煤矿热害分析及防治措施.PDF

文章编号 1003- 5923200304- 0111- 02 煤矿热害分析及防治措施 王其扬 徐州矿务集团公司,江苏 徐州221006 摘 要孟加拉国巴拉普库利亚煤矿以下简称 “孟巴矿”为孟加拉国第一座煤矿,是我国自行设计并以 成套国产设备装备的国外矿井,随着矿井开拓的不断深入,特别是首采工作面1101面两道的全面施工,矿井 异常的自然开采条件也已逐渐显露,矿井的热害、 水害等方面的问题越来越严重,将对矿井的建设和生产造成 严重的影响。 本文通过对孟巴矿的热害特点分析,提出了矿井在建设和生产期间的降温措施。 关键词异常条件;热害分析;热害影响防治措施 中图分类号 TD727 文献标识码 B 孟加拉国巴拉普库利亚煤矿为孟加拉国第一 座煤矿,是我国自行设计并以成套国产设备装备的 国外矿井,位于孟加拉国D inajpur省Parbatipur地 区。 矿井设计年产原煤1. 0M ta。 矿井采用立井暗 斜井开拓方式,立井落底水平- 260 m ,暗斜井- 260～- 430 m ,倾角18。 开采煤层厚度˛ 层煤厚 20. 94～41. 00 m ,平均36. 14 m。 设计确定采用走 向长壁倾斜分层金属网假顶全部垮落法。 1 矿井热源分析 1. 1 地面大气 孟加拉国属亚热带气候,年平均气温24. 8℃, 平均相对湿度79. 2 ,其中, 4～9月份平均气温28. 1℃,相对湿度79. 2 ,夏季夜间温度接近35℃,相 对湿度超过95 ,历年最高气温37. 5℃,矿井进风 风温偏高。 1. 2 地热 孟巴矿恒温带温度约25. 5℃,恒温带深度约30 m。 根据钻孔测试结果,˛ 层煤以上顶板地温梯度 为2. 92～4. 97℃100 m ,平均3. 51℃100 m。 地温 梯度由北、 西向盆地中心逐渐提高。 主要开采煤层 ˛ 层煤内地温梯度为5. 96～22. 44℃100 m ,平均 10. 46℃100 m。 地温梯度高且变化大,其变化趋 势是由盆地边缘向盆地深部递增且幅度加大。 主要 开采范围内˛ 层煤底部原始岩温均在40℃左右。 因 此岩煤层、 采掘工作面及采空区冒落的煤、 岩的 热量与井下空气的热交换,是矿井井下气温升高的 主要原因之一。 1. 3 氧化热 煤、 含炭、 含硫围岩及支护材料的氧化散热,亦 会使矿井气温升高。 1. 4 压缩热 空气沿井巷向下流动时,相对位能减小,致使 体积压缩热转化为热能,使矿井气温升高。 1. 5 其它热能 爆破热、 人体散热、 煤矸运输过程散热、 照明灯 具散热,电缆、 电线散热等,亦会使矿井气温升高。 根据孟巴矿矿井热源分析和计算,孟巴矿矿井 热源按主次顺序如下岩煤热、 氧化热、 机电设备 散热、 热水热、 压缩热、 人体散热,它们所占比例分 别为 49、20、12、10、7、 和2。 2 矿井热害的影响 2. 1 现场实测温度情况 见表 1 表1 实测温度及湿度 水平或 巷道名称 观测 时间 观测参数 岩温 ℃水温 ℃气温 ℃ 相对湿度 - 260水平1998. 337433594 - 289水平2001. 438. 8463796 - 430水平2002. 544543899 1101面 上顺槽 2003. 14437100 2003. 34541100 1101面 下顺槽 2003. 14538100 2003. 34642100 2. 2 孟巴矿热害特点 通过现场的气温水温的观测和热源分析认为 收稿日期 2003- 05- 27 作者简介王其扬1965- ,江苏盐城人, 1989年毕业于中国矿业大学采矿工程系,现任徐州矿务集团公司孟煤项目部副总经理。 111矿山压力与顶板管理 2003.№4 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 该矿的热害主要有以下特点 1矿区大气温度、 湿度偏高,导致井下的空 气的温度、 湿度偏高,也是导致孟巴矿区区域性高 温的一个重要原因之一。 2异常的地热场是导致孟巴矿区高岩温高 水温的主要原因。 岩热、 热水散热作为矿井的主要 热源,对导致矿井高温起决定作用。 3矿井的高温热水是导致矿井高温高湿的 又一个重要原因。 2. 3 热害的影响 1对人体造成伤害,直接损害职工的身心健 康。 