矿井热害的产生与治理王文工业安全与环保 2003.PDF

矿山安全 矿井热害的产生与治理 王文 桂祥友 王国君 辽宁工程技术大学资环学院 辽宁阜新123000 沈阳矿业集团公司一矿 沈阳111000 摘 要 随着矿井开采深度的增加,矿井高温热害问题会越来越严重。为保障煤炭工业持续健康发展,必须采取相应 措施进行治理,建立井下适宜的作业环境,保证矿山生产安全、 稳定、 高效地向前发展。 关键词 热害 治理 作业环境 The Emergence and Control for Heat- H arm in Mines Wang Wen Gui Xiangyou Resource 二是 目前水平仅局部出现高温热害,下一水平就有可能出现更加 严重的热害问题。随着开采深度的增加,机械化程度也越来 越高,由此出现的机械散热也愈来愈大。高温高湿等热害问 题,将显得越来越突出,对井下作业人员的工作效率、 安全和 健康有着极大的影响。 1 矿井高温的产生 造成矿井气温升高的热源很多,主要有相对热源与绝对 热源。相对热源的散热量与其周围气温的差值有关,如高温 岩层和热水散热;绝对热源的散热量受气温影响较小,如机 电设备、 化学反应和空气压缩等热源。高温岩层散热是影响 矿井空气温度升高的重要原因,它主要通过井巷岩壁和冒 落、 运输中的矿岩与矿井空气进行热交换,当矿井有高温热 水涌出时,将影响整个矿井的微气候。井下适宜温度为15 ～20℃ [1]。 矿井湿度采用相对湿度表示,矿井最适宜的相对湿度为 50 ～60 [1]。而井下空气的相对湿度大多为80 ～90 左右,总回风道和回风井内的相对湿度接近100 。造成矿 井空气湿度大的原因主要是井巷壁面的散湿和矿井水含生 产用水的蒸发。 从总体来看,成为矿井高温热害的主要因素有地热、 采 掘机电设备运转时放热,运输中的矿物和矸石放热,以及风 流下流时自压缩放热等4大热源。就个别矿山而言,矿内高 温水涌出、 强烈氧化等也可能形成高温热害。 造成矿井高温还有以下几个因素 1开采深度大,岩石温度高。在我国的中部和北部地 区,大部分高温矿井约占90 是由于开采深度大、 岩石温 度高所致。例如孙村矿采深776 m ,岩温34. 9℃、 徐州三 河尖矿采深736 m ,岩温37℃、 北票台吉矿采深873 m , 岩温33.4℃、 长广煤炭公司七矿采深920 m ,岩温40℃ , 以及丰城建新矿采深650 m ,岩温42℃等都属于此类高温 矿井。 2地下热水涌出。地下水易于流动,且热容量大,是良 好的载体。井下热水通过2个途径把热量传递给风流① 岩 层中的热水通过热对流作用,加热了井巷围岩,围岩再将热 量传递给风流;② 热水涌入巷道中,直接加热了风流。 3采掘工作面风量偏低。通风不良风量偏低,是我国 目前造成采掘工作面气候条件不良的带有普遍性的因素。 据调查统计,我国煤矿长壁工作面供风量80 以上在200～ 800 m3/ min之间[2]。按降温要求,高温回采工作面风量至少 应在800 m3/ min以上。 2 井下高温的危害 2.1 高温对人体的危害 在矿井生产中可能遇到种种不利的微气候,其中主要是 矿井的高温、 高湿。所谓高温,是指井下气温超过30℃;所 谓高湿,是指相对湿度超过80 。产生高温、 高湿的微气候 则表明热害出现。在高温作业环境中,热害可能使人产生一 系列生理功能的改变① 体温调节发生障碍,主要表现为体 温和皮温升高;② 水盐代谢出现紊乱,使机体的机能受到影 响;③ 循环系统、 消化系统、 泌尿系统、 神经系统等均会因高 33 2003年第29卷第4期 April 2003 工业安全与环保 Industrial Safety and Environmental Protection 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 温高湿下的机体大量失水,改变正常的功能,甚至致病。 2.2 高温环境对劳动效率及安全的影响 在高温环境中,人的中枢神经系统容易失调,从而感到 精神恍惚、 疲劳、 周身无力、 昏昏沉沉,这种精神状态成为诱 发事故的原因。 在高温矿井中,一般生产率均较低,有的矿山其相对劳 动效率仅为30 ～40 。鹤壁六矿回采工作面风温高达 32℃,相对湿度达99 以上,1984年8月30日,1个班就有4 名矿工中暑倒在工作地点。日本1979年全国调查统计,30 ～40℃ 气温的工作面,比低于30℃ 时的事故率高3.6倍;南 非多年的调查统计,当矿内作业地点的空气湿球温度达到 28.9℃ 时相当于干球温度30℃ , 开始出现中暑死亡事 故。表1为南非金矿井下温度与事故率的关系[2]。 