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作 煤矿深部开采综采工作面高温问题的解决方案探讨淮南矿业集团顾桥煤矿陈龙生［摘 要］随着技术水平的提高，煤矿的开采深度不断增大，地温也随之升高，热害日益增大，严重影响井下职工的健康和采掘工效。
煤矿深井降温技术正成为国内外煤矿研究的一个重要课题。
治理热害应首先探明热源，然后根据热害类型及程度进行综合治理。
本 文分析矿井高温的热源组成，分类讨论解决矿井高温的可行性方案。
［关键词］煤矿 深部开采 矿井高温 解决方案 降温技术1. 目前煤矿深井开采的高温现状目前，随着技术水平的提高，煤矿的开采深度不断增大。
我国煤矿 1980 年平均开采深度为 288m ，到 1995 年已达 428m ，目前的开采深度 平均每年以 20~30m 的速度增加，如今正向千米深井的趋势发展，如淮 南矿业集团顾桥矿井深 800m ，谢一矿井深达 1100m 。
煤矿的开采深度越大，地温也越高。
我国《煤矿安全规程》（2005 年 版）规定，生产矿井采掘工作面空气温度不得超过 26℃，机电设备硐室 的空气温度不得超过 30℃。
但据调查，目前很多煤矿井下温度严重超 标，有的矿井工作面温度甚至超过 40℃，淮南矿业集团顾桥矿的 -650m 水平采掘工作面最高温度达 35℃，-800m 水平采掘工作面最高温度达 38℃，热害严重危害人员的身心健康，制约煤矿的安全生产。
所以，深井 开采条件下，解决矿井高温已成为煤矿开采的一项重大技术难题，亟待 解决。
2. 煤矿井下热源组成 2.1 井巷围岩热 矿井温度的主要热源是围岩散热，约占矿井热源的 70%以上。
井巷围岩的温度随井巷的深度增加而增加，据估测，地球中心温度能达到 6000-7000℃。
通过计算公式可以估算出一定深度的围岩温度 t r ：t r = t r 0+G r ×（Z - Z 0）/100 式中 t r 0、t r ─恒温带温度和岩层原始温度，℃； G r ─地温梯度，℃/100m ； Z 0、Z ─恒温带深度和岩层温度测算处的深度，m 。
摘要:矿井水害是影响煤矿安全生产的主要灾害之一，矿井水害一旦发生，不但影响煤矿各采掘工作面的安全施工，还将导致人员伤亡，设备损坏，并淹没矿井和采区，危害十分严重。
为切实保证梅花井煤矿安全生产，应对矿井水害的发生条件及原因进行分析研究，划分水害类型，并根据矿井实际情况不断加强防治水技术研究和科技攻关，推广使用防治水的新技术、新装备和新工艺，提高防治水工作的科技水平。
关键词:矿井水害水害类型防治水技术0引言矿井水害作为煤矿主要灾害之一，时刻威胁着煤矿安全生产，随着煤矿开采的范围扩大，开采水平延伸，矿井防治水工作越来越重，受水害威胁也将越来越大。
以梅花井煤矿为例，通过对矿井的水害防治工作进行总结，探索矿井水害防治对策。
梅花井井田位于宁夏回族自治区灵武市以东33km 处，行政区划属灵武市宁东镇管辖。
地理坐标位于东经106°42′05″至106°46′50″，北纬37°58′20″至38°04′21″之间。
梅花井煤矿是宁东能源化工基地规划首先开发的特大型矿井之一，其产品用户主要为宁东能源化工基地内的坑口电厂，煤基二甲醚和煤炭间接液化项目。
矿井总生产规模12.0Mt/a，矿井服务年限为77a。
1矿井地质及水文地质概况1.1自然地理井田内地形总体呈现东高西低，南北高中部低的低缓丘陵地貌，本区内大部分地区为沙丘掩盖，多系风成垄状及新月形流动沙丘，间有被植被固定、半固定沙丘，地形低缓平坦，起伏不大。
