红四降温方案简要说明书.doc

第一章 概述第一节 矿井概况 一、位置与交通红墩子矿区红四矿井及选煤厂隶属宁夏宝丰能源集团有限公司红四井田位于位于宁夏回族自治区银川市东北部，行政隶属银川市兴庆区管辖，西南距银川市约30km，东距内蒙古自治区鄂托克前旗约70km，西南距临河镇约20km北）京（西）藏和银（川）青（岛）高速公路从本区西南经过，在临河设有出站口，陶（乐）横（城）公路从本区西部穿过，向西45km可到包兰铁路的银川火车站，向南15km可到银川河东国际机场，交通较为便利二、地形与气候本井田地处毛乌素沙漠西南缘，属侵蚀性丘陵地貌，地形高低起伏，局部平缓地段有沙丘分布，地面海拔一般+1105～+1280m左右，总体地势为东高、西低，北高南低黄河由南向北流经井田西侧（约4km），井田及附近冲沟比较发育本井田所在地属中温带半干旱大陆性季风气候，冬季寒冷，夏季酷热，昼夜温差悬殊四、地震烈度根据《建筑抗震设计规范》中附录A的有关规定，本矿井所在地抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g第二节 矿井设计概况一、井田范围红四井田北以第13勘探线为界，与红三井田相邻，南部以批准的坐标连线为界，与红二井田相邻，东部以宁夏与内蒙古省界为界，西部以10煤层隐伏露头为界。

井田南北长约6.0km，东西宽约4.5～5.5km，面积约为28.9km2二、矿井生产能力及服务年限矿井生产能力按2.4Mt/a，矿井计算服务年限为64.1a，其中0m以浅53.8a三、矿井瓦斯暂按煤与瓦斯突出矿井设计四、矿井开拓方式本报告推荐井田采用立井、主要石门、分组大巷开拓方式五、井筒 本矿井工业场地内设主井、副井和回风井计3个立井井筒回风井井筒净直径6.0m，井口绝对标高为+1232.0m，井筒深度为947.0m井筒内已经预留敷设降温管2趟六、采掘面貌矿井移交时布置2个8煤层综采工作面，投产后第2年达到设计生产能力，第3年打开9-1煤层，实行厚、薄煤层搭配开采，由1个9-1煤层综采面和1个8煤层综采面共同保障矿井产量矿井投产后第9年打开下山采区，实现上、下山同采格局矿井始终保持2个工作面生产，保证矿井产量的稳定七、矿井通风系统及通风方式根据矿井开拓布置，在矿井工业场地内设主井（D5.5m）、副井（D7.0m）和回风井（D6.0m）计3个井筒，其中主井、副井进风，回风井回风，矿井通风系统为中央并列式通风方式采用全负压抽出式机械通风采煤工作面采取后退式回采，通风方式为全负压“U”型通风；掘进工作面采用机械压入式通风。

矿井投产时风量185m3/s，通风困难时期风量为248m3/s八、矿井热害现状 1．矿区气温本矿井所在地属中温带半干旱大陆性季风气候，冬季严寒，夏季酷热，昼夜温差悬殊，年平均气温10.0℃，最高气温36.0℃，最低气温-21.2℃由于夏季地面气温较高，直接导致井下风流温度升高2．地温本矿区恒温带深度65m，恒温带温度13.84℃，平均地温梯度2.93℃/hm；高温区几乎存在于整个井田，各煤层既存在一级高温区又存在二级高温区，矿井热害较严重3．矿井气温预计预计矿井投产时回采工作面末端夏季极端气温为31.6℃～37.3℃，掘进工作面迎头夏季极端气温为32.6℃～38.7℃，需核准九、 降温系统服务范围结合矿井的生产及开拓概况，降温系统分三期，一期为1~9年，服务于西一（8~10）采区2个面6个头；二期为10年开始，服务于西一（8~10）采区及西一下（2~5）采区共2面6个头；三期为在西一、西一下2个工作面基础上，净增东一（2~5）一个综采面，矿井产量达到4.0 Mt/a后 第三节 编制依据主要编制依据 （1）．《红墩子矿区红四矿井及选煤厂可行性研究报告》2）．《煤矿安全规程》。