表1 井下温度与事故率的关系 作业地点气温/℃27293132 工伤频次/千人0150300450 3 矿井热害治理 我国 地下矿山安全规程 规定,采掘工作面的空气温度 不得超过28℃,否则应采取降温或其他防护措施。 针对矿井热源,各国有热害的矿山都采取了不同的热害 防治措施。主要是非制冷空调降温和制冷空调降温。 3.1 非制冷空调降温 3.1.1 通风降温 1增加风量法。增加风量可以大大降低空气的含热 量,是一种有效的降温措施。改善通风系统,增加井下通风 量,可采用下列措施减少风阻,防止漏风,加大扇风机能力, 采用合理分风与辅助风路通风法,加强通风管理等。但是, 风量的增加不是无限制的,它受规定的风速和降温成本的制 约。据现场增风降温的经验,高温工作面的风量最低限应为 800～1 000 m3/ min。 2采场通风形式。采场通风有多种形式,但以能抑制 采空区热气串入工作面和增加工作面有效风量的形式对降 温最有利。采场下行通风时,矿岩运输方向与风流同向,这 样使矿岩运输过程中放出的热量和水蒸气,以及运输设备的 机电设备散热等不再返回工作面,从而大大改善工作面入风 流的空气状态。此外,新鲜风流从岩温较低的上水平进入采 区,从围岩获得的热量也相对较少。 3.1.2 合理的开拓方式降温 开拓方式不同,入风线路长度不同,则风流到达工作面 的风温也不同。一般情况下,分区式开拓可以大大缩短入风 线路长度,从而降低入风流到达工作面前的温升。 3.1.3 充填采矿法降温 应用充填采矿法有利于采场降温,这是因为减少了采空 区岩石散热的影响,采空区漏风量大大降低,同时,充填物还 可大量吸热,可起到冷却井下空气的作用。 3.1.4 减少热源法 1岩层热的控制。主要方法有采用隔热物质喷涂岩 壁,防止围岩传热,巷道保持适当的干湿,提高风速以提高空 气冷却能力,预冷矿层等。 2机械热的控制。主要方法有机电硐室独立通风,选 用辅助风扇并选择适当的位置,避免使用低效率机械等。 3热水及管道热的控制。主要方法有超前疏排热水, 并用隔热管道排至地面,或经过有隔热盖板的水沟导入水 仓,将高温排水管和热压风管敷设于回风道,或将压缩空气 冷却后再送入井下等。 4爆破热的控制。井下采掘爆破产生的热量,一般在 爆破后不久即由回风道排到井外,为免受其影响,通常将爆 破时间与井下人员的工作时间分开。 3.1.5 个体防护 在矿工分散的井下高温作业地点,不便采取集中降温措 施时,可采用个体防护措施。例如,澳大利亚布里斯班的昆 士兰大学研制成功2种新型冷却工作服。实验结果表明,当 使用水冷却工作服时,人体出汗率可减少25 ;当使用空气 冷却工作服时,人体出汗率可减少35 [3]。即使温度高达 40℃,这种工作服仍可将温度调节到适合人体的温度。 3.1.6 其他措施 其他矿井降温措施,有全矿性的,如进风井口喷水;利用 进风巷道岩层调热圈冷却风流;利用冻结井筒的冻结壁,自 然解冻做空调冷源等。局部性措施如喷雾,放置冰块,利用 压风引射器通风,利用空气调节器降温等。 3.2 制冷空调降温 矿井空调降温是空调应用技术发展的一个新领域。当 采用非空调降温措施仍无法达到所要求的作业环境标准或 不经济时,应考虑使用空调降温技术。人工制冷降温是目前 国内外普遍采用的降温措施。人工制冷降温技术关键是制 冷、 输冷、 传冷与排热,以及降温系统及其控制。 3.2.1 制冷 从世界上第1台制冷机的产生到现在,已有近200年的 历史我国从20世纪50年代末开始制造制冷机。但将制 冷设备用于矿井仅有70余年的历史。制冷机按其结构特征 分为离心式、 螺杆式和活塞式,按对风流的冷却方式不同又 分为冷风机组和冷水机组。所谓冷水机组,就是载冷剂或 称冷水被制冷机的蒸发器冷却后,再输送到空气冷却器冷 却风流,这样的制冷机组称为冷水机组。用蒸发器直接冷却 风流的制冷机组称为冷风机组。 由于煤矿井下空气中含有瓦斯、 煤尘等可燃易爆气体, 因此,要求制冷机所用的制冷剂必须符合无毒、 不可燃和无 爆炸危险的要求。目前国内外广泛采用的制冷剂为氟里昂, 这种制冷剂虽然符合煤矿井下的特殊要求。但其散放到大 气中对臭氧层有破坏作用,世界上已逐步限制使用氟里昂制 冷,20世纪80年代后各国都在努力研制新的制冷剂来代替 氟里昂。 在有高温蒸汽、 高温水等余热的地方可采用吸收式制冷 机。独联体国家共22个矿采用了溴化锂吸收式制冷机,利 用矿井瓦斯燃烧作为热源。 3.2.2 输冷 在大范围的矿井降温工程中,制冷站制取的冷量大都通 过管道用水作为载冷剂进行输冷。在管道输冷技术中,主要 43 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 监测与评价 黄沙坪铅锌矿采场顶板危险性分析及预防 李海洪 刘学勇 湖南黄沙坪铅锌矿 湖南桂阳424421 摘 要 分析了造成黄沙坪铅锌矿采场顶板不安全的因素,提出了预防顶板安全事故发生的综合措施,达到了较好的 效果。 