高温、 高湿达到一定程度超出人体承受能力,就 会严重伤害职工身体,引发疾病。 2造成出勤率低,工作效率低下,严重影响 各项生产指标的完成,尤其掘进单进水平无法提 高, 3月份1101工作面下顺槽仅掘进56 m。 据日本、 俄罗斯、 中国的高温矿井统计矿内工作面风流温 度超过标准1℃,工人的劳动生产效率将降低6～ 8;对孟巴矿而言,如果不进行高温热害治理,高 温热害所造成的总的生产效率将下降30以上。 而 高温所引起的工人身体疾病及身心健康产生的影 响尚无法计算。 3井下环境恶劣,使得指标完成差,职工收 入低,导致队伍不稳定,难于管理和组织。 4无论预计还是实测的井下气候环境指标, 都不符合中国 煤矿安全规程 的规定,也不符合其 它任何一个国家的劳动环境规定。 3 矿井热害的防治措施 3. 1 综合防治措施 3. 1. 1 矿井系统设计时考虑的措施 1矿井开拓方式。 采用下山开拓方式,使主 要进风道布置在浅部,避开深部高温区,缩短进风 线路长度。 2通风系统。 大型机电峒室尽量采用独立通 风方式,避免机电设备散热进入进风流中。 在条件 允许的情况下,采煤工作面可采用下行通风,避免 顺槽中的机电设备散热进入进风流。 3采区施工组织设计。 工作面在掘进施工 中,应尽量采用双巷掘进,减少长距离通风,能尽早 形成通风系统。 4排水系统。 矿井在设计排水系统时,应考 虑防止井下水散热措施。 井下的所有水沟都应该设 计水沟盖板,排水管路应有防散热设施。 3. 1. 2 改善通风环境 在通风风量和风速未达到设计要求时,可采用 增加风量、 提高风速的办法来改善作业环境。 增加 风量、 提高风速,可以调节人体散热条件。 现在孟巴 矿现场1101工作面顺槽掘进中,就采用了这种方 法,现场采用一个掘进工作面配备了二台28 kW 局部扇风机和 Ф800 mm的风筒供风。 3. 1. 3 个体防护措施 在作业分散的井下高温地点,可采用个体防护 措施,这种措施经济实惠,效果较明显。 1配备冷却式水冷、 空气冷工作服,这种 方式能够直接对人体产生降温效果,效果较好。 2缩短工作时间,将原来的作业方式改为4 ～6制或6～4制,这样每天只工作6 h或4 h,以减少 职工的体力消耗,保护职工的身心健康。 3发放高温补贴费,改善职工的生活条件, 增强个人的身体素质,增强抗高温能力。 3. 2 机械降温措施 以上综合防治措施,只是在热害不很严重的情 况下采取的一般性措施,还必须在采取综合防治措 施的同时采取机械降温的措施。 3. 2. 1 移动式局部机械制冷 局部机械制冷主要采用小型空气制冷机,对井 下的主要工作地点进行局部降温。 该制冷方法主要 特点是费用投资较少,移动方便,但是规模小,维 修量大,制冷效果差。 该方法只能适用于建井初期 的少数掘进工作面,不适用于正常的生产矿井。 3. 2. 2 集中机械降温 如果生产矿井内有若干个采煤工作面和掘进 工作面全部都需要制冷,局部制冷无法满足降温要 求,应该考虑集中制冷。 目前国内外高温矿井采用的集中制冷方式大 致 有三种 1 集中制冷站设在地面简称地面 站。 地面站有两种输冷方式,其一,将全部进风风 流冷却;其二,制出冷冻水,再将冷冻水送至井下工 作面附近的空气冷却器中,以冷却井下空气。2 集中制冷站设在井下简称井下站。 井下站也有两 种输冷方式,其一,冷却井下部分风流;其二,制出 冷冻水,再将冷冻水送至各个工作面空气冷却器冷 却工作面气温。3地面与井下联合布置制冷站 简称联合站。 该系统是井上井下同时都布置制冷 设备,即地面制冷站产生的冷冻水通过高低压换热 器及井下制冷机冷凝器而返回地面即高压侧 ; 井 下空气冷却器的回水经高低压换热器进入井下制 冷机蒸发器,再到空气冷却器即低压侧。 下转第115页 211 2003.