掘進(jìn)一區(qū)多媒體教學(xué)課件礦井熱害5

礦井熱害南屯煤礦掘進(jìn)一區(qū)制作人：劉尚星1概述隨著礦井開采深度逐漸增加，綜合機(jī)械化程度不斷提高，地?zé)岷途略O(shè)備向井下空氣散發(fā)的熱量顯著增加；地處溫泉地帶的礦井，由于從巖石裂隙中涌出的熱水或與熱水接觸的高溫圍巖放熱，也都能使礦內(nèi)氣溫升高，濕度增大。礦內(nèi)高溫、高濕環(huán)境嚴(yán)重影響井下作業(yè)人員的身體健康和生產(chǎn)效率，已造成災(zāi)害——熱害。礦井熱害最終將成為制約礦物開采深度的決定性因素。2礦井主要熱源及其散熱量

能引起礦井氣溫值升高的環(huán)境因素統(tǒng)稱為礦井熱源。礦井熱源包括：井巷圍巖傳熱、機(jī)電設(shè)備放熱、煤炭與矸石放熱、礦物及其它有機(jī)物放熱、人員放熱和熱水放熱等。一、井巷圍巖傳熱

1．圍巖原始溫度的測(cè)算圍巖原始溫度是指井巷周圍未被通風(fēng)冷卻的原始巖層溫度。由于在地表大氣和大地?zé)崃鲌?chǎng)的共同作用下，巖層原始溫度沿垂直方向上大致可劃分為三個(gè)層帶：變溫帶：在地表淺部由于受地表大氣的影響，巖層原始溫度隨地表大氣溫度的變化而呈周期性地變化，稱變溫帶。恒溫帶：隨著深度的增加，巖溫常年基本保持不變，這一層帶稱為恒溫帶，恒溫帶的溫度約比當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁馗?～2℃。

增溫帶：在恒溫帶以下，由于受大地?zé)崃鲌?chǎng)的影響，在一定的區(qū)域范圍內(nèi)，巖層原始溫度隨深度的增加而增加，大致呈線性的變化規(guī)律，這一層帶稱為增溫帶。地溫率：指恒溫帶以下巖層溫度每增加1℃所增加垂直深度，即：m/℃地溫梯度：指恒溫帶以下，垂直深度每增加100m時(shí)，原始巖溫的升高值，它與地溫率之間的關(guān)系為：Gr=100/gr

℃/100m式中g(shù)r─地溫率，m/℃；

Gr─地溫梯度，℃/100m；

Z0、Z─恒溫帶深度和巖層溫度測(cè)算處的深度，m；

tr0、tr─恒溫帶溫度和巖層原始溫度，℃。

礦區(qū)名稱恒溫帶深度Z0(m)恒溫帶溫度tr0(℃)地溫率gr(m/℃)遼寧撫順山東棗莊平頂山礦區(qū)羅河鐵礦區(qū)安徽淮南潘集遼寧北票臺(tái)吉廣西合山浙江長(zhǎng)廣湖北黃石25～304025252527203131

10.517.017.218.916.810.623.118.918.8

30

4531～2159～25

33.740～37

40

4443.3～39.8

表

1我國(guó)部分礦區(qū)恒溫帶參數(shù)

2．圍巖與風(fēng)流間傳熱量

井巷圍巖與風(fēng)流間的傳熱是一個(gè)復(fù)雜的不穩(wěn)定傳熱過(guò)程。常將復(fù)雜的影響因素歸結(jié)到傳熱系數(shù)中討論。因此，井巷圍巖與風(fēng)流間的傳熱量可按下式計(jì)算：Qr＝KτUL(trm-t)，kW式中Qr─井巷圍巖傳熱量，kW；