3）．《煤矿井下热害防治设计规范》4）.红四矿井提供的设计基础资料第四节 矿井降温的必要性近年来，随着中国国内深部井的不断开采，井下热害对生产的影响也在不断增加，矿井集中降温设备也相继被采用本矿井开采强度较大，井下采、掘、运等各生产环节机械化程度较高，机电设备的装机容量较大，且一水平开采时已进入二级高温区根据本井田的热害特点，仅仅从开拓开方面采取热害防治措施，还难以解决本矿井的热害问题，采掘工作面气温仍然较高一、井下降温是安全生产的需要井下高温对工人劳动效率和人身健康有极大影响，环境温度的升高，工人生产效率明显下降据前苏联调查资料，以井下气温26℃为基准，气温每升高1℃，劳动生产率下降6～8%；南非高温金矿，当井下气温高于30℃，相对湿度大于90%时，作业人员中开始出现中暑现象；原西德高温矿井，在气温高于28℃，相对湿度大于90%的高温高湿环境中，作业人员的心情易于烦躁不安，注意力不集中，反应能力差，事故发生率增加约20%，因此井下降温是安全生产的需要二、井下降温是确保矿井生产的必要条件根据《煤矿安全规程》第一百零二条规定：生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26℃，机电设备硐室的空气温度不得超过30℃；当空气温度超过时，必须缩短超温地点工作人员的工作时间，并给予高温保健待遇。

采掘工作面的空气温度超过30℃，机电设备硐室的空气温度超过34℃时，必须停止作业新建、改扩建矿井设计时必须进行矿井风温预测计算，超温地点必须有制冷降温设计，配齐降温设施红四矿井开采深度达950m以上，井下岩温高达41.8℃因此，井下降温是保障井下安全生产的必要条件因此，实施井下降温是确保红四矿井生产的必要条件第二章 井下降温冷负荷分析第一节 矿井热环境分析影响本矿井热环境的因素较多，分析归纳认为主要有以下几个方面 一、地面大气环境本井田所在地属中温带半干旱大陆性季风气候，冬季寒冷，夏季酷热，昼夜温差悬殊由于夏季地面入风温度较高，从而导致井下高温；同时，地面大气温度季节性变化，同样也影响到井下风温的季节性变化二、矿井生产环境矿井正常生产而形成的特定环境因素较多，如机电设备运转时放热，运输中的煤矸放热，矿井通风风流的压缩热以及煤体暴露后的氧化放热等，都将对矿井风流热交换产生重要影响1 机电设备散热本矿井设计机械化程度高，开采强度较大，生产过程中机电设备运转时产生的热量对井下热环境具有直接的影响2 氧化散热矿井生产中煤和含煤、含碳、含硫等有机物质的氧化放热，是使局部气温升高的热源3 其它热源运输中的煤矸放热、人身散热及其它局部热源，也会引起矿井风流温升。

4风流压缩热本矿井开采深度大，一水平开采深度达950m，风流自然压缩使风流温升较大综上所述，导致本矿井热害的主要环境因素有：地质构造、地面大气条件、井巷围岩放热、机电设备运转时放热、运输中的煤矸放热及其它局部热源、风流压缩热等第二节 综合防治对策鉴于影响本矿井热环境的因素较多，热源散热量大，在矿井设计中，已采取或考虑了一些综合防治对策1、选择合理的采煤方法回采工作面采用后退式回采，“U”型通风，以减少采空区遗煤的氧化散热2、合理增大采掘工作面风量，把井巷风速控制在允许范围内，尽量缩小风流与井巷围岩的交换面积，减少围岩传热量同时，适当增大工作面风量，不仅能降低风流温度，而且能合理提高工作面风速，改善人体的散热条件3、煤岩巷施工时采取湿式掘进，以降低煤岩体温度4、采煤工作面结束后及时封闭采空区，抑制采空区的氧化散热5、合理组织生产，矿井所在地昼夜温差较大，早、晚、夜间气温相对较低，井下采用“四六”工作制，充分利用早、晚、夜间的凉爽气候条件安排生产6、井下主排水泵房、变电所等实行独立通风，以减少机电设备向进风流中的散热第三节 矿井井下冷负荷计算一、矿井气温预测计算1.计算方法预测计算井下风流的气象参数是高温矿井热害防治设计的前提。