关键词 采场顶板 安全管理 预防措施 Analyses and Countermeasures on Danger of Mine Roof in Huangshaping Lead Zinc Mine Li Haihong Liu Xueyong Huangshaping Lead Zinc Mine Guiyang , Hunan424421 Abstract In this paper ,the dangerous factors of mine roof in Huangshaping Lead Zinc Mine are analysed and prevention measures are put forward for achieving better results. K eywords mine roof safety management prevention measures 湖南黄沙坪铅锌矿是省属大二型采选联合企业,是我国 重要的铅锌生产基地之一。自建成投产以来,累计完成采矿 量1 000万余t ,铅锌金属量近90万t ,矿山保有地质储量700 多万t ,现年采选矿石量约38万t。 矿床为高中温热液型碳酸盐裂隙充填交充代型矿床,属 第 Ⅳ 勘探类型。共有工业矿体400多个,矿体走向多数近南 北,长度为40～280 m ,向东倾,倾角由缓倾斜到急倾斜,一般 为40 ～80,平均厚度8～10 m ,形态极不规则,分支复合现 象较为普遍,矿岩节理裂隙十分发育,中等稳固到不稳固,顶 板围岩稳固性普遍较差,给矿山安全开采、 顶板维护带来 了 解决2个问题,即降低供冷管道的冷量损失与降低管道的阻 力损失。鉴于井下空气湿度大,巷道中有淋水,管道敷设条 件差及搬运困难等原因,保冷材料必须由防腐防锈层、 隔 热保冷层、 防潮层又称空气阻凝层和保护层组成。 目前,国内外常用的矿用保冷材料以泡沫塑料制品为 主。主要有聚苯乙烯、 聚乙烯、 聚氨酯、 苯酚甲醛、 聚异氰脲 酸酯及脲醛等泡沫塑料。 利用冰块输冷。目前在南非已由试验向实际应用转化。 20世纪80年代初期对南非金矿的降温系统分析表明,井深 达3 000 m其井下地热条件相当于我国煤矿1 500 m深的井 下条件时,用冰块输冷较用水输冷有利。井越深,这种优点 越突出。在向井下输同样的冷量时,冰的质量、 耗量约为水 的1/ 5。 3.2.3 传冷 如何有效地将制冷设备制取的冷量传递给风流,这是矿 井降温中的重要环节,目前国内外在传冷方式上主要有以下 几种① 表面式空气冷却器传冷;② 喷淋式空冷器传冷;③ 其 他传冷方式传冷。 3.2.4 排热 如何有效地排除制冷机的冷凝热,是维持制冷机正常运 行、 提高矿井降温系统经济效益的技术关键之一。制冷机安 设在地面时,排热问题比较简单,容易解决;当安设在井下 时,排热问题比较复杂,且难以解决。目前世界上许多井下 大型降温系统都是利用回风流排热。普遍认为,利用回风流 排热是一种经济有效的方法。利用井下回风流排热的主要 方式有① 在井下水平巷道中建立喷淋硐室;② 利用井下暗 立井建立垂直冷却塔;③ 为了适应井下小型制冷设备的排热 要求,制造出可移式水冷却器。 集中制冷降温系统分为3种基本类型,即地面集中、 地 下集中和地面与井下分别设制冷站的联合系统。用哪一种, 要根据矿井的具体条件,通过技术经济分析比较和系统优化 确定。 由于矿井逐步向深部延深,地温高,回风温度也高,利用 回风流排热困难。因此,集中制冷站由井下转移到地面将成 为发展趋势。 参考文献 1 王秉权,左树勋,栾昌才.采矿工业卫生学.徐州中国矿业大学出 版社,1991.816～20 2 李金柱.煤炭工业可持续发展的开发与利用.北京煤炭工业出版 社,1989.9144～153 3 张世雄.矿物资源开发工程.武汉武汉工业大学出版社,2000. 4 485～490 作者简介王文,1944年生,男,副教授,黑龙江泰来人,1969年毕业 于阜新矿业学院采矿工程专业,现主要从事矿业工程教学与科研工 作,发表 “矿区开发与环境保护” 等论文20余篇。 收稿日期200110 10 53 2003年第29卷第4期 April 2003 工业安全与环保 Industrial Safety and Environmental Protection 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. 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