深井热害形成机理及预测方法研究报告.doc

国家“十一五”科技支撑计划《职业危害预防控制关键技术与装备研究》项目《作业场所职业危害评价分级关键技术研究》课题课题编号：2006BAK05B01《热害评价分级技术研究》专题专题编号：2006BAK05B01-03 子专题编号：2006BAK05B01-03-01《深井热害形成机理及预测方法研究》任务研究报告西安科技大学2008 年 7 月 28 日任务负责单位： 西安科技大学任务负责人： 邓军主要参加人员： 姬长发 文 虎 翟小伟 张辛亥 马 砺 罗振敏 张嬿妮 金永飞 吴晓辉 李 瑞 冯小凯任务协助单位：山东新汶矿业集团淄博矿业集团兖州矿业集团平顶山矿业集团摘 要随着矿井开采深度的增加，由于各种热源的放热、扩散和其它原因，高温矿井的数目已日益增多，而且危害程度也日趋严重这不仅严重威胁了矿井工人的生理、心理健康、工作效率和人身安全，而且，容易出现安全和设备事故因此，对高温矿井的热害成因与机理进行研究、掌握影响高温矿井的因素及其影响程度，建立深井热力参数的预测方法，以便采取有效的降温措施，从而进一步改善井下高温状况和矿工的工作环境就显得极为迫切和具有重要的现实意义本项目研究主要的工作如下。

首先，对我国热害矿井的调研，根据现场调研及文献查阅资料，对我国深井热害地域及其行业分布现状进行了分析同时也对我国深井热害及其影响因素、深井热害防治与治理现状、深井热害的发展趋势、以及我国一些典型热害矿井的特点进行了总结其次，分析研究了空气自压缩放热，井下围岩的散热，井下热水放热、煤岩氧化放热及炸药爆破热、机电设备散热、地表大气状态变化对井下气温的影响，给出了各因素影响的相关参数的计算方 同时对影响井下气温的最主要因素围岩的热物性及其传热机理进行了研究，得出了井巷围岩调热圈的形成及温度场的确定方法；对不同岩性、岩浆活动、地下水活动给区域地温度场的影响及周围温度场的特征进行了分析第三，在一些基本假设的基础上，建立了矿井通风网路风温计算及预测的数学模型、矿井主要通风巷道（入风井筒、采煤工作面、掘进工作面）热力参数预测的数学模型、矿井极限开采深度预测的数学模型；介绍了矿井网路内热力参数计算及预测的基本方法，如交叉点（节点）风流混合过程计算及自然风压的计算方法；编写了矿井热力参数预测程序第四，对矿井常用的人工制冷降温技术、冷负荷的计算方法及矿井制冷系统的经济性进行了简要介绍与分析，对矿井制冷降温系统的设计和方案选择有一定的借鉴作用。

目 录1 研究总结 .................................................................................................................11.1 任务来源 ......................................................................................................11.2 目的与意义 ..................................................................................................11.3 技术路线与研究内容 ..................................................................................11.4 主要研究成果 ..............................................................................................21.5 创新点 ..........................................................................................................22 我国深井热害现状及分析 .....................................................................................32.1 深井热害及其危害 ......................................................................................32.2 我国深井热害地域及其行业分布现状及趋势调研分析 ..........................52.3 小结 ............................................................................................................153 深井热害成因及机理研究 ...................................................................................163.1 引起深井温度变化各因素参数计算 ........................................................163.2 围岩的热物性及其传热特性 ....................................................................213.3 小结 ............................................................................................................294 深井热害的辨识和预测方法 ...............................................................................314.1 矿井热害热力参数预测模型 ....................................................................314.2 矿井极限开采深度的确定 ........................................................................484.3 小结 ............................................................................................................515 深井热害防治技术分析 .......................................................................................525.1 深井热害防治常用的方法 ........................................................................525.2 高温矿井中冷负荷的计算 ........................................................................565.3 矿井降温经济性分析 ................................................................................595.4 小结 ............................................................................................................61附件 1 发表的相关论文或 著作 ...............................................................................62附件 2 典型深井热害基础资料及其分析 ...............................................................6311 研究总结1.1 任务来源本子专题来源于国家“十一五”科技支撑计划：《职业危害预防控制关键技术与装备研究》项目中的《作业场所职业危害评价分级关键技术研究》课题，属于该课题《热害评价分级技术研究》专题中的一部分。

