浅谈尚庄煤矿的热害治理

袁桂生，樊玉安

（安源煤业集团股份有限公司尚庄煤矿，江西 丰城 331143）

1 概况

1.1 矿井概况

安源煤业集团股份有限公司尚庄煤矿，位于江西省丰城市北西8 km， 行政区划属尚庄街道办事处管辖。 矿井1968年建成投产， 核定生产能力为0.36 Mt/a。 矿井开拓方式为斜井多水平开拓，采用两翼对角式通风方式。 矿井东翼（东风井）配两台FBCDZ-8-NO.28B 防爆抽出式对旋轴流主扇，西翼（西风井） 配两台FBCDZNO.23 防爆抽出式对旋轴流主扇，矿井最大排风量可达10 000 m3/min 以上。尚庄煤矿开采二叠系上统龙潭组B4b单一煤层，属煤与瓦斯突出矿井，煤尘具有爆炸性，煤层有自燃倾向。 矿井原设计服务年限36年，扩界后剩余服务年限27年。

1.2 矿井热环境概况

尚庄煤矿属表土层较厚、 深部岩层高地温、开采强度高的煤与瓦斯突出矿井。 矿井共分四个开采水平，现开采的四水平（-650～-850 m）开采深度近900 m。由于井下采掘工作面地温高、且工作面采掘运机电设备散热量大，工作面作业场所热害程度严重。 尤其是开拓掘进工作面埋深大、巷道走向长、供风距离比较远，夏季开拓掘进工作面温度达33℃～38℃， 湿度达86%～95%。 虽然采取了增加供给风量、加装巷中喷雾降温等一些措施，现场作业人员但仍然多次发生暑现象。 开拓掘进工作面的高温热害既严重危害了职工的身心健康，又影响了巷道施工进度，制约了矿井的正常生产及接替。

根据井下气象环境实测， 尚庄煤矿-800 m 开拓掘进工作面温度超36℃、相对湿度高达97%。 井下开拓掘进工作面高温、高湿工作的环境，远超《煤矿安全规程》的规定，必须采取更有效的降温措施治理热害，确保现场作业环境达到有关规定要求。

2 热害产生的环境因素

2.1 地面大气环境

尚庄煤矿采用抽出式通风，东西两台主扇负责排风。 矿井风流由地面经进风井进入井下，地面大气环境温度对井下风流气象条件的影响较大。 由于夏季地面温度较高，且湿度较大，高温新鲜风流导致井下风流基础温度较高，湿度大。

2.2 地质地热环境

尚庄煤矿随着开采水平的延深（矿井开拓掘进工作面目前最深已达地下850 m左右），地温、地压因素也越来越明显。 尚庄煤矿的恒温地层在-118 m、26℃，平均增温梯度为2.48℃/百m。 矿井-800 m围岩温度实测达39.7℃，地热是开拓掘进工作面高温高湿的关键因素。

2.3 矿井生产环境

煤矿井下开采所形成的生产作业环境对井下热能聚集有直接影响。 如采掘工作面爆破煤岩所产生的爆炸热能，机电设备运转时产生的散热、运输中的煤矸放热、通风风流与井巷等物体摩擦、压缩产生的热量以及人体散热等，都将与矿井风流发生热交换，使井下风流温度升高。 热害已成为制约尚庄煤矿矿井安全生产的主要因素之一。

3 矿井气温预测

尚庄煤矿井下开拓掘进工作面气温高的原因主要有围岩散热、爆破煤岩爆炸热、机械设备运转散热、风流摩擦压缩热、人体散热等。 当机械设备运转散热等其他因素类似的情况下，井下开拓掘进工作面的气温与围岩散热存在正相关关系。 即：在开拓掘进工作面同等装备、配风量的情况下，埋深越深，岩温越高，气温越高。 根据尚庄矿实测的资料，尚庄煤矿矿井夏季-650 m 大巷的风流温度在28℃～29℃，-800 m 的岩温为39.7℃。 矿井现开拓掘进工作面主要布置在-800 m 水平， 开拓掘进工作面如不采取降温措施，工作面的风流温度将达到36℃～38℃以上。

3.1 矿井热害治理

开拓掘进工作面温度过高， 必须进行热害防治，以保证矿井安全生产。 仅靠喷雾和通风技术措施治理热害，既不经济，也不现实，无法达到降温的效果。 在采取大功率对旋风机、大直径阻燃风筒、大断面巷道的同时，必须采取局部制冷风机供冷风的制冷降温措施，从而达到改善井下开拓掘进工作面作业环境，保护矿工的身体健康，提高劳动生产效率的目的。

3.2 开拓掘进工作面冷负荷计算[3]

尚庄煤矿开拓掘进工作面风流温度在36℃～38℃之间，湿度93%～100%；配风量为300～450 m3/min。 计算时掘进工作面气温取38℃； 降温前湿度95%，配风量为400 m3/min。 降温后开拓掘进工作面温度按26℃，湿度按85%计算。

掘进工作面冷负荷计算如下：

式中：Q 为掘进工作面冷负荷，kW；G 为掘进工作面的质量风量，kg/s；i1为处理前掘进工作面的进风流焓值，kJ/kg；i2为处理后掘进工作面的进风流焓值，kJ/kg。

G=掘进工作面风量×风流密度

=6.67×1.29=8.6 kg/s

Δi= 焓差 (111.88-68.93) kJ/kg (从空气焓湿图中读取)

=42.95 kJ/kg

Q=8.6×42.95=369.37 kW

4 矿井降温系统方案

根据尚庄煤矿开拓掘进工作面的实际情况，决定采用局部移动降温系统。 根据开拓掘进工作面所需冷负荷计算，采用单台局部移动降温机组的制冷量为450 kW 机组， 可单独满足一个开拓掘进工作面的降温需要。

4.1 降温系统概述

局部移动式降温系统主要是由制冷系统、冷却系统和供配电系统等组成。 其中制冷系统由井下制冷主机（ZLF-450）、蒸发器、蒸发器风机等设备组成；冷却系统由回冷机、回冷机风机、喷雾泵、软水器、软水箱及冷却水循环泵等设备组成。

图1 井下局部降温开式系统原理

4.2 开拓掘进工作面局部降温系统的应用效果

自2018年7月以来， 尚庄煤矿在东Ⅳ无极绳下山（东Ⅰ边界总回下山）、东Ⅰ运输下山、东Ⅰ下山采区运输副巷西段等开拓掘进工作面使用了局部降温系统。 在降温系统开启前，这几个开拓掘进工作面的局部通风机前进风实测温度达30℃～31℃，工作面及回风实测温度达34℃～37℃之间， 湿度95%，员工工作环境及其恶劣，经常出现中暑现象。使用局部降温系统后， 工作面及回风实测温度在24℃～28℃之间，湿度85%（见表1），工作环境比较舒适，施工现场再未发生员工中暑现象。

表1 降温系统使用前后工作面温度对比

5 结语

尚庄煤矿在开拓掘进工作面使用局部降温系统进行热害治理，显著降低了开拓掘进工作面及回风流温度，改善现场作业环境，保护了矿工的身体健康，劳动生产效率得到提高，体现了党和国家的安全生产方针，可供类似高地温热害矿井借鉴。