Kτ─圍巖與風(fēng)流間的不穩(wěn)定換熱系數(shù)，kW/(m2·℃)；

U─井巷周長(zhǎng)，m；

L─井巷長(zhǎng)度，m；

trm─平均原始巖溫，℃；

t─井巷中平均風(fēng)溫，℃。二、機(jī)電設(shè)備放熱

1.采掘設(shè)備放熱

采掘設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)所消耗的電能最終都將轉(zhuǎn)化為熱能，其中大部分將被采掘工作面風(fēng)流所吸收。風(fēng)流所吸收的熱能中小部分能引起風(fēng)流的溫升，其中大部分轉(zhuǎn)化成汽化潛熱引起焓增。采掘設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)放熱一般可按下式計(jì)算：Qc＝ψN，

kW其中Qc─風(fēng)流所吸收的熱量，kW；

ψ─采掘設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)放熱中風(fēng)流的吸熱比例系數(shù)；ψ值可通過(guò)實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)來(lái)確定。

N─采掘設(shè)備實(shí)耗功率，kW。

2.其它電動(dòng)設(shè)備放熱

電動(dòng)設(shè)備放熱量一般可按下式計(jì)算：

Qe＝(1-ηt)ηmN，kW其中Qe─電動(dòng)設(shè)備放熱量，KW；

N─電動(dòng)機(jī)的額定功率，kW；

ηt─提升設(shè)備的機(jī)械效率，非提升設(shè)備或下放物料ηt=0；

ηm─電動(dòng)機(jī)的綜合效率，包括負(fù)荷率、每日運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間和電動(dòng)機(jī)效率等因素。三、運(yùn)輸中煤炭及矸石的放熱

在以運(yùn)輸機(jī)巷作為進(jìn)風(fēng)巷的采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)中，運(yùn)輸中煤炭及矸石的放熱是一種比較重要的熱源，其放熱量一般可用下式近似計(jì)算：KW

Qk─運(yùn)輸中煤炭或矸石的放熱量，KW；

m─煤炭或矸石的運(yùn)輸量，Kg/s；

Cm─煤炭或矸石的比熱，KJ/(Kg·℃)；

Δt─煤或矸石與空氣溫差，℃?？捎蓪?shí)測(cè)確定，也可用下式估算：

L─運(yùn)輸距離，m；

tr─運(yùn)輸中煤炭或矸石的平均溫度，一般較回采工作面的原始巖溫低4～8℃；

twm─運(yùn)輸巷道中風(fēng)流的平均濕球溫度，℃。四、礦物及其它有機(jī)物的氧化放熱

井下礦物及其它有機(jī)物的氧化放熱是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，很難將它與其它熱源分離開來(lái)單獨(dú)計(jì)算，現(xiàn)一般采用下式估算：kW式中Q0─氧化放熱量，kWV─巷道中平均風(fēng)速，m/s；

q0─當(dāng)V＝1m/s時(shí)單位面積氧化放熱量，kW/m2；在無(wú)實(shí)測(cè)資料時(shí)，可取3～4.6×10-3kW/m2。五、人員放熱在人員比較集中的采掘工作面，人員放熱對(duì)工作面的氣候條件也有一定的影響。人員放熱與勞動(dòng)強(qiáng)度和個(gè)人體質(zhì)有關(guān)，現(xiàn)一般按下式進(jìn)行計(jì)算：

kWQw0─人員放熱量，kWn─工作面總?cè)藬?shù)；

q─每人發(fā)熱量，一般參考以下數(shù)據(jù)取值；靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)取0.09～0.12kW；輕度體力勞動(dòng)時(shí)取0.2kW；中等體力勞動(dòng)時(shí)取0.275kW；繁重體力勞動(dòng)時(shí)取0.47kW。

六、熱水放熱井下熱水放熱主要取決于水溫、水量和排水方式。當(dāng)采用有蓋水溝或管道排水時(shí)，其傳熱量可按下式計(jì)算：kW

Qw─熱水傳熱量，J；

Kw─水溝蓋板或管道的傳熱系數(shù)，kW/(m2·℃)；

S─水與空氣間的傳熱面積。水溝排水:S＝BwL，m2；管道排水:S＝πm2L，m2；

Bw─水溝寬度，m；D2─管道外徑，m；L─水溝長(zhǎng)度，m；

tw

─水溝或管道中水的平均溫度，℃；

t─巷道中風(fēng)流的平均溫度，℃。水溝蓋板的傳熱系數(shù)可按下式確定：管道傳熱系數(shù)可按下式確定:kW/(m2·℃)

