礦井氣候條件及改善

礦井通風基礎

——礦井氣候條件陜煤化銅川培訓中心劉斌前言井下氣候條件指井下空氣的溫度、濕度和風速相互作用。溫度濕度風速氣候條件目錄第一節(jié)第二節(jié)井下氣候條件井下氣候條件的改善第一節(jié)礦井氣候條件人體的散熱方式對流輻射蒸發(fā)周圍空氣的溫度、風速周圍物體的表面溫度周圍空氣的相對濕度、風速一、礦井氣候對人體熱平衡的綜合影響二、氣候參數(shù)對人體散熱的影響

氣候參數(shù)溫度濕度風速空氣溫度低于體溫：對流、輻射空氣溫度等于體溫：蒸發(fā)為主空氣溫度高于體溫：蒸發(fā)影響汗液蒸發(fā)的效果影響對流、蒸發(fā)效果地面溫度影響因素井下圍巖溫度機電設備散熱煤炭等有機物氧化人體散熱水分蒸發(fā)空氣的壓縮或膨脹通風強度三、礦井空氣的溫度

在不同礦井、不同的通風地點，影響因素和影響大小也不盡相同，但總的來看，升溫作用大于降溫作用，因此，隨著井下通風路線的延長，空氣溫度逐漸升高。與地面空氣相比，井下空氣有冬暖夏涼的感覺。規(guī)程規(guī)定，采掘工作面的氣溫不得超過26℃，若超過則必須縮短勞動時間，并給與高溫保健補貼；機電設備硐室的氣溫不得超過30℃；冬季總進風的氣溫不得小于2℃。除機電硐室外井下風流的氣溫允許在2-28℃的范圍內變化。當井下氣溫超過規(guī)定時，應采取加熱或降溫的措施。一般認為對人體最適宜的空氣溫度為15℃～20℃。四、礦井空氣的濕度定義：空氣的濕度是指空氣中所含的水蒸氣量或潮濕程度。（1）絕對濕度：指單位體積濕空氣中所含水蒸氣的質量（g/m3），用f表示。（2）相對濕度：指空氣中水蒸氣的實際含量（f）與同溫度下飽和水蒸氣量（F飽）比值的百分數(shù)，用公式表示如下：相對濕度影響人體蒸發(fā)散熱的效果。一般認為人體感到最適宜的空氣濕度為50%～60%。一般情況下，在礦井進風路線上，空氣的濕度隨季節(jié)變化感覺也不同。有冬干夏濕的感覺五、井巷中的風速在礦井巷中，風流在單位時間內能流經的距離，稱為井巷中的風速，簡稱風速。對流散熱強度隨風速而增大。當氣溫低于體溫時，風速越大，對流散熱量也越大；當氣溫高于體溫時，風速越大，對流散熱量也越大。同時蒸發(fā)散熱、散濕的效果也隨風速的增大而增強。風速大小直接影響人體的散熱效果，同時影響井巷中煤塵濃度和風量井巷名稱允許風速/（m/s）最低最高無提升設備的風井和風硐15專為升降物料的井筒12風橋10升降人員和物料的井筒8主要進、回風巷8架線電機車巷道1.08運輸機巷，采區(qū)進、回風巷0.256采煤工作面、掘進中的煤巷和半煤巖巷0.254掘進中的巖巷0.154其它通風人行巷道0.15第二節(jié)礦井氣候條件的改善一、空氣預熱1、通風降溫2、改革采煤方法和頂板管理3、減少各種熱源散熱4、制冷降溫空氣預熱就是使用蒸汽、水暖或其它設備，將一部分空氣預熱到70℃～80℃，再使其與冷空氣混合，混合后的空氣溫度達到2℃以上。冷熱空氣混合方式井筒混合式井口房混合式井筒、井口房混合式二、降溫措施

我國南方部分礦井和開采深部煤層的礦井，受地面溫度、地溫或井下機電設備散熱等因素的影響，井下局部地點的空氣溫度可能很高，甚至超過《規(guī)程》規(guī)定的標準，此時就要考慮采取降溫措施。

1、通風降溫

(1）增加風量。當熱害不太嚴重時，用提高通風強度即增大風量的方法來降溫是行之有效的降溫措施。

(2）選擇合理的通風系統(tǒng)。礦井通風系統(tǒng)或采區(qū)通風系統(tǒng)應盡量縮短進風風流的路線長度，并使進風巷道位于熱源溫度較低的層位中，以減少風流被加熱的機會；采煤工作面通風時，可選擇下行通風方式，將機電設備、煤炭運輸?shù)攸c等選擇在回風風流，以降低這些局部熱源對工作面的影響。

(3）改革采煤工作面通風方式。

2、改革采煤方法和頂板管理

(1）后退式采煤法與前進式相比，風阻小風量大，有利于降溫。

(2）傾斜長壁式采煤法的通風路線短，風阻小，風量大，工作面入口風流溫度相應較低，對改善工作面的氣候有利。

(3）采用充填法管理頂板，避免或減少了采空區(qū)冒落巖石的散熱和采空區(qū)熱風的散熱，可降低工作面風流的溫度。3、減少各種熱源散熱如減少煤炭在井下的暴露時間；在高溫巖壁與巷道支架之間充填隔熱材料；井下大型機電設備銅室設置單獨的通風道；對溫度較高的壓氣管路和排熱水管用絕熱材料包裹；及時封堵或合理排除井下熱水等。