井田范围无常年地表迳流，仅在井田西北侧有南北长约1km、东西宽约0.5km，面积约0.5km 2的季节性积水地带，标高+1322m 左右，平时干枯无水，雨季有积水，一般可保持1个月左右，水质苦涩，不能饮用。
1.2地质概况梅花井煤矿位于鸳鸯湖矿区，鸳鸯湖矿区属晋冀鲁豫地层区（V 4）、华北西缘地层分区（V 41）、桌子山-青龙山地层小区（V 41-2）（见图1-1）。
井田全部被第四系（Q ）所覆盖，地表无基岩出露，井田含煤地层为侏罗系中统延安组（J2y ）。
深井高温热害的形成及防治深井高温热害的形成及防治摘要在深部采矿工程中，矿井高温热害及其治理被国内外采矿界视为两大科技难题之一，矿井降温研究工作对推动采矿业发展具有极其重要的意义。
本文阐述了矿井热害对煤矿安全生产的危害，理论分析影响矿井热害产生的各主要因素及其作用机理，分析了新汶华丰煤矿和平煤五矿工作面的需冷情况，考虑矿井自然条件，在华丰煤矿利用加大通风量的办法为工作面制冷。
在平煤五矿，利用北山低温淋水排放制冷系统凝，设计矿井降温系统降温系统：采用机械制冷降温为主，采面上部冷水喷淋降温为辅，回风巷安装抽放管抽放采面上隅角热量，以及隔热疏排热水的综合治理降温措施，空冷器采用串联布置方式，每三台为一组，体积小，安装运输方便。
采用加大通风量和综合治理降温措施，改善了工作面风流的温度和湿度，采面温度平均降低4℃和4.8℃，基本达到了降温设计的要求，取得了较好的降温效果和经济效益。
关键词高温; 热害; 矿井降温1 概况1.1深井高温的危害1.1.1 深井高温热害问题的提出在我国的华东及华北地区，随着煤炭开采量增大，一些老的矿井开采深度不断增加。
而且随着东部地区煤炭储量的减少，被迫开采的煤层深度也有增加的趋势。
随之而来，越来越多的矿井出现了不同程度的热害问题。
在全国，煤矿平均开采深度也正以每年15米的速度增加，按我国平均地温梯度3.5℃/hm计算，矿井围岩温度每年增加0.5℃，千米深井岩温在35℃以上。
开采深度的增加和机械化程度的提高，使我国高温矿井的数目越来越多，热害问题日趋严重。
如新汶矿务局的孙村矿采深576-776米，原岩温度25-35℃，掘进面气温34.5℃，回采面气温32.5℃;平煤集团八矿采深673米，岩温31-33℃，掘进面33℃。
据不完全统计，我国目前已有130多对矿井采掘工作面风流温度超过30℃，许多矿井的开采深度超过800米，其中新汶孙村矿延深水平的深度达1300米。
在我国预测的总储量中，有73.2%的储量埋深超过1000m。
探究深部矿井高温热害防治措施作者：叱超张林江岗战伟来源：《科学与技术》2018年第20期摘要：为降低深部矿井高温热害对矿工身体健康水平形成的危害性，推动狂下施工作业安全、有效运行进程，文章在解析深部矿井高温热害定义及成因的基础上，有针对性的提出几点防治措施。
且大量的工程实践表明，若能联合应用两种防护措施，能进一步优化对矿井高温热害防治效果。
关键词：深部矿井；高温热害；成因分析；防治措施我国国土辽阔、地大物博，是一个矿产资源生产消费大国，社会经济的发展对矿产资源表现出较高的依赖性，但当下已探明的矿产资源难以迎合各个行业对矿产资源的需求量，且埋藏较浅处的矿产资源日益枯竭，在这样的生产状态下，加强深埋矿井的建设，毫无疑问的成为了我国煤矿行业未来发展的重点与突破点。
高温热害是深井建设与开采作业中的常见问题之一，其一方面对矿工人员生命安全构成威胁，另一方面也影响矿井生产作业效率。
基于此，本文笔者结合实践对相关防治措施作出探究与分析。
