我国煤矿高温热害及防治技术研究现状.pdf

第三届 全国煤矿机械安全装备技术发展高层论坛暨新产品技术交流会论文集 令 4 应用效果 1 采空区注氮 与黄泥灌浆 在工作面回采 期 间 , 对于阻止 采空区遗 煤 自燃起到了决 定性 作用 , 支 架 后 CO 浓 度明显降低 , 以 105“架后及 采空区距工作面 6 0 m范围测点为例 , 采取注氮和黄泥灌 浆措 施后 CO 浓度分 别由 15 4只 1。一 6 、 19 0只 1。 一6 降至 8只 1。 一6 、 1 5 只 1。一 6 ,并 且 持续保 持 稳定 至工作面回采结 束 。 2气 体监测 系统的建 立为 工作面发 火情 况分析 及防治措 施的制定 提供了坚 实的数据 基础 ①在工作面回采 期 间 , 根据 ZF 18o6上分 层的气体 情 况 分 析 , 多 次 发现 上分 层 采空区的高温氧化 点 , 立即有针 对性地 对上分层 进行注胶 , 及时有效 地 消灭高温点 , 防止上分 层煤 体氧 化 , 保 证工作面正常 推进 。 ② 工作面回采至 4 3om 位 置时 上 隅角土袋 墙以内 CO 浓度 一 直 处 在 较 高 状 态 , 最 高达到 2 3。只 1。 一6 , 根据回风 顺槽 埋 设 束管 数据 监测 , 采空区向内 6 0 m位 置CO浓度 达到20 0 只 1。一 6 左右 。 针对上 述问题 , 采取 对采空区进行灌 浆 , 1 6 d后 , 采空区向内 6 0 m范围内的CO浓度 降至3。只1 0 一6 , 而 上 隅角 CO 浓 度变化不大 , 从而判断此时 CO 浓度主要是 上部 采空区煤 尘氧化 产生以及 ZF 18o 7工作面存留的 CO , 为 下一 步防火工作重 点起到了较强 的指导作用 。 3利用对上分 层 施工 的钻孔进行 灌注胶体 , 处理上分 层 。 到 ZF 18o6 工作面进人 Zom 未 采时 , 工 作面自然发火 危 险明显降低 , 近一 周工作面隅角 墙 内 CO 浓度由 2 3。只 1。 一6 降到 5 0一6 0 只 1。一 6 , 回风隅 角风流 CO 浓度 降到 2。只 1。 一6 左右 , 回风流检测不 到 CO , 为 工作面设 备回撤 提供良好的前 提条件 。 约通 过搬 家期 间向架后采空区施工钻孔 注胶 , 维持工作面处 在良好的工作 环境 中 , 从运输 设 备到 液压 支架 全部回撤 完毕的 1 3d时间里 , 工作面 、 回风 巷 道及回风隅角均 未测 出 CO 气 体 , 有效地防止了 采空区遗 煤 氧化 。 参考文 献 巨 1习王德明 . 矿井通风与安全巨M习 . 徐州 中国矿业大学出版 社 , 20 05 . 巨 2习徐精彩 , 张辛亥 , 文虎 , 等 . 煤层自燃胶体 防灭火理论与技 术巨M习 . 北 京 煤 炭工业出版 社 , 20 03 . 巨 3习赵 建会 . 易 自燃煤层 综放开采防灭火技术研究巨 D习 . 西 安 西 安科技大学 , 20 05 . 厂 4刁闰少宏 , 何万 盈 , 刘建华 , 等 . 用先进适用技术改 造中小煤 矿 陕西彬县模式厂M刁 . 北 京 煤炭工业出版 社 , 20 05 . 2 60 第三届 全国煤矿机械安全装备技术发展高层论坛暨新产品技术交流会论文集 令 4 应用效果 1 采空区注氮 与黄泥灌浆 在工作面回采 期 间 , 对于阻止 采空区遗 煤 自燃起到了决 定性 作用 , 支 架 后 CO 浓 度明显降低 , 以 105“架后及 采空区距工作面 6 0 m范围测点为例 , 采取注氮和黄泥灌 浆措 施后 CO 浓度分 别由 15 4只 1。一 6 、 19 0只 1。 一6 降至 8只 1。 一6 、 1 5 只 1。一 6 ,并 且 持续保 持 稳定 至工作面回采结 束 。 