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有关矿井热害的调研报告 【综述】：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%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，以及风流向下流动时自重压缩放热等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：开采深度大、岩石温度高、地下热水涌出、采掘工作面风量偏低矿井热害产生主要原因如图所示:据中国煤田地温观测资料统计，百米地温梯度为２～４℃／１００ｍ，根据第三次全国煤炭资源预测，埋深大于１０００ｍ的煤炭资源占全国预测总量的５９．５％，随着对能源需求的增加，矿井向深部开采，热害也越来越严重，国内外主要通过人工制冷方式来达到井下环境目标温度，需冷点的冷负荷成为能否达到目标温度的关键，冷负荷关系着能否达到目标温度，能否创造出舒适的工作环境度。

选题意义】1、 随着社会对煤炭需求量的日益增加，开采能力不断提高，开采深度也不断增加，进入深部开采后，地热增加，热害问题已经成为制约煤矿安全生产、高产高效、和谐发展的瓶颈之一高温高湿等热害问题越来越突出，严重影响井下作业人员的健康、安全和工作效率，必须采取相应措施进行热害治理矿井内环境气温超过人体正常热平衡所能忍受的温度，会导致劳动效率降低，事故频率增加，健康受损，甚至中暑休克所以为保障我国的能源的稳定供应，研究解决煤矿井下存在的热害问题意识迫在眉睫2、 通过对煤矿热害模型的研究可以提出一个针对非煤矿山的的热害问题的解决办法，目前矿井气候环境改善措施主要分为非人工制冷降温技术、人工制冷降温技术（机械制冷技术）两大类对于热害不严重或者采掘深度比较浅的矿井，非人工制冷降温技术取得了不错的效果，然而随着开采深度的增加，热害问题日益严重，非人工制冷不能满足矿井降温要求，必须采用人工制冷降温技术通过不同技术在不同矿区，不同产业的应运解决在矿产深部开采中存在的热害问题国外研究状况】:国外对矿井高温现象的描述,最早可追溯到16世纪直到20世纪20年代,对于高温现象的研究都只是局限于矿井地温及巷道温度的观测,在理论上的研究很少。

但是不可否认,这些研究积累了大量的技术数据和观测资料,取得了非常重要的技术成果世界矿业发达国家如美国、德国、英国、前苏联、巴西、南非等,为改善作业环境、提高劳动生产率,相继开展了矿井热害的预防和治理工作这些国家的学者们在矿井风温预测、岩石热物性参数的测定、地温的观测、系数的计算等方面做了大量的研究,为矿井热害的治理奠定了基础另外,矿井热源散热量的计算以及需冷量的计算使得矿井空调得以应用到井下英国是世界上最早在井下实施空调的国家,1923年彭德尔顿煤矿在采区安设制冷机,冷却采面风流;巴西的莫罗维罗矿及南非的鲁滨逊深井于20世纪30年代采用集中冷却井筒入风流的方法降温,南非60年代便开始了大型矿井集中式空调;德国的煤矿是世界上最深的,其80%以上的矿井都采用了矿井空调,且制冷能力每年都高速增长;前苏联和美国采深在700 m以上的矿井基本上都采用了空调系统现在,国外矿井空调规模越来越大,发展迅猛国内发展状况】：我国矿井热害治理工作始于20世纪50年代,直到80年代后期才取得实质性进展,相继有相关的论文和著作问世近年来的统计资料表明,我国已有140余对矿井出现了不同程度的热害问题,其中采掘工作面风温超过30℃的矿井已达60余对。

我国高温矿井越来越多,矿井热害问题越来越受到矿业界的关注我国矿井空调始于20世纪70年代初,淮南九龙岗矿设计了我国第1个矿井局部制冷降温系统;80年代在新汶孙村矿设计了我国第1个井下集中制冷降温系统; 90年代又在新汶孙村矿设计了我国第1个地面集中制冷降温系统; 2002年又成功设计了冰冷低温辐射空调降温系统与国外相比,这些系统规模不大,发展速度缓慢但是进入21世纪以来,无论从技术上还是从规模上,我国的矿井空调都在快速发展2000年以来,各高校和科研院所相继在东滩矿、唐口矿、平煤集团四矿、五矿、六矿、刘庄矿等矿井展开了矿井热害治理的科研工作,其中平煤四矿和刘庄煤矿都设计了地面集中制冷降温系统,制冷能力分别达到了7 600 kW和5 500 kW制冷能力和制冷设备比以往都有了很大的提高和改进,但是与国外还有一定的差距,大型矿井集中式空调系统中的许多问题仍待解决矿井热害处理技术】：矿井热害治理技术主要分为两类:非人工制冷技术和人工制冷技术当非人工制冷技术不能解决矿井的热害问题时,就要考虑人工制冷技术实际采用人工制冷技术时,往往结合非人工制冷技术来综合治理热害,这样既能达到改善工作环境的效果,又能降低矿井的冷负荷。

