试论煤矿热害及其防治技术应用现状gdet.docx
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1、1.9煤煤矿热害害及其防治治技术应应用现状状1.9.1煤矿矿热害现现状随着社会会的发展展和煤炭炭资源需需求的日日益增加加,煤炭炭产量日日益增大大,浅部煤煤炭资源源越来越越少,世世界各主主要采煤煤国家相相继进入入深部开开采。随着开采采深度的的增加,地地温也随随之升高高。德国国和俄罗罗斯的一一些煤矿矿开采深深度已达达1400015000m;南非非卡里顿顿维尔金金矿开采采深度达达38000m,竖井井井底己己达地表表以下41446m;加拿拿大超千千米的矿矿井有30对,美国国有11对。我国国煤矿目目前的开开采深度度平均每每年以812m的速度增增加,采采深超过过10000m的的矿井已已有数十十对,沈沈阳采
2、屯屯煤矿开开采深度度为11997m、开滦赵赵各庄矿矿开采深深度为11559m、新汶汶孙村矿矿为10559m、北京京门头沟开开采深度度为10008m、长广广矿开采采深度为为10000m。据世界界各地的的测量资资料,全全球平均均地温梯梯度约为为3/1000m。据据我国煤煤田地温温观测资资料统计计,百米米地温梯梯度为24/1000m,已探探明的储储量中,1000020000m深处的的煤炭储储量占总总储量的的53.2%。根据20001年有关关统计,我我国已有有130多对矿矿井出现现了不同同程度的的热害,全国煤煤矿中采采掘工作作面气温温超过330的高温温矿井有有88座(不含含年产量量30万吨吨/年以下下
3、的矿井井),其中300-322的有311座,322-355的有377座,355以上的的有200座。按按我国行行政区域域划分:华中地地区有118座,其其中以平平顶山、丰丰城和许昌为为代表;华东地地区有339座,其其中以两两淮、兖兖州、新新汶、徐徐州(含含大屯)和巨野为代表;华北及东北有26座,其中以峰峰(邯郸)、邢台、大同、开滦、铁法、北票、抚顺、辽源和鸡西为代表;其它地区(湖南2座、甘肃1座、广西1座、福建1座)5座,据最近有关资料,西北的新疆地区煤矿也存在矿井高温热害问题。综上,矿矿井热害害问题越来来越严重重,已成成为与矿矿井瓦斯斯、火、粉粉尘、矿矿压、水水并列的的六大灾灾害之一一,热害已已
4、严重了了影响井井下作业业人员的的身体健健康、工工作效率率和矿山山经济效效益,甚甚至影响响整个国国民经济济的可持持续发展展。1.9.2煤矿矿热害的的危害1.9.2.11热害对对人的危危害在高温热热害矿井井中,工工作人员员的身心心健康受受到极大大的影响响。例如,鹤鹤壁六矿矿回采工工作面风风温高达达32,相对对湿度达达99以上上,19884年8月30日,1个班就就有4名矿工工中暑倒倒在工作作地点。平煤集团五矿在1996年69月份,井下工人每天都有中暑和被热击的,矿山救护车基本每天叫,最多的一次,一班有8人中暑。新汶矿业集团孙村煤矿2002年79月份,采煤工作面正常工作时每班有48人,但实际出勤人数只
5、有56人,采煤工作几乎瘫痪,致使三个月的产量没有正常时一个月的高。日本19979年全国国调查统统计,30440气温温的工作作面,比比低于30时的的事故率率高3.6倍;南南非多年年的调查查统计,当当矿内作作业地点点的空气气湿球温温度达到到289时,开开始出现现中暑死死亡事故故。气温温每增加加1,矿工工劳保医医疗费增增加810%;根据据南非的的最新统统计,在在湿球温温度32.833.8下工作作的工人人,千人人中暑死死亡率为为0.557,表1为南非非金矿井井下温度度与事故故率的关关系。表1井下下温度与与事故率率的关系系作业地点点气温/27293132工伤频次次/千人0150300450在高温环环境中
6、,人人的中枢枢神经系系统容易易失调,从从而感到到精神恍恍惚、疲疲劳、周周身无力力、昏昏昏沉沉,甚甚至中暑暑昏倒、呕呕吐和湿湿疹等,高高温高湿湿环境使使工人的的身体和和工作能能力受到到极大的的伤害,同同时这种种精神状状态成为为诱发事事故的原原因。1.9.2.22热害对对机电设设备的危危害矿井里任任何机电电设备、电电缆均是是通过与与环境的的对流来来散发本本身所产产生的热热量,其其工作环环境温度度、湿度度超过规规定的限限值或长长期处在在限值附附近时,必必将导致致设备散散热困难难,以致致发生设设备故障障。有关关统计表表面,气气温每增增加1,井下下机电设设备的故故障率增增加1倍以上上。机电设备备的环境境