α1─水與水溝蓋板或管道內(nèi)壁的對(duì)流換熱系數(shù)，kW/(m2·℃)；α2─水溝蓋板或管道外壁與巷道空氣對(duì)流換熱系數(shù)，kW/(m2·℃)；δ─蓋板厚度，m；λ─蓋板或管壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)，kW/(m2·℃)；D1─管道內(nèi)徑，m；D2─管道外徑，m。

3礦山熱環(huán)境一、人體與礦內(nèi)熱環(huán)境的關(guān)系井下作業(yè)不僅是一項(xiàng)高耗能作業(yè)，而且其危險(xiǎn)性很大。研究人體與熱環(huán)境的關(guān)系有利于采取適當(dāng)?shù)拇胧┮员Ｗo(hù)礦工的身體健康和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。人體熱平衡和舒適感、人體的散熱、礦內(nèi)熱環(huán)境對(duì)人的影響。1、礦井熱環(huán)境對(duì)工人身體健康的影響高溫高濕的氣候環(huán)境不僅會(huì)使人感到不舒適，產(chǎn)生過(guò)高的熱應(yīng)力破壞人體的熱平衡，而且可能導(dǎo)致中暑，使人的心理、生理反應(yīng)失常，從而降低勞動(dòng)生產(chǎn)率，增大事故率。新陳代謝產(chǎn)熱量主要與體力勞動(dòng)強(qiáng)度成正比，而它的生理作用是決定于總的熱應(yīng)力。因此，人體的總產(chǎn)熱量與人體的總散熱量之間要保持相互平衡，以保證體溫恒定在正常范圍之內(nèi)。2、熱環(huán)境對(duì)工人生理功能的影響高溫高濕氣候?qū)ΦV工的影響是多方面的。惡劣的氣候條件會(huì)降低人的體力和腦力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損傷人身的健康，甚至危及生命。人體處在熱環(huán)境時(shí)，血管舒張，血流量增多，由血液帶到皮膚的熱量增多，皮膚的溫度升高，從而增大了與環(huán)境的對(duì)流和輻射換熱。3、不同氣候條件人體熱感覺(jué)和對(duì)人體健康的影響風(fēng)溫，℃相對(duì)濕度，%風(fēng)速，m/s礦工感覺(jué)212896<0.5悶熱970.52.0熱972.02.5稍熱282997<1.0悶熱971.02.0熱972.03.0稍熱97>3涼爽293097<1.5悶熱951.53.0熱963.04.0稍熱95>4.0涼爽>3095>4.0熱有效溫度（℃）熱感覺(jué)生理學(xué)作用肌體反應(yīng)4240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(méi)有明顯的不適感25舒適靠肌肉的血液循環(huán)來(lái)調(diào)節(jié)正常20涼快利用衣服加強(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黏膜、皮膚干燥10很冷肌肉疼痛，妨礙表皮血液循環(huán)二、熱環(huán)境對(duì)井下生產(chǎn)效率的影響等效溫度與生產(chǎn)效率的關(guān)系

804002.0m/s

1006020272829303132333435364.1m/s0.5m/s

工作效率（%）溫度（℃）體力勞動(dòng)工作效率與溫度和風(fēng)速關(guān)系三、熱環(huán)境對(duì)安全生產(chǎn)的影響根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：“生產(chǎn)礦井采掘工作面的空氣溫度不得超過(guò)26℃”；“采掘工作面的空氣溫度超過(guò)30℃，必須采取降溫措施逐步解決”。高溫高濕環(huán)境不僅嚴(yán)重地危害了人體的身體健康，而且時(shí)刻威脅著生產(chǎn)的正常進(jìn)行。因?yàn)槿梭w在熱環(huán)境中，中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到抑制，使注意力分散，降低了動(dòng)作的準(zhǔn)確性和協(xié)調(diào)性。高溫高濕的環(huán)境容易使工人處于昏昏欲睡的狀態(tài)，且工人心理上易煩躁不安，加上繁重的體力勞動(dòng)，工人的機(jī)警能力降低，從而使事故的發(fā)生率上升。