1深部开采高温热害分析在井巷掘进施工过程中，一般情况下应用局部通风法能实现改善井下气候条件的目标，但是该种方法在深度较浅、岩石温度较低的矿井作业中体现出良好的降温效能，但不适用于深度大（地下1000m）、岩石温度过高（大于350℃）、巷道距离长（大于2000m）的独头掘进工作环境中，且局部通风法难以实现预设的降温目标，究其原因，主要有：①在轴流风机设施运转期间，新鲜的贯穿气流难以被顺利的整合至工作面上；②胶质软风筒通风阻力偏大、隔热性能较低，造成抵达作业面的风量较小、风速偏低、风温较高；③在地下井巷中，轴流风机的噪音和回音较大，可能会影响矿工作业情绪状态，部分情况下矿工可能擅自关掉风机的情况，为应对以上情况，部分煤矿开采单位通常会应用以释放作为动力源的压缩空气，以同步降低矿井下环境的温度、湿度。
但是以上措施在应用后，降温降湿效果不显著，节流降温温差偏低，难以实现有效降温的目标；且在压缩空气大量释放的过程中很可能会造成作业气源不能得到有效保障，此时深部矿井作业成本明显上升，对狂下开采作业进度形成明显影响。
浅析煤矿深井热害及其防治技术
煤矿深井热害是指由于煤层、岩石和深埋地下的工作面的受热和压力作用等因素，导
致矿井地下环境温度逐步升高且耐热负荷较差时，使矿工处于高温状态下引起的身体不适
和各种疾病，包括热病、缺氧、疲劳、中暑等。
煤矿深井热害已成为近年来煤矿安全生产
的严重问题之一。
煤矿深井热害的主要原因是由于矿井地下环境温度升高和湿度下降导致煤矸石火灾、
爆炸等不良事故的发生，从而进一步影响矿工的身体健康。
同时，深井热害也会导致工作
效率下降，矿井生产成本增加等问题。
因此，煤矿深井热害的防治是当前煤矿安全生产工
作的核心内容之一。
煤矿深井热害防治技术的策略包括技术防治和管理防治两种。
技术防治的重点是通过
加强矿井通风、湿度调控、煤尘控制等措施来减少深度矿井的温度升高和干度降低的趋势。
例如，增加通风量、利用地下水进行冷却等技术手段来降低矿井深度的环境温度和湿度。
与此同时，管理防治的重点是通过加强检查、监理和培训等管理手段，提高矿工的安全意识，增强矿工的体质素质。
比如可以通过合理安排劳动时间、工作强度等措施，增加矿工
的运动量，提高机体对高温环境的抵抗力。
总的来说，煤矿深井热害是一项严峻的问题，需要煤矿企业加强科学管理和技术防治，提高矿工的安全意识，减少煤矿深井热害对煤矿安全生产的危害。
通过加强公共技术创新
和质量监控标准建设等措施，进一步提升煤矿深井热害防治技术水平，为煤矿安全生产创
造更加安全、健康、可持续的生产环境。
课外研学学院：专业班级：课题：姓名：指导教师：2014年9月19日引言随着矿产资源的不断开发，我国的浅表矿床及开采技术条件相对简单的矿床储量不断消耗，迫使大多数矿山转入深部或复杂矿床的开采。
目前，许多硬岩矿床已进入或接近深部开采的范畴，据统计，我国有三分之一的矿山即将进入深部开采。
深部矿床开采的技术难点主要集中在三个方面:即深部地压(岩爆)预测与控制技术、井下热害控制技术以及强化开采技术集成。
在深部矿床开采技术领域内，国内的研究工作起步较晚，没有成熟的技术和经验可借鉴。
在“九五”期间，虽然开展了部分前期研究工作，但现有的采矿技术不能有效地解决深部矿床开采的问题。
目前，急需研究开发适应于深部矿床开采的新工艺新技术，同时对现有的技术进行集成与提升，以满足我国不断涌现的深部矿床开采的需要。
由此可以看出，井下热害控制技术在我国深井开采技术中占有很重要的地位[1]。
1井下热源分析井下气温升高，是由于各种热源散热的缘故。
井下热源包括地热、地下水蒸发热、空气压缩热和机械设备放热以及爆热、氧化反应热、人体代谢生成热等。
