煤矿地温治理技术分析与应用

黄凤河

摘要：煤矿地温是矿井内围岩散发出来的地球内部热量，它是矿井内空气增温的主要热源，既是矿井热害的根源，又是一种宝贵的地下热源。当矿井内环境气温超过人体正常热平衡所能忍受的温度时，将出现井下工人劳动效率降低，事故频率增加，工人健康受损，甚至中暑休克的现象。因此，对煤矿地温研究意义重大。文中通过对某井概况进行介绍，阐述了影响地温的因素以及应对措施，针对本井况的环境现状，制定出了降温实施方案，通过现场测试知，降温系统降温效果良好。

关键词：地温;危害;措施;降温系统

中图分类号：TD727

文献标识码：A

文章编号：2095-6487（2019）03-0140-02

0引言

随着我国工业的飞速发展，我国对煤炭的需求量在不断的增加，据不完全统计，煤炭资源约占我国能源总量的70%。因此，近年来，我国工业对煤炭的依赖性仍不减当前。随着我国煤炭工业的蓬勃发展，矿井深度在不断的加深，由此因矿井深度产生的地热问题不容忽视。煤矿地温既是一种清洁能源，可以进行开发和利用，又是一种地质灾害需要进行防治措施。因此，对煤矿地温研究很有必要。

1井况概况

某煤矿处在潘集背斜和陈桥背斜的结合带，地质构造复杂，断层多，开采条件恶劣，是高瓦斯、高地压、高地温的突出矿井。矿井第一水平标高-826m，西部辅助水平标高-910m。地勘钻井时，显示全井田地温梯度2.3～4.0C/hm，煤系地层地温梯度高达4.0"C/hm，平均地温梯度3.21°C/100m，属于高温类地温异常区;-826m水平原始岩温为42.5°C，井田热害区等级划分为二级热害区;采掘工作面的风流温度大于32°C，划分为三级热害矿井。每年的7、8、9三个月，受地面高温影响，井下温度随地面大气参数昼夜作周期性变化，更加剧了井下热害程度，采掘工作面进风温度达30～34"C，回风温度达36～40C，采煤工作面上隅角高达45C，湿度也始终在95%以上。据不完全统计，每年因井下高温中暑的工人都多达数百人。因此，对煤矿地温研究意义重大。

2地温的危害

（1）出现热风压，扰乱矿井正常的通风系统，局部出

现循环风”2。根据矿井在1～3月份的记录，在某副井尚未贯通的情况下，位置在-800m处，由于地温作用，矿井中出现了热风压现象，从而导致在-500m处出现了系统循环通风。此过程可描述为：风流从工作面蔓延至副井产生回风现象，而部分风流进入了-500m处副绞房，最后回到掘进工作面。

（2）井下职工工作效率降低，井况事故率攀升。由于矿井内的温度升高，井下工作人员出现疲劳现象，体能消耗大，中枢神经兴奋区得到了抑制，注意力分散，从而容易引发人身事故。据有关数据显示，在高温情况下掘进队在-770m处施工，每掘进155m，较在同等水平低温环境下工作效率下降近50%。

（3）技术人员出现身体不适反应。在井下高温环境中工作，工作人员体内水分大量流失，可能导致员工出现体温升高，心率加快，心肌无力，头昏目眩等现象，轻则引起中暑，重则引发休克，因此地温现象不容忽略。