7、温度要要求:我国矿矿用一般般型机电电设备的的工作环环境温度度为40;矿用用隔爆型型机电设设备的45。但这这并不等等于说,只只有到了了上述限限值才会会发生设设备故障障,如果机机电设备备长期处处在上述述限值附附近,则则机电设设备故障障率将大大增。日日本通产产省的调调查统计计表明:机电设设备在相相对湿度度90%以上、气气温为3034的地点点工作时时,其事事故率比比低于30的作业业地点高高3.6倍。这这也是我我国为甚么么规定机机电设备备硐室空空气温度度不得超超过34的原因因。综上所述述,热害问问题已成成为制约约煤炭工工业发展展的瓶颈颈,影响响了整个个国民经经济的可可持续发发展,因因此煤矿矿热害防防治从
8、思思想、人人才队伍伍建设和和技术装装备材料料等多方方面提出出较高的的要求。1.9.3煤矿热害害防治技技术应用用现状国外矿井井热害防防治技术术自20世纪20年代即即已兴起起,至今今已有80余年年的历史史,但是是迅速发发展并广广泛应用用是在20世纪70年代以以后,我国开开展矿井井降温技技术研究究也近50年。纵观国国内外矿矿井降温温技术,可可分为非非人工制制冷降温温技术和和人工制制冷降温温技术。1.9.3.1非人人工制冷冷降温技技术非人工制制冷降温温技术主主要以通通风降温温为主,再再辅助以以其他降降温措施施,如控控制热源源、控制制风流、个个体防护护以及其其他方法法等。1增加风风量理论和实实践都证证明
9、,在在一定条条件下(如如原风量量较小),增增加风量量是热害害矿井最最经济的的治理手手段之一一,增加加风量不不仅可以以排出热热量、降降低风温温,而且还还可以有有效地改改善热体体的散热热条件,增增加舒适适感。但增加风风量到一一定程度度时,增增风降温温效果就就会减弱弱,同时时也受到到井巷断断面和通通风机能能力的各各种因数数的制约约,有一一定的应应用范围围。联邦邦德国曾曾对U型通风风的采煤煤工作面面有效温温度与岩岩层温度度的关系系进行探探讨,得得出当岩岩层温度度达40时,工工作面有有效温度度上升到到32(联邦德德国矿内内热环境境的允许许作业温温度上限),岩层层温度每每增加1,有效效温度增增加0.7”;
10、“岩层温温度超过过40,就不不能采用用增加风风量降温温措施”。南非非麦菲尔尔逊M.J也认为为,当原原岩温度度超过40,必须须减少空空气量,增增加空气气冷却度度。2选择合合理的开开拓开采采方式和和矿井通通风系统统(1)确确定合理理的矿井井开拓开开采方式式,尽量量减少围围岩和煤煤体的与与风流的的接触面面积,有有效减少少排热亮亮;(2)尽尽可能缩缩短进风风路线的的长度,以以减少围围岩的散散热量;(3)尽尽量避免免煤流与与风流反反向运行行,以防防止煤炭炭运输放放热和设设备放热热带入工工作面;(4)回回采工作作面采用用下行通通风,因因为采用用下行通通风时,风风流是从从路程较较短的上上部巷道道进入工工作面
11、,且且减少了了煤炭放放热的影影响。3控制热热源的放放热量(1)巷巷道隔热热,在高高温巷道道喷涂或或充填绝绝热材料料,减少少围岩放放热;(2)管管道和水水流隔热热,减小小管道放放热,减减小热水水对风流流的增温温增湿作作用;(3)合合理摆放放热源体体位置,如如发热量量大的大大型机电电硐室应应独立回回风,以以减小机机电放热热。4个体防防护对于个别别气候条条件恶劣劣的地点点,由于于经济和和技术上上的原因因,不能能采取其其他降温温措施时时,可对对矿工采采取个体体防护,穿穿戴轻便便的冷却却背心或或冷却帽帽。南非加尔尔德莱特公公司生产产的冷却却背心干干冰用量量为4KKg,制制冷量为为801066W,冷却却时
12、间达达68小时;德国米塔塔尔公司司的冷却却冰背心心,冰量量为5kkg,没没有冷媒媒循环系系统和运运动部件件,制冷冷量2220W时时可持续续2.55小时。平顶山矿矿务局科科研所还还开发出出了个体体防护冷冷却用的的冰背心心,由于于该冰背背心温度度不可调调节,在在平一矿矿试用了了一段时时间。试用表表明,工人长长期穿冰冰背心33个月,就就会出现现关节炎炎、风湿湿性心脏脏病。5其他措措施其他的措措施如煤煤层注水水预冷煤煤层、在在进风巷巷道放置置冰块、利利用调热热圈巷道道进风等等,实践践表面,这这些措施施的降温温效果皆皆不理想想。另外,还还可以缩缩短劳动动时间,将“三八”作业制改为“四六”作业制,间歇性休