实践证明，地热、空气压缩热、爆热和氧化反应热是主要的井下热源。
1.1地热地热是最重要的深井通风热源，据研究，深井岩层放热占井下热量的48%［2］。
地热是以围岩传热形式散热，地面以下岩层温度变化规律是：自上而下，岩层划分为变温带、恒温带和增温带，其中，恒温带以下的岩石温度随深度增加而增加，当采掘作业将岩石暴露出来以后，地热便从岩石中释放出来。
原岩放热是深井矿山的主要热源之一，当井下空气流经围岩时，两者发生热交换，从而使井下空气温度升高。
因受地热增温的影响，岩石温度随深度的增加而升高。
围岩与井巷空气热交换的主要形式是传导和对流，即借热传导自岩体深处向井巷传热，或经裂隙水借对流将热传给井巷。
在大多数情况下，围岩主要以热传导方式将热传给岩壁，并通过岩壁传给井下空气。
岩石温度随深度而增高的程度决定于岩石成分和岩石的导热性能、水文地质特征和其他一些因素，一般用地热增温率来表征岩石的增温程度［2］：式中：t h为深度h处的岩石温度（o C）；t0为该地区地表空气的年平均温度（C）；G t为地热梯度（o C/m）；h为所测定岩石温度之点距地表的深度（m）；h0为恒温带的深度（m）。
梅花井煤矿深部热害防治技术的应用
摘要:随着矿井开采深度的增加,矿井高温热害问题开始凸显,严重影响了煤矿的安全生产。
本文简要介绍了梅花井煤矿高温热害的状况,分析了高温原因及介绍了非机械制冷降温技术和机械制冷降温技术相结合在梅花井煤矿的应用,取得良好的降温效果。
关键词:矿井热害防治技术机械制冷非机械制冷
矿井高温热害已被认为水、火、瓦斯外的第4大矿井灾害,其严重影响了煤矿正常的安全生产,威胁了职工的身体健康。
梅花井煤矿21采区上煤组综采工作面最高月平均气温33.2℃,掘进工作面为33.6℃;上煤组综采工作面最高月平均气温35.1℃,掘进工作面为35.4℃。
根据《煤矿安全规程》(2010)第一百零二条规定“生产矿井采掘工作面气温不得超过26℃,采掘工作面气温超过30℃,机电设备硐室的空气温度超过34℃时,必须停止作业。
……新建改、扩建矿井设计时,必须进行风温预测计算,超温地点必须有制冷降温设计,配齐降温设施”。
因此,矿井降温技术在煤矿的应用已非常重要。
1 井田地温状况
根据钻孔资料确定,梅花井井田的恒温带深度为70m,温度为15.06℃,平均地温梯度为3.12℃/100m。
从本区地温梯度和热害区的分布范围和变化规律分析,地温场明显受构造的控制。
区内构造形态以单斜构造为主,地热沿层面传导较好,煤层露头和地层浅部为地热散失
创造了条件,故浅部的地温梯度较小,深部地温梯度偏高,一、二级热害区度主要分布在深部。
各主要煤层的+850m水平以浅基本无热害区,一级热害区分布在+850m～+650m水平间,二级热害区分布于各煤层的+65m0水平以深部位。
2 矿井致热因素
本矿热害致热因素按其影响程度的大小分别为岩热、压缩热、氧化热、机电设备散热和人体散热,局部可能存在热水散热。
因此,矿井致热因素主要是岩热、压缩热、机电设备散热和氧化散热。
热源结果汇总表见表1。
2.1 岩热
井巷围岩散热的主要途径有三:一是借热传导自岩体深处向井巷传热;二是经裂隙水借对流将热传给井巷;三是回采、掘进及运输过程中的煤炭、矸石放热。
2.2 压缩热
空气在地球重力场作用下,沿井巷向下流动时位能减小,体积压缩热转化为热能,使矿井温度升高。
同时井筒内的淋水吸收了大部分自
身压缩热,仅有部分淋水蒸汽使相对湿度增加。
2.3 机电设备散热