1.2 目的与意义通过对我国矿井热害成因及特性进行分析，掌握热害矿井区域分布情况，确定深井热害形成机理，建立我国深井热害辨识和预测方法为我国深井热害的防治、保障矿井的安全生产提供支持与帮助1.3 技术路线与研究内容其主要技术路线如下： 调 研 理 论 分 析 热 害 矿 井 类 型 及 分 布 现 场 勘 查 确 定 方 法 不 同 热 害 矿 井 类 型 特 征 分 析 地 温 梯 度 的 变 化 地 热 及 地 下 涌 水 放 热 采 掘 机 电 设 备 运 转 放 热 矿 物 氧 化 放 热 风 流 下 流 时 自 压 缩 放 热 确 定 热 源 影 响 因 子 大 小 建 立 矿 井 热 害 预 测 模 型 (1)通过调研不同类型矿井井下气候条件（空气干球温度、湿球温度、等效温度、同感温度、相对湿度、含湿量等）参数，对我国存在热害矿井的地域分布情况进行划分并掌握其地表温度、井深、巷道围岩温度、井下水温、矿石氧化发热量的、2矿井通风量客观影响因素，确定典型热害矿井类型及特征2) 通过对典型热害矿井现场勘查和测定计算，分析不同地域地温梯度的变化规律及影响因素、井下矿物岩石温度及井下水温的放热规律，研究不同矿物在不同埋藏深度条件下的氧化放热规律以及采掘设备放热对井下气候条件的影响。

通过综合比较、理论分析确定矿井热害主要因素，为深井开采热害预测提供主要指标参数3）在理论分析和现场勘查的基础上，确定深井开采时井下各种放热源对热害影响的程度，并建立深井开采热害程度辨识和预测的数学模型，通过现场验证，最后确定合适的深井热害辨识和预测方法主要研究内容（1）开展我国矿井类型、开采深度、热工参数和地域分布等情况调研，确定典型热害矿井特性及分布；（2）在现场勘测的基础上、运用理论研究、实验室测试和计算机模拟等研究方法，研究深井热害成因机理；（3）研究建立我国深井热害辨识和预测方法1.4 主要研究成果1）掌握我国热害矿井类型、分布及特性；2）提出深井热害成因机理3）建立我国深井热辨识和预测指标及方法；4）提交《深井热害形成机理及预测方法研究》报告；1.5 创新点（1） 确定矿井的热害成因与特征，系统分析了不同矿井的热害成因与特征分析，对深井热害产生源的影响因素大小进行划分（2） 建立了我国深井开采热害辨识和预测的方法与模型32 我国深井热害现状及分析2.1 深井热害及其危害2.1.1 什么是热害深井热害就是指井下风流的温度、相对湿度、风速和焓达到一定状态后，致使人体散热困难，工人感到闷热，劳动生产率下降，进而出现大汗不止、体温升高、头昏、虚脱、呕吐等中暑症状，甚至死亡的自然灾害。

随着矿井开采深度的不断增加，采掘机械化程度的不断提高，矿井地温升高，空气自压缩热、机械设备散热显著增加，深井热害已经成为除了水、火、瓦斯之外制约煤矿安全开采的又一重大问题《煤矿安全规程规定》进风井口以下的空气温度必须在 2℃以上采掘工作面空气温度不得超过 26℃，机电设备硐室空气温度不得超过 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空气温度不得超过 30℃，机电设。