煤矿热害及其防治技术应用现状与发展战略2768289393.docx
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1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.1.9煤矿热害及其防治技术应用现状1.9.11 煤矿热害害现状随着社会的的发展和煤煤炭资源需需求的日益益增加,煤煤炭产量日日益增大,浅部煤炭炭资源越来来越少,世世界各主要要采煤国家家相继进入入深部开采采。随着开采深深度的增加加,地温也也随之升高高。德国和和俄罗斯的的一些煤矿矿开采深度度已达1440011500mm;南非卡卡里顿维尔尔金矿开采采深度达33800mm,竖井井井底己达地地表以下44146mm;加拿大大超千米的的矿井有330对,美国有有11对。我国煤
2、煤矿目前的的开采深度度平均每年年以8112m的速速度增加,采采深超过11000mm的矿井已已有数十对对,沈阳采采屯煤矿开开采深度为为11977m、开滦滦赵各庄矿矿开采深度度为11559m、新新汶孙村矿矿为10559m、北北京门头沟开采采深度为11008mm、长广矿矿开采深度度为10000m。据世界各各地的测量量资料,全全球平均地地温梯度约约为3/1000m。据我我国煤田地地温观测资资料统计,百百米地温梯梯度为24/1000m,已探探明的储量量中,1000022000mm深处的煤煤炭储量占占总储量的的53.22%。根据20001年有关关统计,我我国已有1130多对对矿井出现现了不同程程度的热害害
3、,全国煤煤矿中采掘掘工作面气气温超过330的高温矿矿井有888座(不含含年产量330万吨/年以下的的矿井),其中30-32的有31座,32-35的有37座,35以上的有有20座。按按我国行政政区域划分分:华中地地区有188座,其中中以平顶山山、丰城和和许昌为代代表;华东东地区有339座,其其中以两淮淮、兖州、新新汶、徐州州(含大屯屯)和巨野为代代表;华北北及东北有有26座,其中以以峰峰(邯邯郸)、邢邢台、大同同、开滦、铁铁法、北票票、抚顺、辽辽源和鸡西为代代表;其它它地区(湖湖南2座、甘肃肃1座、广西西1座、福建建1座)5座,据最最近有关资资料,西北北的新疆地地区煤矿也也存在矿井井高温热害害问
4、题。综上,矿井井热害问题题越来越严严重,已成成为与矿井井瓦斯、火火、粉尘、矿矿压、水并并列的六大大灾害之一一,热害已严严重了影响响井下作业业人员的身身体健康、工作效率和矿山经济效益,甚至影响整个国民经济的可持续发展。1.9.22煤矿热害害的危害1.9.22.1 热热害对人的的危害在高温热害害矿井中,工工作人员的的身心健康康受到极大大的影响。例如,鹤壁壁六矿回采采工作面风风温高达332,相对对湿度达999以上上,19884年8月月30日,11个班就有有4名矿工工中暑倒在在工作地点点。平煤集集团五矿在在19966年699月份,井井下工人每每天都有中中暑和被热热击的,矿矿山救护车车基本每天天叫,最多
5、多的一次,一一班有8人人中暑。新新汶矿业集集团孙村煤煤矿20002年79月份,采采煤工作面面正常工作作时每班有有48人,但但实际出勤勤人数只有有56人人,采煤工工作几乎瘫瘫痪,致使使三个月的的产量没有有正常时一一个月的高高。日本19779年全国国调查统计计,30440 气温温的工作面面,比低于于30 时时的事故率率高3.66倍;南非非多年的调调查统计,当当矿内作业业地点的空空气湿球温温度达到2289 时,开开始出现中中暑死亡事事故。气温温每增加11,矿工劳劳保医疗费费增加810%;根据南非非的最新统统计,在湿湿球温度332.833.88下工作的的工人,千千人中暑死死亡率为00.57,表1为南非
6、金矿井下温度与事故率的关系。表1 井下下温度与事事故率的关关系作业地点气气温/27293132工伤频次/千人0150300450在高温环境境中,人的的中枢神经经系统容易易失调,从从而感到精精神恍惚、疲疲劳、周身身无力、昏昏昏沉沉,甚甚至中暑昏昏倒、呕吐吐和湿疹等等,高温高高湿环境使使工人的身身体和工作作能力受到到极大的伤伤害,同时时这种精神神状态成为为诱发事故故的原因。1.9.22.2 热热害对机电电设备的危危害矿井里任何何机电设备备、电缆均均是通过与与环境的对对流来散发发本身所产产生的热量量,其工作作环境温度度、湿度超超过规定的的限值或长长期处在限限值附近时时,必将导导致设备散散热困难,以以