13、息,为工作人员提供高温补贴和防暑饮料等。1.9.3.2人工工制冷降降温技术术纵观国内内外,自自20世纪70年代,人人工制冷冷降温技技术在矿矿井热害害防治中的的应用开开始迅速速发展,使使用越来来越广泛泛成熟。美国、德国、南非、印度、波兰、俄罗斯和澳大利亚等国家多采用该项技术。我国自80年代采用机械制冷来治理热害,经过90年代的发展,到21世纪已经在规模上达到发达国家水平,技术上与发达国家还有一定的差距。从矿井热害治理的现状和趋势来看,人工制冷降温技术已经成为矿井降温的主要手段。1 人工工制冷降温温技术的的分类人工制冷冷降温技技术根据据热力学学特点的的不同又又可分为为人工制制取冷水水降温技技术、人
14、人工制冰冰降温技技术和压压缩空气气制冷降降温技术术。第一类,人工制制取冷水水降温技技术。(1)蒸汽压压缩式循循环制冷冷技术,主主要是以以氟里昂昂和氨为为制冷剂剂的冷水水机组,主主要是制制取冷水水,如图1.99.1所示;(2)以热电电站为热热源的溴溴化锂制制冷,如如图1.99.2所示,再再串联压压缩式制制冷机组组或氨吸吸收式制制冷机组组制取冷冷水。图1.99.1 蒸汽压压缩制冷冷图1.99.2 吸收式式制冷第二类,人工制制冰降温温技术。人工制制冰降温温系统主主要分为为制冰、输冰冰、融冰冰、输冷冷、排热热五个环环节,其其工艺示示意图如如图1.99.3所示。图1.99.3 制冰降温温系统工工艺流程程
15、示意图图第三类,压缩空空气制冷冷降温技技术。又又有涡轮轮式空气气制冷、变变容式空空气制冷冷、涡流流管式空空气制冷冷和压气气引射器器制冷等等形式。压缩空空气制冷冷降温技技术是利利用空气气压缩机机出来的的压缩空空气经过过空气制制冷机降降温,变变成低温温的高压压空气,出出来后与与局扇风风筒中的的空气混混合而达达到降温温的目的的。根据据工艺的的不同可可分别应应用于掘掘进工作作面和采采煤工作作面,如如图1.99.4、图1.99.5所示。图1.99.4掘进面面降温工工程布置置示意图图图1.99.5采煤工工作面降降温工程程示意图图2人工制制冷降温温布置方方式人工制冷冷降温技技术根据据制冷站站的布置置方式可可
16、分为地地面集中中制冷降降温系统统、井下下集中制制冷降温温系统、井井上下联联合集中中制冷降降温系统统和井下下局部制制冷降温温系统。地面集中中制冷系系统,包包括制冰冰、吸收收式制冷冷、蒸汽汽压缩式式制冷、吸吸收制冷冷与蒸汽汽压缩制制冷结合合的方式式(传统统的说法法叫热电电冷联产产),地地面集中中制冷降降温系统统示意图图如图1.99.6所示。图1.99.6 地面集中制制冷降温温系统井下集中中制冷降温温系统,制制冷和排热都都在井下下进行,其其系统示示意图如如图1.99.7所示。图1.99.7 井下集集中制冷冷降温系系统示意意图局部制冷冷降温,制制冷排热热都在井井下进行行,如现现在的移移动制冷冷机制冷冷
17、、空气气压缩制制冷,其其系统示示意图如如图1.99.8所示。图1.99.8 局部制制冷降温温系统布布置示意意图3人工制制冷降温温国外应用用现状20世纪纪20年代初初,南非非、巴西西等国家家的金矿矿开采,已已深入到到10000m以下,出出现了矿矿井热害害。19122年,南南非最早早系统研研究了矿矿井风流流热力学学规律。19200年巴西西的莫劳劳约里赫赫金矿在在地面安安装了第第一台制制冷量为为17668KWW的氨制制冷机,建建立了世世界上第第一个矿矿井空调调系统。19244年,德德国的依依本比伦伦煤矿建建立了井井下集中中制冷降降温系统统。19399年,比比利时的的Less liie ggeoii煤
18、矿地地面安装装集中制制冷站,制制冷量8000USRRT,服务10000m深采掘掘工作面面降温,并并采用皮皮尔顿透透平机减减压。19511年,德德国Neuumillhl煤矿在-7770m水平掘掘进面安安装小型型局部降降温设备备,是世世界上最最早使用用局部降降温的国国家。世界上开开采深度度最大、降降温系统统规模最最大的当当属南非非金矿。19711年南非非己有44个矿井井采用人人工制冷冷降温,总总制冷量量达16.8万千瓦瓦。19755年,除除南非金金矿外,世世界各国国大都是是采用局局部降温温系统,如如原苏联联研制成成功了矿矿用移动动式制冷冷机,在在煤矿和和金属矿矿独头掘掘进巷道道中得到到应用。197
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