2气 体监测 系统的建 立为 工作面发 火情 况分析 及防治措 施的制定 提供了坚 实的数据 基础 ①在工作面回采 期 间 , 根据 ZF 18o6上分 层的气体 情 况 分 析 , 多 次 发现 上分 层 采空区的高温氧化 点 , 立即有针 对性地 对上分层 进行注胶 , 及时有效 地 消灭高温点 , 防止上分 层煤 体氧 化 , 保 证工作面正常 推进 。 ② 工作面回采至 4 3om 位 置时 上 隅角土袋 墙以内 CO 浓度 一 直 处 在 较 高 状 态 , 最 高达到 2 3。只 1。 一6 , 根据回风 顺槽 埋 设 束管 数据 监测 , 采空区向内 6 0 m位 置CO浓度 达到20 0 只 1。一 6 左右 。 针对上 述问题 , 采取 对采空区进行灌 浆 , 1 6 d后 , 采空区向内 6 0 m范围内的CO浓度 降至3。只1 0 一6 , 而 上 隅角 CO 浓 度变化不大 , 从而判断此时 CO 浓度主要是 上部 采空区煤 尘氧化 产生以及 ZF 18o 7工作面存留的 CO , 为 下一 步防火工作重 点起到了较强 的指导作用 。 3利用对上分 层 施工 的钻孔进行 灌注胶体 , 处理上分 层 。 到 ZF 18o6 工作面进人 Zom 未 采时 , 工 作面自然发火 危 险明显降低 , 近一 周工作面隅角 墙 内 CO 浓度由 2 3。只 1。 一6 降到 5 0一6 0 只 1。一 6 , 回风隅 角风流 CO 浓度 降到 2。只 1。 一6 左右 , 回风流检测不 到 CO , 为 工作面设 备回撤 提供良好的前 提条件 。 约通 过搬 家期 间向架后采空区施工钻孔 注胶 , 维持工作面处 在良好的工作 环境 中 , 从运输 设 备到 液压 支架 全部回撤 完毕的 1 3d时间里 , 工作面 、 回风 巷 道及回风隅角均 未测 出 CO 气 体 , 有效地防止了 采空区遗 煤 氧化 。 参考文 献 巨 1习王德明 . 矿井通风与安全巨M习 . 徐州 中国矿业大学出版 社 , 20 05 . 巨 2习徐精彩 , 张辛亥 , 文虎 , 等 . 煤层自燃胶体 防灭火理论与技 术巨M习 . 北 京 煤 炭工业出版 社 , 20 03 . 巨 3习赵 建会 . 易 自燃煤层 综放开采防灭火技术研究巨 D习 . 西 安 西 安科技大学 , 20 05 . 厂 4刁闰少宏 , 何万 盈 , 刘建华 , 等 . 用先进适用技术改 造中小煤 矿 陕西彬县模式厂M刁 . 北 京 煤炭工业出版 社 , 20 05 . 2 60 令 安全技术及 工程 2 . 2 我国煤 矿高温热 害及防治地 域分布 高温热 害煤矿的地 域分 布主要取 决于煤 矿的开采 历 史和对 能源需 求的大 小 。 目前 , 我国高温热 害 煤矿主要 分 布在河 北 、 辽宁 、 黑龙 江 、 江苏 、 江西 、 安徽 、 山东 、 河 南 、 湖 北 、 湖南 、 重 庆 、 广 西 、 福 建等 1 3个 省市川 。 以东 部地区为主 , 其 中山东 、 河 南 、 安 徽最 多 ,其 次 为江 苏 、 河 北 、 辽宁等省份 。 山东 、 河 南 、 安 徽 三省 不仅 热 害煤矿 数量 最多 , 煤矿 机 械 制 冷 降温 系统的总装 机 量也 居于首 位 , 分 别为 28 . 3 MW 、 2 6 . 4 MW和 20 MW , 占全国煤 矿 机械 制冷 降温总装机 量的5 0 以上 。 具体见 图 5 。 图 5 我国主 要高温热 害煤矿省份分布 2 . 3 我国煤 矿高温热 害及防治现状综合分析 1我国高温热 害煤矿 越 来 越 多 , 热 害形 势 越 来 越 严峻 , 降温形 式 多样 化 、 规 模 化和范围扩 大 化 。 在日益严 重的煤矿 热害 形势下 , 本 着 “ 以人为本 , 科学 发展 ” 的宗旨 , 国家出台相关的强制性 措 施的 呼声 也越 来越 高 。 随着 煤矿 热害的普 遍存 在 , 煤 矿制 冷规 模 、 降温范围必然也会扩 大 , 不仅 体现在 单 个煤 矿 的制冷规 模和降温范围 , 全国范围内的制冷 规模和降温范围也会扩 大化 。 