机电设备所消耗的能量除了部分用以做有用功外,其余全部转换为热能并散发到周围的介质中去。
对于采煤面和进风运输巷,由于各种类型机电设备的集中布置,致使风流温度升高变化显著。
2.4 氧化散热
井田内除2-2煤层自燃等级为自燃～易自燃外,其它煤层自燃等级均为自燃,各煤层均有自燃倾向,煤和含煤、含碳、含硫围岩及支护材料的氧化散热,也是局部气温升高热源之一。
3 降温措施
3.1 非机械制冷降温措施
(1)开拓、开采布置措施。
本矿采用立井开拓,主要岩层布置或煤层巷道采用锚喷支护减少氧化散热,主要巷道及采区布置避开局部地热异常区和可能的热水涌出点。
深部采区采用下山开采或仰倾斜长壁开采,工作面采用后退式开采。
(2)通风降温措施。
在一定条件下增加风流量使得矿井进风流温升减小,进风流沿散热小的巷道流动。
对有较大散热的机电设备硐室
采用独立通风,减少其对进风流的加热,并且控制工作面顺槽的长度及工作面的长度,缩短进风巷道的长度。
3)局部降温措施。
根据现场实际情况,对矿井降温系统难以达到或极不经济,而工作人数很少的少量地点,采取局部降温措施或个体防护。
如:冰块冷却风流、压缩空气制冷、移动式制冷机等。
(4)其他措施。
有条件时,煤巷支护采用锚喷支护,以减少氧化散热;热水管、主要压风管等尽量沿回风巷布置;所有水沟均设盖板;个别热害严重区段的,短时作业人员可采取个体防护措施。
3.2 机械制冷降温措施
(1)地面集中制冷水
在进回风立井井口附近设地面集中制冷站。
制冷站利用水源热泵产生热负荷可供井筒加热和风井场地设施采暖,产生冷负荷经二次制冷制取低温冷水,通保温过管道由进风立井井筒至井下高低换热设备硐室,经高低换热设备换热后再回至地面,形成一次冷水闭式循环,二次冷水由高低换热设备出来后直供采掘工作面的空气冷却器,空冷器与风流进行热交换后回至高低压换热器,形成二次冷水闭式循环,少量冷水可根据工作面负荷变化进行喷雾降温。
地面低温制冷机产生的冷凝热由冷却塔通过大气排放,形成冷却水循环系统。
(2)采煤工作面降温
针对采煤工作面热源特点,工作面除尘洒水(含采煤、喷雾)可全部采用冷水,同时在采面中部以上布置降温喷雾装置,采面机巷内布置6台HPSCC-200型空气冷却器,同时配置2×18.5kW局部通风机2台。
喷淋和除尘洒水总水量为12m3/h。
冷冻水供水温度<7℃,闭式水系统回水温度17℃,补给水温度按28℃考虑。
(3)掘进工作面降温
在每个掘进工作面配用1台HPSCC-200型光管空气冷却器,安设在局部通风机后100m处。
另外在迎头回风流每隔100m,安设一组喷嘴进行喷雾,喷雾与回风流充分接触,以提高降温效果,并解决掘进工作面防尘问题。
4)管道及保温
根据开拓开采布置,及水系统流量,确定选用热轧无缝钢管,其保温材料选用PVC,即聚氨脂泡沫塑料,为防止保温材料的破坏,采用不燃玻璃钢作为保护层。
选用的无缝钢管和保温层厚度如下:D89×4、D108×4、D189×6、D325×10、D377×12(11)冷冻水管路均设厚50mm 保温层,井下管路设玻璃钢保护层厚5mm,玻璃钢保护层可现场加工,管路连接采用快速接头。
对于管道连接处,阀门、仪表等连接处,保温材料可现场发泡充注。
4 结论
随着煤矿开采深度的不断增加,深部热害将进一步的加剧,采取综合降温措施势在必行。
梅花井煤矿根据自身高温热害状况采取了机械制冷降温措施和非机械制冷降温措施,对采掘工作面进行降温,取得良好的效果,为煤矿深部热害防治提供了可借鉴的经验。
参考文献
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