7、致发生设设备故障。有有关统计表表面,气温温每增加11,井下机机电设备的的故障率增增加1倍以以上。机电设备的的环境温度度要求:我国矿用用一般型机机电设备的的工作环境境温度为40;矿用隔隔爆型机电电设备的45。但这并并不等于说说,只有到到了上述限限值才会发发生设备故故障,如果果机电设备备长期处在在上述限值值附近,则则机电设备备故障率将将大增。日日本通产省省的调查统统计表明:机电设备备在相对湿湿度90%以上、气气温为30034的地点工工作时,其其事故率比比低于300的作业地地点高3.6倍。这这也是我国国为甚么规规定机电设设备硐室空空气温度不不得超过334的原因。综上所述,热害问题已成为制约煤炭工业发
8、展的瓶颈,影响了整个国民经济的可持续发展,因此煤矿热害防治从思想、人才队伍建设和技术装备材料等多方面提出较高的要求。1.9.33煤矿热害防防治技术应应用现状国外矿井热热害防治技术自自20世纪纪20年代代即已兴起起,至今已已有80余余年的历史史,但是迅速速发展并广广泛应用是是在20世世纪70年年代以后,我国开展展矿井降温技技术研究也也近50年年。纵观国内内外矿井降降温技术,可可分为非人人工制冷降降温技术和和人工制冷冷降温技术术。1.9.33.1 非人工制制冷降温技技术非人工制冷冷降温技术术主要以通风风降温为主主,再辅助助以其他降降温措施,如如控制热源源、控制风风流、个体体防护以及及其他方法等等。
9、1 增加风风量理论和实践践都证明,在在一定条件件下(如原原风量较小小),增加加风量是热热害矿井最最经济的治治理手段之之一,增加加风量不仅仅可以排出出热量、降降低风温,而且还可可以有效地地改善热体体的散热条条件,增加加舒适感。但增加风量量到一定程程度时,增增风降温效效果就会减减弱,同时时也受到井井巷断面和和通风机能能力的各种种因数的制制约,有一一定的应用用范围。联联邦德国曾曾对U型通通风的采煤煤工作面有有效温度与与岩层温度度的关系进进行探讨,得得出当岩层层温度达440时,工工作面有效效温度上升升到32(联邦德德国矿内热热环境的允允许作业温温度上限),岩层温温度每增加加1,有有效温度增增加0.77
10、”;“岩岩层温度超超过40,就不能能采用增加加风量降温温措施”。南南非麦菲尔尔逊M.JJ也认为,当当原岩温度度超过400,必须须减少空气气量,增加加空气冷却却度。2 选择合合理的开拓拓开采方式式和矿井通通风系统(1)确定定合理的矿矿井开拓开开采方式,尽尽量减少围围岩和煤体体的与风流流的接触面面积,有效效减少排热热亮;(2)尽可可能缩短进进风路线的的长度,以以减少围岩岩的散热量量;(3)尽量量避免煤流流与风流反反向运行,以以防止煤炭炭运输放热热和设备放放热带入工工作面;(4)回采采工作面采采用下行通通风,因为为采用下行行通风时,风风流是从路路程较短的的上部巷道道进入工作作面,且减减少了煤炭炭放热
11、的影影响。3 控制热热源的放热热量(1)巷道道隔热,在在高温巷道道喷涂或充充填绝热材材料,减少少围岩放热热;(2)管道道和水流隔隔热,减小小管道放热热,减小热热水对风流流的增温增增湿作用;(3)合理理摆放热源源体位置,如如发热量大大的大型机机电硐室应应独立回风风,以减小小机电放热热。4个体防护护 对于个别别气候条件件恶劣的地地点,由于于经济和技技术上的原原因,不能能采取其他他降温措施施时,可对对矿工采取取个体防护护,穿戴轻轻便的冷却却背心或冷冷却帽。南非加尔德德莱特公司司生产的冷冷却背心干干冰用量为为4Kg,制制冷量为880106WW,冷却时时间达68小时;德国米塔尔尔公司的冷冷却冰背心心,冰