4、制冷降溫當采用通常的降溫措施不能有效地解決采掘工作面等局部地點的高溫問題時，就必須采用機械制冷設備強制制冷，即礦井空調技術。目前機械制冷方法有三種：地面集中制冷機制冷；井下集中制冷機制冷；井下移動冷凍機制冷。三、煤礦井下熱害防治在我國已探明的煤炭資源中，約占50％的煤炭埋深超過千米。隨著對能源需求量的增加和開采強度的不斷加大，我國煤炭開采逐步轉向深部，煤礦開采深度以8一12m/年的速度增加．如何能夠安全、高效、低成本地開采深部煤炭資源，將其轉換為經濟建設有力的能源保障，成為目前我國煤炭行業(yè)急需尋求突破的重大技術難題。

一般情況下，地溫隨深度增加而呈線性增加，礦井深度的變化，使空氣受到的壓力狀態(tài)也隨之而改變。當風流沿井巷向下流動時，空氣的壓力值增大?？諝獾膲嚎s會出現(xiàn)放熱（或吸熱），從而使礦井溫度升高，平均地溫梯度3.7℃／100m。隨著礦井向深部開采，井下作業(yè)環(huán)境條件惡化，巖層溫度將達到攝氏幾十度的高溫。地溫升高造成井下工人注意力分散，嚴重影響人體健康，引發(fā)各種疾病，造成事故率上升，勞動生產率下降，甚至被迫停產。熱害治理技術目前國內外的礦井降溫，主要有兩個方面的措施：一是非人工制冷措施，即通過改善通風方式，加大通風量等方式來進行降溫，這種措施雖然經濟實用，但是降溫幅度有限，且受到諸多因素的制約；二是人工制冷降溫，此技術可以分為水冷卻系統(tǒng)和冰冷卻系統(tǒng)，水冷卻系統(tǒng)就是礦井空調技術的應用，而冰冷卻系統(tǒng)則是將冰塊灑向工作面來達到降溫的目的。1993年7月，平頂山礦務局科研所和原中國航空工業(yè)總公司第609研究所聯(lián)合研制成KKL101礦用無氟空氣制冷機，可使掘進工作面的氣溫降低5一8℃。1996后又與相關單位合作，用LSLGF一300、1000、500螺桿式水冷機組對工作面降溫，效果明顯。目前山東能源在世界上首家自主研發(fā)并成功投用了冰冷低溫輻射降溫技術，使采掘地點溫度下降5至10攝氏度，能夠控制在26攝氏度以下。唐口煤業(yè)公司熱害處理系統(tǒng)唐口煤業(yè)公司-1000m水平原始地溫接近37℃，通風降溫已不能解決整個礦井高溫熱害問題。目前礦井開采范圍較?。枥淞枯^大，分散制冷和空氣壓縮制冷技術均不宜采用。地面片冰井下降溫系統(tǒng)組成根據(jù)井下工作面的熱害情況調查、測試，確定了各個降溫地點的需冷量?？紤]系統(tǒng)冷損量和備用系數(shù)。確定了唐口煤業(yè)公司總需冷量為5944kw。在地面建立制冰廠制取片狀冰，主井井筒中安裝一趟下冰保溫管路，井底100m附近修建制冷硐室，并設立融冰池；地面生產的片冰被送至融冰池融化后，供冷泵將池中O一2℃的冰水通過管道輸送至采掘工作面，采用空冷器、噴淋與防塵水相結合以及作為機組冷卻用水等方式進行散冷，降低工作面溫度，滿足生產要求；對于輸送至采掘工作面的剩余冷水再返回制冷用室用于融冰池融冰。各系統(tǒng)簡況如下：

各系統(tǒng)簡況如下：

(l）地面制冰制冷水系統(tǒng)根據(jù)需要配備15套片冰設備。完成900t/d的制冰量，制冷量為402kw；配備2臺冷水機組，產冷水量1500t/d,制冷量為192OkW，井下總供冷最5944kw。滿足2個采煤工作面、11個掘進工作面降沮；地面制冷機采用6kV供電。

(2）輸冰系統(tǒng)地面制冰機房內片冰機生產的片冰通過羅茨鼓風機及輸冰管道輸送至井口立管。片冰則靠自重通過下冰立管下落至井底融冰用室。立井下冰管路采用無縫鋼管，安設在主井井筒中，并進行保溫處理，立井下冰管路將冰輸送至井底。然后沿清理斜巷安裝輸冰專用沖冰水管，直至水平巷的融冰池。(3）融冰系統(tǒng)利用主井并底水平巷，開幫2m作為井下制冷硐室，制作專用融冰池并進行保溫處理。(4）輸冷散冷系統(tǒng)根據(jù)井下開拓布置圖和工作面降溫要求，2個回采工作面和11個掘進迎頭同時降溫，選定安設3臺供冷水泵，2用l備；供冷水管路2趟，一趟供冷水管、一趟回水管。井下輸冷散冷系統(tǒng)為開式系統(tǒng)，即回水流回融冰池，由于采區(qū)防塵用水量較小，可從供冷水管路接出?？绽淦鬟M風溫度29一32℃時，出風盆度為20℃左右．其余冷量通過工作面防塵和噴淋降溫，并直接作為采煤機組的冷卻用水。(5）井下設備及配電井下輸冷系統(tǒng)供電電源660V，電源直接來自井底中央泵房，分別供3臺供冷水泵和1臺循環(huán)沖冰水泵以及制冷喇室照明等其他設備。對于各回采工作面的空冷