的熱量隨之減少，使氣溫下降。 （4）利用調(diào)熱巷道通風(fēng)。利用調(diào)熱巷道通風(fēng)一般有兩種方式，一種是在冬季將低于攝氏零度的空氣由專用進(jìn)風(fēng)道通過淺水平巷道調(diào)熱后再進(jìn)入正式進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)。另外一種方式是利用開在恒溫帶里的淺風(fēng)巷作調(diào)溫巷道。 （5）其他有利于降溫的通風(fēng)措施。采用下行風(fēng)對(duì)于降低回采工作面的氣溫有比較明顯的作用。對(duì)于發(fā)熱量較大的機(jī)電峒室，應(yīng)有獨(dú)立的回風(fēng)路線，以便把機(jī)電所發(fā)熱量直接導(dǎo)入采區(qū)的回風(fēng)流中。 采用通風(fēng)降溫的主要方法是增加風(fēng)量法。增加風(fēng)量可以大大降低空氣的含熱量，是一種有效的降溫措施。但是風(fēng)量的增加不是無限制的，它受到規(guī)定的風(fēng)速和降溫成本的制約。因此，為了改善通風(fēng)系統(tǒng)，有效增加井下通風(fēng)量，可采取減少風(fēng)阻、防止漏風(fēng)、加大扇風(fēng)機(jī)能力、采用合理分風(fēng)與輔助風(fēng)路通風(fēng)法、利用地溫預(yù)冷井下入風(fēng)風(fēng)流、采用多級(jí)機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)、加強(qiáng)通風(fēng)管理等措施。據(jù)現(xiàn)場增風(fēng)降溫的經(jīng)驗(yàn)，高溫工作面的風(fēng)量最低限應(yīng)為800~1000 m3/ min。 采場通風(fēng)有多種形式，但以能抑制采空區(qū)熱氣串入工作面和增加工作面有效風(fēng)量的形式對(duì)降溫最為有利。采用下行通風(fēng)時(shí)，礦巖運(yùn)輸方向與風(fēng)流相同，這樣能使礦巖運(yùn)輸過程中放出的熱量和水蒸汽以及運(yùn)輸設(shè)備的機(jī)電設(shè)備散熱等不再返回工作面，從而大大改善工作面入風(fēng)流的空氣狀態(tài)。 此外，新鮮風(fēng)流從巖溫較低的上水平進(jìn)入采區(qū)，從圍巖獲得的熱量也相對(duì)較少。 6.2.2隔離、減少熱源 隔離熱源主要有以下4種方法： a.超前中段疏干熱水含水層。一般措施有兩種：一種是從地面向含水層打大口徑鉆井，用深井泵或潛水泵排水疏干，把熱水水位降低到開采中段的底板以下。另一種是在開采中段以下超前沿含水層邊緣打疏干巷道，根據(jù)水文地質(zhì)條件布置若干個(gè)硐室，在硐室內(nèi)向含水層打2~5個(gè)小口徑放水鉆孔，控制熱水水位降低到開采底板以下的標(biāo)高。 b.加強(qiáng)坑道內(nèi)熱水管理。把排水溝用隔熱蓋板蓋好，用管道將熱水輸送到水倉，然后再排到地面，對(duì)頂板和巖壁的噴淋與滴滲熱水的導(dǎo)流與封堵。 c.采用全充填采空區(qū)隔斷熱源。 d.采用隔熱材料隔熱。不論通風(fēng)系統(tǒng)管道還是熱水的排水管道都應(yīng)采用隔熱管道，在金屬管道外包扎隔熱材料，或噴涂化學(xué)劑進(jìn)行隔熱。對(duì)井下巷道壁和頂板也采用隔熱材料隔熱。采用隔熱物質(zhì)噴涂巖層、實(shí)行機(jī)電硐室獨(dú)立通風(fēng)、提高機(jī)電設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效率、采取超前疏排熱水等措施可以在一定程度上減少巷道圍巖、機(jī)電設(shè)備、礦井熱水等熱源散熱對(duì)風(fēng)流溫度的影響?？諝鈮嚎s熱是不能消除和減少的，只能通過預(yù)冷入風(fēng)流來抵消這部分影響。巷道巖壁散發(fā)大量的熱量，如能采用隔熱物質(zhì)噴涂巖壁，則能大大減少巷道內(nèi)的溫度。但是目前還沒有找到一種能完全滿足要求的隔熱材料，因此這種方法在實(shí)踐中很少被應(yīng)用。 為了有效地降低工作面的溫度，也可以采取減少熱源的方法降溫。 減少熱源主要有以下4種方法： 1 巖層熱的控制。采用隔熱物質(zhì)噴涂巖層，防止圍巖傳熱；使巷道保持適當(dāng)?shù)母蓾瘢岣唢L(fēng)速以提高空氣冷卻能力；預(yù)冷礦層等。 2 機(jī)械熱的控制。采取機(jī)電硐室獨(dú)立通風(fēng)；選擇輔助風(fēng)扇并選擇合適的位置；避免使用低效率機(jī)械等。 3 熱水及管道熱的控制。采取超前疏排熱水，并用隔熱管道排至地面或經(jīng)過有隔熱蓋板的水溝導(dǎo)入水倉。將高溫排水管和熱壓風(fēng)管敷設(shè)于回風(fēng)道，或?qū)嚎s空氣冷卻后再送入井下。 4 爆破的控制。井下采掘爆破產(chǎn)生的熱量，一般在爆破后不久即由回風(fēng)道排到井外，為了免受其影響，通常采取將爆破時(shí)間與井下人員的工作時(shí)間分開。 6.2.3冰冷降溫 冰冷降溫系統(tǒng)主要是利用冰的融化潛熱降溫，獲得相同冷量所需冰量僅為水冷卻系統(tǒng)水量的1 /4~1 /5。冰冷降溫系統(tǒng)由制冰、輸冰和融冰3個(gè)環(huán)節(jié)組成。由于要增加地面制冰和輸冰設(shè)備，系統(tǒng)復(fù)雜，費(fèi)用高昂，僅在對(duì)老礦井進(jìn)行改造時(shí)可能權(quán)宜采用。 6.2.4人體防護(hù)服 由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)原因不宜采取風(fēng)冷措施時(shí)，可穿防護(hù)服，滿足降溫及便于勞動(dòng)等方面的要求。前聯(lián)邦德國、前蘇聯(lián)、南非等國曾進(jìn)行人體防護(hù)品的研制工作，如南非研制過一種坎肩冰袋服，由12~16個(gè)小冰袋組成冰重4.5 kg，可供礦工在井下濕熱的環(huán)境中進(jìn)行中等強(qiáng)度勞動(dòng)3~ 4h。 6.2.5采用合理的開拓方式降溫 開拓