采取的降温措施是否合理、经济、有效，在很大程度上取决于矿井气温预测计算是否准确因此，比较准确地预测出井下风流的气象参数是矿井热害防治设计的关键根据目前国内矿井气温预测的现状，针对本矿井的具体特点，采掘工作面数目多，通风线路较长，影响气温变化的因素较多，而且多变，设计采用《矿井气温预测计算软件》对采掘工作面气象参数进行预测计算，对一些关键性的参数，选取邻近生产矿井的观测分析值，以尽可能与实际吻合《矿井气温预测计算软件》是煤炭系统采矿软件包开发项目之一，已通过原中国统配煤炭总公司的鉴定该软件采用风量、温度和湿度联合解算的方法，对采掘工作面的气象参数进行单风路预计，并按照井筒、巷道、回采工作面和掘进工作面，分别建立不同类型的计算模型主要计算公式如下1）井筒井筒内风流的压缩热、淋水大小对井底车场温度的影响较大计算模型：tB= (273+tA)+ +-273式中：FH、Yc—决定于井筒深度的函数； Hc—换热因子； E、M1、M2—计算系数； tA、tB—井筒始、末端温度，℃;ZD—井筒氧化放热量，kW；G—井筒质量风量，kg/h2）巷道影响巷道风流温度变化的主要因素是围岩的散热，并考虑到水分蒸发对壁面温度的影响，引用了无因次系数Kt。

计算模型：干壁温度：Td=T+(Ty-T）/(1+αd/kt）湿壁温度：Ts= 壁面温度：Twb=（1-Fo)Td+FoTs巷道末端温度：TB=TA+含湿度：dB=d1+式中：Kt—无限岩体与巷道壁面间的不稳定热交换系数W/（mk）； αdαs—干燥、潮湿壁面的放热系数，W/（mK）； Fo—巷道壁面潮湿系数3）回采工作面回采工作面热交换因数比较多，且很复杂，其末端气温按照下式确定：TB=式中：CtFj—工作面温度系数； Zm—煤体运输时的放热量，kW； G—工作面质量风量，kg/h4）掘进工作面(压入式通风)掘进工作面为独头通风巷道，风筒出口风流与新掘露的围岩面强烈地进行热交换；掘进巷道中有进风流和返回风流，风筒也参与热交换计算模型：局扇出口风流气温：TF+=TA+风筒出口风流气温：Tc=掘进工作面迎头气温：TB=式中：Ck、Nn、M—计算系数； Pf—局扇工作压力，mmH2O； kt—工作面近区壁面不稳定换热系数，W/(mK)； F3—工作面近区表面面积，m2计算过程借助计算机进行迭代解算，精度要求小于0.1℃。

2.基础参数的确定（1）地面大气参数根据银川气象台站连续10年气象观测资料统计，银川气象台站与本矿井进风井口标高差很小，本计算直接引用气象站观测数据作为进风井口风流参数以4月份实测平均值作为年平均气象参数，以7月份实测平均值作为最高月平均气象参数，以7月份与4月份气温实测平均值的差值作为年气温变化波幅2）地温参数本次勘探施测的43个钻孔中，简易测温钻孔33个，近似稳态测温钻孔2个；以往红墩子煤炭资源详查施测近似稳态测温钻孔1个本次简易测温和近似稳态测温均采用点测法进行测量，按照实测近似稳态测温钻孔的测量成果，列表计算并对比确定得出恒温带的深度为65m，温度为13.84℃详细地温参数见《红墩子矿区红四井田煤炭资源勘探报告》3）井巷围岩热物理参数根据本矿井各类岩石所属的地质系统或地质年代，参照有关资料中提供的参数选取各类岩、煤容重采用地质报告中提供的参数4）井巷风流与热源湿交换等其它基础参数根据矿井开拓方式平面图，采区巷道布置平、剖面图和通风系统。