№4 矿山压力与顶板管理 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. Ρx1Ρy1Ρz1Ρxy1Ρyz1Ρzx1 Ρx2Ρy2Ρz2Ρxy2Ρyz2Ρzx2 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ΡxnΡynΡznΡxynΡyznΡzxn 1z1x1y1x1y1x 2 1y 2 1 1z2x2y2x2y2x 2 2y 2 2 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 1znxnynxnnnx 2 ny 2 n ı a01a02a03a04a05a06 a11a12a13a14a15a16 a21a22a23a24a25a26 a31a32a33a34a35a36 a41a42a43a44a45a46 a51a52a53a54a55a56 a61a62a63a64a65a66 10 式中 n≥7。 利用最小二乘法,便可求得各个应力分量的回归系数aiji 1～7,j 1～ 6 。 利用作者开发的地应力应用软件,可求得一矿地应力各个应力分量的多元回归方程为 Ρx -9787. 92 0. 097962z 0. 446350 x 0. 294457y-0. 000005x y -0. 000005x 2 -0. 000005y 2 Ρy 35662. 7 0. 028020z-2. 153755x 0. 492680y-0. 000017x y 0. 000033x 2 0. 000005y 2 Ρz 32269. 6 0. 001650z-1. 971505x 0. 515196y-0. 000019x y 0. 000031x 2 0. 000007y 2 Σxy -20604. 1 -0. 074283z 1. 401235x-0. 752833y 0. 000021xy -0. 000023x 2 0. 000001y 2 Σyz 17094. 4 -0. 015159z-1. 024755x 0. 219507y-0. 000008xy 0. 000016x 2 0. 000003y 2 Σzx -10783. 6 0. 002704z 0. 651707x-0. 152786y 0. 000005xy -0. 000010 x 2 -0. 000001y 2 公式中的x、y和z分别为估计点的区域坐标 和深度,利用此回归公式,即可求得某一点的 Ρ1 、 Ρ 2 和 Ρ3以及各自的倾角和方位。 上述复杂的回归计算以及各个主应力的大小、 倾角和方位在作者开发的可视化地应力应用软件 中得到了实现。 4 主要结论 利用弹性理论建立了地应力场计算模型。 并根 据现场实测的地应力数据,利用弹性理论和最小二 乘法原理得出了地应力场回归公式,可以有效计算 地应力的大小和方向。 参考文献 [1] 王连捷,潘立宙,廖椿庭,等.地应力测量及其在工程中的应 用[M ].北京地质出版社, 1991. [2] 张延新.矿井地应力及分布特征和应用研究[D ].焦作焦作 工学院, 2002. 上接第112页 根据孟巴矿地面温度高、 湿度大,冷源运输线 路长的特点,故选择机械制冷站应设在井下。 制冷 站设在井下,制出冷水送往工作面附近的空气冷却 器,这种布置方式由于冷源距需降温地点近,管道 冷损小且冷源输送及无需高低压转换,所以孟巴矿 采用了这种布置方式。 3. 2. 3 孟巴矿降温要注意的问题 孟巴矿在采用机械制冷降温时,应注意以下问 题。 首先,应选择好能适应孟巴矿特点的制冷机。 孟 巴矿井下热源多,变化大,其中原始岩温高,地面气 温高,井下气温高,井下水温高,井下湿度大。 因此 要选择坚固安全、 设施完善、 耐压防爆、 安装操作方 便的制冷。 其次,搞好管道的隔热,采用新型隔热材 料的管道。 第三,采用矿用高效空气冷却器,提高传 热效果。 第四,搞好井下制冷机冷凝热的排放。 孟巴 矿若设立井下集中制冷站,制冷站应考虑设在- 260 m运输和回风管之间,其目的是将冷凝热用喷 水方式通过较低风温的回风风流排至地面。 另外, 孟巴矿井下制冷站的冷却水和冷冻水可由地面 UDT水源井供给,UDT水源井水温一般为26～ 29℃,适合于空气制冷机排热的需要。 孟巴矿的热害治理是一项长期而又艰难的工 作,实现预期的降温效果,是孟巴矿生产的重要保 证。 必须在实践中不断总结经验,找出一套符合孟 巴矿实际的行之有效的办法。 511矿山压力与顶板管理 2003.№4 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.