礦井氣候條件及改善

礦井通風(fēng)基礎(chǔ)

——礦井氣候條件陜煤化銅川培訓(xùn)中心劉斌前言井下氣候條件指井下空氣的溫度、濕度和風(fēng)速相互作用。溫度濕度風(fēng)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(fēng)速周圍物體的表面溫度周圍空氣的相對濕度、風(fēng)速一、礦井氣候?qū)θ梭w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(fēng)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(jī)電設(shè)備散熱煤炭等有機(jī)物氧化人體散熱水分蒸發(fā)空氣的壓縮或膨脹通風(fēng)強(qiáng)度三、礦井空氣的溫度

在不同礦井、不同的通風(fēng)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(fēng)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(bǔ)貼；機(jī)電設(shè)備硐室的氣溫不得超過30℃；冬季總進(jìn)風(fēng)的氣溫不得小于2℃。除機(jī)電硐室外井下風(fēng)流的氣溫允許在2-28℃的范圍內(nèi)變化。當(dāng)井下氣溫超過規(guī)定時，應(yīng)采取加熱或降溫的措施。一般認(rèn)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(zhì)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?jǐn)?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(rèn)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(jìn)風(fēng)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(fēng)速在礦井巷中，風(fēng)流在單位時間內(nèi)能流經(jīng)的距離，稱為井巷中的風(fēng)速，簡稱風(fēng)速。對流散熱強(qiáng)度隨風(fēng)速而增大。當(dāng)氣溫低于體溫時，風(fēng)速越大，對流散熱量也越大；當(dāng)氣溫高于體溫時，風(fēng)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(fēng)速的增大而增強(qiáng)。風(fēng)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(fēng)量井巷名稱允許風(fēng)速/（m/s）最低最高無提升設(shè)備的風(fēng)井和風(fēng)硐15專為升降物料的井筒12風(fēng)橋10升降人員和物料的井筒8主要進(jìn)、回風(fēng)巷8架線電機(jī)車巷道1.08運輸機(jī)巷，采區(qū)進(jìn)、回風(fēng)巷0.256采煤工作面、掘進(jìn)中的煤巷和半煤巖巷0.254掘進(jìn)中的巖巷0.154其它通風(fēng)人行巷道0.15第二節(jié)礦井氣候條件的改善一、空氣預(yù)熱1、通風(fēng)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(yù)熱就是使用蒸汽、水暖或其它設(shè)備，將一部分空氣預(yù)熱到70℃～80℃，再使其與冷空氣混合，混合后的空氣溫度達(dá)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(jī)電設(shè)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(biāo)準(zhǔn)，此時就要考慮采取降溫措施。

1、通風(fēng)降溫

(1）增加風(fēng)量。當(dāng)熱害不太嚴(yán)重時，用提高通風(fēng)強(qiáng)度即增大風(fēng)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(fēng)系統(tǒng)。礦井通風(fēng)系統(tǒng)或采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)盡量縮短進(jìn)風(fēng)風(fēng)流的路線長度，并使進(jìn)風(fēng)巷道位于熱源溫度較低的層位中，以減少風(fēng)流被加熱的機(jī)會；采煤工作面通風(fēng)時，可選擇下行通風(fēng)方式，將機(jī)電設(shè)備、煤炭運輸?shù)攸c等選擇在回風(fēng)風(fēng)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(fēng)方式。

2、改革采煤方法和頂板管理

(1）后退式采煤法與前進(jìn)式相比，風(fēng)阻小風(fēng)量大，有利于降溫。

(2）傾斜長壁式采煤法的通風(fēng)路線短，風(fēng)阻小，風(fēng)量大，工作面入口風(fēng)流溫度相應(yīng)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(fēng)的散熱，可降低工作面風(fēng)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(jī)電設(shè)備銅室設(shè)置單獨的通風(fēng)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(dāng)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(jī)械制冷設(shè)備強(qiáng)制制冷，即礦井空調(diào)技術(shù)。目前機(jī)械制冷方法有三種：地面集中制冷機(jī)制冷；井下集中制冷機(jī)制冷；井下移動冷凍機(jī)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(qiáng)度的不斷加大，我國煤炭開采逐步轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為經(jīng)濟(jì)建設(shè)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(shù)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(dāng)風(fēng)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(dá)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(yán)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(chǎn)率下降，甚至被迫停產(chǎn)。熱害治理技術(shù)目前國內(nèi)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(fēng)方式，加大通風(fēng)量等方式來進(jìn)行降溫，這種措施雖然經(jīng)濟(jì)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(shù)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(diào)技術(shù)的應(yīng)用，而冰冷卻系統(tǒng)則是將冰塊灑向工作面來達(dá)到降溫的目的。1993年7月，平頂山礦務(wù)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(jī)，可使掘進(jìn)工作面的氣溫降低5一8℃。1996后又與相關(guān)單位合作，用LSLGF一300、1000、500螺桿式水冷機(jī)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(shù)，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(fēng)降溫已不能解決整個礦井高溫?zé)岷栴}。目前礦井開采范圍較小．但需冷量較大，分散制冷和空氣壓縮制冷技術(shù)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(diào)查、測試，確定了各個降溫地點的需冷量。考慮系統(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(shè)立融冰池；地面生產(chǎn)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(jié)合以及作為機(jī)組冷卻用水等方式進(jìn)行散冷，降低工作面溫度，滿足生產(chǎn)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(shè)備。完成900t/d的制冰量，制冷量為402kw；配備2臺冷水機(jī)組，產(chǎn)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(jìn)工作面降沮；地面制冷機(jī)采用6kV供電。

(2）輸冰系統(tǒng)地面制冰機(jī)房內(nèi)片冰機(jī)生產(chǎn)的片冰通過羅茨鼓風(fēng)機(jī)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(shè)在主井井筒中，并進(jìn)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(jìn)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(jìn)迎頭同時降溫，選定安設(shè)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(jìn)風(fēng)溫度29一32℃時，出風(fēng)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(jī)組的冷卻用水。(5）井下設(shè)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(shè)備。對于各回采工作面的空冷