12、量为为5kg,没没有冷媒循循环系统和和运动部件件,制冷量量220WW时可持续续2.5小时时。平顶山矿务务局科研所所还开发出出了个体防防护冷却用用的冰背心心,由于该该冰背心温温度不可调调节,在平平一矿试用用了一段时时间。试用表明明,工人长期期穿冰背心心3个月,就就会出现关关节炎、风风湿性心脏脏病。5 其他措措施其他的措施施如煤层注注水预冷煤煤层、在进进风巷道放放置冰块、利利用调热圈圈巷道进风风等,实践践表面,这这些措施的的降温效果果皆不理想想。另外,还可可以缩短劳劳动时间,将将“三八”作作业制改为为“四六”作作业制,间间歇性休息息,为工作作人员提供供高温补贴贴和防暑饮饮料等。1.9.33.2 人
13、工制冷冷降温技术术纵观国内外外,自200世纪700年代,人人工制冷降降温技术在在矿井热害害防治中的应应用开始迅迅速发展,使使用越来越越广泛成熟熟。美国、德国国、南非、印印度、波兰兰、俄罗斯斯和澳大利利亚等国家家多采用该该项技术。我我国自800年代采用用机械制冷冷来治理热热害,经过过90年代代的发展,到到21世纪纪已经在规规模上达到到发达国家家水平,技技术上与发发达国家还还有一定的的差距。从从矿井热害害治理的现现状和趋势势来看,人人工制冷降降温技术已已经成为矿矿井降温的的主要手段段。1 人工制制冷降温技技术的分类类人工制冷降降温技术根根据热力学学特点的不不同又可分分为人工制制取冷水降降温技术、人
14、人工制冰降降温技术和和压缩空气气制冷降温温技术。第一类,人人工制取冷冷水降温技技术。(11)蒸汽压压缩式循环环制冷技术术,主要是是以氟里昂昂和氨为制制冷剂的冷冷水机组,主主要是制取取冷水,如如图1.99.1所示示;(2)以热热电站为热热源的溴化化锂制冷,如如图1.99.2所示示,再串联联压缩式制制冷机组或或氨吸收式式制冷机组组制取冷水水。图1.9.1 蒸汽压压缩制冷 图11.9.22 吸收式式制冷第二类,人人工制冰降降温技术。人工制冰冰降温系统统主要分为为制冰、输输冰、融冰冰、输冷、排排热五个环环节,其工工艺示意图图如图1.9.3所所示。图1.9.3 制冰降降温系统工工艺流程示示意图第三类,压
15、压缩空气制制冷降温技技术。又有有涡轮式空空气制冷、变变容式空气气制冷、涡涡流管式空空气制冷和和压气引射射器制冷等等形式。压缩空气气制冷降温温技术是利利用空气压压缩机出来来的压缩空空气经过空空气制冷机机降温,变变成低温的的高压空气气,出来后后与局扇风风筒中的空空气混合而而达到降温温的目的。根据工艺的不同可分别应用于掘进工作面和采煤工作面,如图1.9.4、图1.9.5所示。图1.9.4掘进面降降温工程布布置示意图图图1.9.5 采煤煤工作面降降温工程示示意图2 人工制制冷降温布布置方式人工制冷降降温技术根根据制冷站站的布置方方式可分为为地面集中中制冷降温温系统、井井下集中制制冷降温系系统、井上上下
16、联合集集中制冷降降温系统和和井下局部部制冷降温温系统。地面集中制制冷系统,包包括制冰、吸收收式制冷、蒸汽汽压缩式制制冷、吸收收制冷与蒸蒸汽压缩制制冷结合的的方式(传传统的说法法叫热电冷冷联产),地地面集中制制冷降温系系统示意图图如图1.9.6所所示。图1.9.6 地面集集中制冷降降温系统井下集中制制冷降温系统,制制冷和排热都在在井下进行行,其系统统示意图如如图1.99.7所示示。图1.9.7 井下集集中制冷降降温系统示示意图局部制冷降降温,制冷冷排热都在在井下进行行,如现在在的移动制制冷机制冷冷、空气压压缩制冷,其其系统示意意图如图11.9.88所示。图1.9.8 局部制制冷降温系系统布置示示
17、意图3人工制冷冷降温国外应用现状20世纪220年代初初,南非、巴巴西等国家家的金矿开开采,已深深入到10000m以以下,出现现了矿井热热害。1912年年,南非最最早系统研研究了矿井井风流热力力学规律。1920年年巴西的莫莫劳约里赫赫金矿在地地面安装了了第一台制制冷量为11768KKW的氨制制冷机,建建立了世界界上第一个个矿井空调调系统。1924年年,德国的的依本比伦伦煤矿建立立了井下集集中制冷降降温系统。1939年年,比利时时的Less liee geooi 煤矿矿地面安装装集中制冷冷站,制冷冷量8000USRTT,服务11000mm深采掘工工作面降温温,并采用用皮尔顿透透平机减压压。1951
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