3井下气温影响因素

（1）受地温影响。矿井内围岩散发出来的地球内部热量，它是矿井内空气增温的主要热源。

（2）受地面温度的影响。由于夏季地面长时间受到太阳辐射从而导致地面温度升高，从而将地面温度传至井下。

（3）空气压缩产热。由于空气存在重力，在井下受重力影响，空气被压缩在井筒中，由于空气压缩产生热量，并且随着井的深度增加，热量在不断增加。

（4）电热设备散热。井下的大型设备机械，由于长时间工作，内部热量散发到空气中引起了气温的变化。

4热害的防治措施

（1）对巷道布置形式和设计方案进行选择，尽量选择延伸通风系统，对于区段平巷可以选择联合布置形式，减小服务时间，保持通风顺畅。

（2）大力推广先进支护技术，使巷道断面进一步的扩大，同时还要减小巷道变形，为了加大供风量，可采用大风机和大风筒。

（3）将下行通风方式用在回采工作面中，这样做有三个优点：一，由于工作面落下的煤炭预热可以在运输过程中散去;二、回风巷设备散出的热量不再进入工作面;三、由于装载点出现的降尘水雾被回风吸走，可降低工作面的湿度。

（4）合理进行通风，避免连锁通风。可以对人少和车少的地方进行喷水降温，从而带走空气中的热量。起到净化回流现象。

（5）对地温温度进行实施测量，采用高端技术对局部高温区域进行直接降温。

5降温方案实施

某矿热害问题严峻，地质勘探钻井测温结果表明，该矿井为二级热害区4。通过对目前热害防止措施和原理进行研究，制定了相关的降温方案，并对方案进行了实施。针对降温方案，我们制定了降温系统，降温系统分为地面集中制冷系统、井下供冷系统以及输冷管路系统。下面对该系统进行简要介绍。

（1）地面集中制冷系统。主要流程为：冷煤回水→蒸汽型溴化锂制冷机→离心式电制冷机→冷煤水循环泵→冷煤供水。

地面系统设计供回水温度为2.5°C/18"C，由蒸汽型双效溴化锂冷水机组加离心式冷水机组串联的两级制冷装置实现。第一级为蒸汽型双效溴化锂机组，将冷煤回水由18C降至5～7C;第二級为离心式冷水机组，将5～7C冷煤水降至2.5°C。每台蒸汽型双效溴化锂机组与一台离心式冷水机组组成一个制冷单元，共计三个单元，三个制冷单元互为备用。

制冷系统配套有水处理系统和冷却水系统。水处理系统将硬度较高的原水软化，为降温系统提供软化水。冷却水系统通过循环水泵将降温系统热量经过冷却塔冷却供整个系统循环使用。

（2）井下供冷系统。主要流程为：地面冷煤水供水→

三腔冷煤分配器一输冷供水管→东西部采区分配站→降温末端设备→输冷回水管→二次循环水泵→三腔冷煤分配器→地面冷煤水回水。

三腔冷煤分配器（PES）采用德国西玛格公司的专利产品，设计最大流量960m2/h，它是通过单向阀门组的开或关，将供冷系统冷煤高压供水转换为低压冷煤水，直接送入井下二次供冷系统中，又将井下二次供冷系统的低压冷煤热水，送回地面一次供冷系统，实现闭式循环。二次循环水泵通过与PES配合，为井下二次循环提供动力。井下降温末端设备主要由局部扇风机、空冷器、过滤器、仪表、阀门、配电及控制设备等组成。

（3）输冷管路。井下输冷管路的主干管经主井井筒进

入-826m水平热交换硐室后分东西两翼进入东、西流量分配站，之后分为四路分别进入东11-2、东13-1、西11-2、西13-1采区，最后到达各末端设备。输冷管网初设总长度达40000m，在东、西流量分配站、各采区干管以及各末端设备均设有流量调节阀，以便于较精准的调控流量。系统管路采用塑套聚氨酯夹心钢预制保温管，主干管直径有DN300、DN400两种规格，干管及支管直径有DN200、DN125、DN80、DN65、DN50等规格。

降温系统建成后，经过现场实测，主要采掘面迎头的温度降低3°C～5C，湿度由95%～100%降至70%～-90%，降温效果显著。

6结束语

文中以某矿井为例介绍了矿井的组成概况，阐述了矿井的危害和井下气温影响因素，根据该矿井的具体结构制定了相应的降温方案，通过对现场设备进行调试知，主要采掘面迎头的温度降低3-5°C，湿度由95%～100%降至70%～90%，降温效果显著。

参考文献

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