降温形式 也会呈现多样化 , 如 制 冰降温 口3〕 、 瓦斯抽 采发电热电冷 联产 联供山〕 、 各种热泵系统 口5〕等 。 2我国热 害煤矿 数量 多 , 但是还 有很 多煤 矿没 有采 取机 械制 冷 降温措施 。 原因是多方面 的 , 例 如 没有 用 于热 害治理的资金 、 煤 矿的生产 条件 无法 满足煤矿 降温 工程 实施的要 求 、 领导 不重 视 等等 , 使 得 他们 在需 求上 显得不是很迫 切 。 另外 , 目前国内大部分 高温煤矿 都是使用国外的设 备 , 制冷主机和很多 配件 都需 要从国外 进 口 , 价格昂贵 、 维 护 困难 ; 国内虽然也相继推出了相应的煤 矿制 冷 降温设 备 , 但是在 市 场上 的占有率非 常的低 , 因此制 冷设 备供 应 、 市 场容 量与 需求 之 间呈现 出很 大的差异 。 3 目前我国在煤 矿热 害治 理方面 , 采用 的技术和 国外基 本一 致 , 煤 矿 降温主要面 临的 问题是缺乏 关键的核心设 备比如局部 制冷机 组 、 大型防爆集 中制冷 降温机 组 等 。 不论是 向大型化发展 的集 中式 降温系统还 是 向灵 活化 、 小型化发展 的局部 移动 式 降温系统 , 在 关键 核心设 备上需要有大的突破 。 在充 分认识井下 的高温 、 高 湿 、 高 尘 、 受限空间四大特 点的基础上 , 在 提 高关 键设 备可靠 性性 能的同时 , 降低 开发 成本 , 这 才有利于推动整 个煤 炭行 业煤 矿 降温技术的进步 。 约煤 矿高温热 害防治逐步 朝着 经济 、 节 能 、 合 理 、 高 效的趋 势 发展 。 虽 然 不同的高温煤 矿 各取 所 需 , 选择不同的降温系统 , 但是国家鼓 励采取 节能 、 废 热利用 、 新 能源利用等措 施 , 在 环 境保护 上提出了 2 6 3 第三届 全国煤矿机械安全装备技术发展高层论坛暨新产品技术交流会论文集 令 更 高的要 求 。 比如 , 利用煤矿 抽出来的瓦斯 进行 发电 , 瓦斯发电厂余 热用 于嗅 化 铿 机组 制 冷 或 制热 , 制 冷用 于地面 办公楼 及井下降温 , 制 热用 于供 应热 水及冬 天供暖 。 这种热电冷 联产 联 供的模 式已在 多个 煤矿 得到应用 , 变废为 宝 , 成为煤 矿热 害 治 理的一种新的发展模式即〕 。 需 要 清楚的是该模 式 并 非适用 于所有 的煤矿 , 只适用 于那些高瓦斯煤 矿或 者有余 热可利用 的煤 矿 。 总的来说 , 高温热 害煤矿 应因地制 宜 , 在充 分调研煤矿 降温技术的基础上 , 汲取 其他 煤矿 高温热害防治 经验 教训 , 根据 自身 实际 , 选择 合理 的降温方 式 , 避免不合 实际的跟风 , 从源头上来确 保煤 矿高温热 害防治的科学决 策 。 3 我国煤矿高温热害防治技术支撑能 力分析 综合 分析 , 目前我国煤矿 高温热 害现象 越来 越严重 , 在 煤矿 高温热害 治理方面采用 的技术和 国外基 本一 致 , 但由于相关 研 究起步较晚 , 在 热 害防治 基础理 论 研 究 、 一些关键 技术 及 核心装 备上实属空白 。 由于煤矿 高温热害属于职业 健康 范畴 , 属于 慢性 危 害 , 不同于瓦斯 、 顶板 、 突水 等 灾 害 , 可以瞬间造成 事 故 。 因此 , 国家对 高温热害防治的重视 程度 , 企业 对 高温热 害防治的技 术 、 资金投人远 远 不够 。 虽然对 于煤 矿 高温热 害防治技 术也 进行了大 量的研 究 , 但一直没 有取得良好的效 果 , 关 键是缺少必要的技 术支 撑体系 、 必要的实验 装 备和研 发人员 , 特别是煤矿 高温热害 基础理论 、 煤矿 热害测量 、 计算和设 计 缺乏必 要的试验 研究 手段 。 