1、 非人工制冷技术当矿井开采深度不大,热害不太严重的时候,可采用非人工制冷技术来治理矿井热害非人工制冷技术主要有:增加风量、隔绝热源、低温岩层预冷入风流、个体防护等1）增加风量研究结果表明:增加通风量,可使气流温度大幅度下降,并且该温度的下降程度在通风量达到一定量时有急剧加快之势,继续增加风量则气流温度的下降逐渐缓慢下来,但是风量不能无限地增加,它受到风速的限制总之,在矿井热害不太严重的情况下,加大风量降低井下气温是有效的2)减少热源的散热量采用隔热物质喷涂岩层、实行机电硐室独立通风,提高机电设备的运转效率、采取超前疏排热水,等措施可以在一定程度上减少巷道围岩、机电设备、矿井热水等热源散热对风流温度的影响空气压缩热是不能消除和减少的,只能通过预冷入风流来抵消这部分影响3)低温岩层预冷入风流根据恒温带岩层温度最低的特点,利用恒温带附近废弃的低岩温巷道预冷入风流通过现场实测表明,经过低温岩层预冷的入风流温度要比入风井直接进入井下的入风流温度低3~5℃4)个体防护矿工分散的井下高温作业地点,可采用个体防护措施个体防护的主要方式是穿冷却服,其制冷成本约为其它制冷成本的1/5左右2、人工制冷技术根据载冷介质的不同,国内外常用的人工制冷降温技术可分为压缩空气降温技术、人工制冷水降温技术和人工制冰降温技术。

这些方法都具有一定的适用性,要根据矿井的实际情况来选择1）　压缩空气降温空气由压缩机压缩、经过冷却器冷却,再由减压机减压膨胀后由管道输送到采掘工作面,通过引射器均匀喷向工作面,吸收工作面风流的热量达到降温的目1989年南非一金矿建成了压缩空气制冷系统,利用压缩空气作为供冷媒质,直接向采掘工作面喷射制冷该系统采用压缩空气作为载冷介质,大大减小了输气管道断面积,能够有效地解决我国当前矿井集中降温中存在的实际问题;可用金属或橡胶软管沿工作面布置,使工作面上的冷量均匀分布,降温效果好,而且系统简单,应用灵活由于压缩空气的吸热量有限,该方法只能应用于需冷量不大的小型矿井降温系统1993年,平顶山矿务局和609研究所研制成KKL-101无氟空气压缩机,为我国矿井空调开辟了一条新的途径2） 人工制冷水空调系统从20世纪70年代以来,人工制冷水矿井空调系统开始迅速发展根据制冷站的安装位置,该系主要分为:地面集中式空调系统、井下集中式空调系统、地面井下联合集中式空调系统和井下分散式部空调系统a. 地面集中式空调系统主要工艺是将制冷站设在地面工业场地内,安装冷水机组若干台,制冷机组出来的冷水,通过保冷管道送至设置在井下开采水平的高低压换热器中,由高低压换热器转换的二次低压冷水,用泵送至各采掘工作面空冷器冷却风流,冷凝热由地面冷却塔排放。

b. 井下集中式空调系统主要工艺是在井下设置1个集中制冷站,根据需要安装冷水机组若干台,保证全矿井井下采掘工作面的冷量需要制冷机蒸发器蒸发出来的低温冷水通过保冷管道,送至各采掘工作面的空冷器冷却风流,在井下排放冷凝热该系统仅有冷水循环管路,这种布置形式只适用于需冷量和开采深度不太大的矿井c. 地面、井下联合集中式空调系统这种布置方式是在地面、井下同时设置制冷站,冷凝热在地面集中排放它实际上相当于两级井上、下联合集中式空调系统工艺流程示意图制冷,井下制冷机的冷凝热是借助于地面制冷机冷水系统冷却因井下的最大限度的制冷容量受制于相应的空气和水流的回流排热能力,所以通常需要在地面安装附加的制冷机组d. 井下分散式局部空调系统当实际矿井工程中只有几个点需要降温,并且点点相隔较远时,在矿井中不设置统一的大型制冷站,只在需要降温的地点,如掘进面、大型机电硐室等附近建立小型的制冷站,对局部地区进行降温这时井下分散式局部空调系统是一种高效经济的降温措施3） 人工制冰空调系统要由制冰、输冰和融冰3个环节组成当矿井的采深很大(超过2 000m),冷负荷很大的情况下,冰冷却降温系统就显示出了它的优越性需水量少,大大节约成本;输送到空冷器的冷水温度较低,换热效率高;克服了静水压力和冷凝热排放的难题。

南非Harmony金矿于1986年第1个采用冰冷却系统进行矿井降温;最成功的冰冷却降温系统是ERPM矿,已经运行了10多a,积累了丰富的经验2004年,新汶孙村矿采用了冰冷低温辐射降温空调系统获得了成功,并已形成技术专利向市场推广总结分析】：近年来,我国矿井降温工作进展迅速,无论从技术、工艺、设备和管理方面都有较快的发展,但是与国外相比较,还是有很大的差距,同时也说明了我们在这些方面还有很大的提升空间新技术、新工艺、新设备和新的管理方式都将给矿井热害治理工作带来新的发展。