上述问题主要表现在以下几 个方面 1基础研究 投人不 足 , 理 论体系有待 进一 步完 善 主要 表现在煤 矿高温热 害的形成 机理 、 发展规律等 基础理论 研究的相对滞后 , 不能为热害防治技术 的研 究和发展 、 高温高 湿热 害的监 管监 察提 供强 有力的理 论基础 , 理 论上 没有形 成完 整的体系 。 对 应的 研究 手段 , 特 别是实验 研究 条件水 平 落后 , 无 法支 持煤 矿热 害防治相关技 术 、 产品 的研发 , 迫切需要 加大 基础研究 投人 , 建立 高 水平 实验研 究平 台 , 增 强技 术开发创 新能 力 。 2煤 矿高温热 害危 害程度的测量 、 评 估 与计算 精度不够 煤矿 高温热害防治的关 键是对煤 矿热 害状况的准确把 握 , 可以对 煤矿 高温热害 情况 做出定 量评 估 。 比如 , 煤 矿基础热 害参 数的精 确测量如各种热源的温度 、 分 布 、 所 占比例 等 , 以及煤 炭 、 围岩 、 喷 浆及 各 种材 料的导热 性能 等是搞好 煤矿 高温热害防治的基础 。 但目前我国煤 矿 高温高湿 热 害防治 实 验室 的 建设 几乎 处于空白 , 严 重缺乏 对煤 煤矿下热 害基础参数的精确测试与分析 能力 。 3各种煤矿 降温技术 优化 筛选 , 即煤 矿 降温技 术及 方案设 计 粗 略 目前我国煤矿 降温设 计主要 采用煤矿热 害调查和不同煤矿 降温方式的粗 略比较的方 法 。 基本 步骤 是 煤矿 热害调查降温需冷 量的估算不同降温方 式 优 缺 点 分析确 定 煤 矿 降温方 式设 计 实 施 。 这种模式 存在的问题在于设 计精 度不够 , 建 立的煤矿 降温系统不能 满足煤 矿 需 求 , 造成 大 量 投 资浪 费 。 通 过对孙 村矿 等煤 矿 降温技 术的应用考查 表明 , 存在 这一问题的关 键在于煤 矿 降温技 术及 方 案设 计的 粗 略 、 针 对性不强 , 没有形成 各种降温技术的有效 组合 。 约缺 乏煤矿 高温热 害防治 技术 与装 备的性能分 析 与检测能力 目前 , 我国采取 降温措施的高温煤 矿大 都使用进 口设 备 。 一 方面是因为 我国基础制造业 与国外 发 达国家仍然存 在一 定的差距 , 对于煤煤 矿下高温 、 高湿 、 高 粉 尘以及受限空间条件下设 备的研 发 技术有 待提 高 。 另一 方面就是 我国缺乏 煤矿 高温热 害防治技 术与 装备的检测与 性能分 析能 力 。 这就 需要 建立 相关 高水 平 实验室以及 检测平 台 , 可以对不同型号 、 不同种类的煤矿 降温设 备 进 行 性 能检测与分 析 , 打 破国外技 术垄 断 。 5高温热 害造成 人员伤亡 事故的分 析与 鉴定 能力不足 人在 高温高湿的煤 矿 中劳动时 , 会感觉不适 、 疲倦 、 作呕 、 甚至 昏倒 。 特别是采掘 作业劳动强度 较大 时 , 人的体温 调节 、 消化系统 、 血液 循环系统 都会受到影响 , 易 患传染 性 湿 疹和风 湿 性关 节 炎 等疾 病 , 并 且容易发生 “ 中暑 ” 事件 。 目前我国缺 乏对井下工人在 热 环境 中的适 应 能 力研 究 , 对于 由于高温热 害造 成人员伤亡事 故不能够 进行 合理的调查分析 , 致 使安 全监 管 监察 部门不能 够 对由于高温热 害造成人员 伤 亡事故 进行 及时统计上报 , 影响了对 高温热害 灾害的重 视以及相关 技术 、 资金 的投 人 。 2 6 4 令 安全技术及 工程 4 结论和展望 通 过对我国煤 矿高温热 害防治技 术研究 与发展 现状的分析 , 得出以下结论 1根 据我国煤炭工业 发展规划 , 为了保 证 能源供 给 , 煤 矿开采 逐 渐向深 部 发展 , 煤矿 高温 问题不 可避 免 。 煤矿 高温热害 也将 成为继顶 板 、 瓦斯 、 火 、 水和粉 尘五大灾 害之后 的又一灾 害 。 2我国高温热 害煤矿 越来 越 多 , 热 害形 势 越来 越 严峻 , 尤其是 工业 较发 达的山东 、 安 徽 等 华东 地 区 。 煤矿 高温热害防治 技术 研究起步 较晚 , 但是起点较 高 , 煤矿 高温热害 治理方面采用 的技术和 国外基 本一 致 , 降温形式 多样 化 。 高温热 害煤 矿应 在充 分调研 煤 矿降温技术的基础上 , 汲取 其他 煤矿 高温热害 防治经验 教训 , 根据 自身实际 , 选 择合 理的降温方 式 , 实现煤矿 高温热 害防治的科学 决策 。 3由于我国煤矿 高温热害防治技术的相关研究起步较晚 , 在 热害防治基础理论 研 究 、 一些关键 技 术及 核心装 备上实属空白 。 应在 充分 认识井下高温 、 高湿 、 高尘 、 受限空间等特 点的基础 上 , 加强基础研 究 , 建立 高水 平煤矿 热 害防治实验室 , 从技术和装 备两个 角度 对 煤矿 高温热害的治 理展 开研 究 , 力争 取 得突破 。 煤矿 高温热害防治是一 项复 杂的系统工程 , 它涉 及采 矿工程 、 通风 安 全 、 地 质地 热 、 环 境工程 、 劳动 卫生 , 以及制 冷 、 空气调节等 多学 科领 域 , 需 要相关人员 的密切合 作和技 术 交流 , 具 体来 说 , 需 要 矿业工 作 者与科 研人员的通 力合作 , 才能共同推动煤炭 行业矿井 降温技术的进步 。 参考文 献 巨 1习国家发展和改革委员会 . 煤炭工业发展 “ 十 二五 ” 规划 巨R习 . 北 京 国家发展和改革委员会 , 201 2 1 一1 2 . 巨 2习何满潮 , 谢和平 ,彭 苏萍 , 等 . 深部开采岩体力学研究 巨J习 . 岩石力学与工程学报 , 20 05 , 2416 280 3 一2 81 2 . 巨 3习何满潮 . 深部的概念体系及工程评价指标巨J习 . 岩 石力学 与工程学报 , 20 05 , 2416 2854 一28 5 7 . 巨 4习淮 南矿务局九 龙岗矿 , 辽宁省煤炭研究所 . 淮南 九龙 岗矿矿井降温试验巨J习 . 煤矿安全 , 1 9 76 , 75 14 一 34 . 巨 5习余申瀚 . 建国三十年煤矿安全技术的发展巨J习 . 煤矿安全 , 1 9 7 9 , 104 1 一7 . 巨 6习钟 发楹 . 制冷技术在煤炭工业 中的应 用巨J习 . 煤炭科学技术 , 1 9 78 , 610 54 一5 5 . 巨 7习何国家 , 杨壮 . 我国煤矿 高温热 害现 状及 防治技 术措施巨 C习/ /第七次煤 炭科学技 术大会文集下册 . 北 京 煤炭工业 出版社 , 201 1 5 9 9 一 602 . 巨 8习赵国彦 , 古德生 ,李夕 兵, 等 . 压缩空气对井下热环境的降温效果研究 巨J习 . 安全与环境学报 , 20 01 , 16 2 2 一2 5 . 巨 9习斤 玉栋 . 煤矿冰制冷 降温系统能效测试与诊断 巨 D习 . 青岛 山东科技大学 , 2010 . 巨 10习孙希奎 ,李学华, 程 为民 . 煤矿 冰水 冷辐射降温技术 研究 巨J习 . 采矿与安全工程学报 , 20 09 , 261 105 一 10 9 . 巨 1 1习胡春胜 . 孙村煤矿深部制 冷降温技 术的研究与应用巨J习 . 矿业安全与环保 , 20 05 , 3 25 45 一4 7 . 巨 1 2习褚召祥 ,辛篙, 王伟 ,等 . 赵楼煤矿制冷降温技术巨J习 . 煤矿安全 , 20 09 , 4 010 34 一 36 . 巨 1 3习张 灿 . 冰输 冷降温系统的研究 与应 用巨 D习 . 青岛 山东科技大学 , 20 06 . 巨 14习王伟 . 煤矿用冷热电联产系统的制 冷系统设计 研究 巨 D习 . 合肥 合肥工业 大学 , 20 06 . 巨 1 5习魏京胜 , 张党育 , 岳丰田 ,等 . 梧桐庄矿热泵 系统可用热源分析及利用巨J习 . 煤炭科学技术 , 201 2 , 4 05 1 20 一1 2 4 . 2 6 5