矿井高温治理途径

陈诚集

（福建省永安煤业有限责任公司苏桥煤矿 福建三明 366102）

0 引言

福建永安煤业有限责任公司苏桥煤矿于2005 年建井，2010 年投产，设计生产能力21 万t/a。矿井采用平峒-斜井开拓，通风方式为分区抽出式，通风方法为全负压机械通风。进风井为+360 m 主平硐、+360 m 排水平硐，回风井口为+390 m 风井、+315 m 风井。两个风井口均安装两台型号为4-72-11№16B离心式通风机（一台使用，一台备用），电机功率为110 kW。矿井第一水平已开采结束（0 m 水平），进入第二水平开采（-200 m），矿井地温梯度1.87 ℃/100 m。

1 问题的提出

近两年来，随着开采水平的不断延深，苏桥煤矿矿井高温问题日益严竣，成为制约矿井发展的突出问题。煤矿井下高温作业环境不但极大消耗着职工的体力，降低了职工的劳动效率，也影响着职工的身心健康，容易使职工产生疲劳虚脱，不利于安全生产，加大了安全管理难度，给矿井的安全生产及日常管理带来了极大的威胁。同时，由于高温加大了通风费用及人工工资，直接影响到矿井生产成本的控制，也影响到矿井职工队伍的稳定，制约着企业的经营与发展。

2 矿井高温根源分析

2.1 矿井深部高温热源致温

福建省地处南方丘陵地带，煤层赋存及地质构造复杂。已知的高温矿井周边或附近均有温泉存在，且距温泉越近的矿井，受地热影响程度也越大。如福建永安煤业有限责任公司下属矿井东坑仔煤矿，井田西部相邻永安市安砂镇热水村，温泉出露泉温达52 ℃；下属矿井苏桥煤矿东南部相邻大田县汤泉村，温泉出露泉温达82 ℃。而温泉是地热田的露头标志，形成温泉必须具备地底有热源存在、岩层中具裂隙让温泉涌出、地层中有储存热水的空间3 个条件。可见矿井高温的主要根源为矿井深部存在地热源，岩温随深度而攀升。

2.2 进风线路围岩散热致温

赋存于地底下的煤、岩，都具有一定的温度，且随赋存深度的增加，地温呈梯度增加。围岩散热在井下其实一直都不断地进行着，充当着地热源体的导体散热。矿井通风的主要功能就是为井下生产作业人员提供新鲜的空气，稀释并带走有毒有害气体及沿途所产生的热量。围岩散热现象不易被我们所感知，只有在通风线路上，特别是上下山风温实测中才能发现。风温随通风线路的加长而增加，随深度的延伸而攀升。

2.3 采掘工作面新揭露煤岩散热及煤层氧化散热致温

受高温影响的矿井，进入深部新施工的井巷及采煤工作面，其煤（岩）散热现象尤为明显，特别是煤层，一经揭露，原本赋存地底存在的温度，加上揭露出来遇氧气氧化产生的温度，人手可以感知到其温度大于我们人体的温度。这些热能则扩散转换到工作面进风气流中，并随风经回风巷排出地表。

2.4 机电设备散热致温

受平硐-斜井开拓布局局限性影响，在主要进风线路机房硐室的设计上，存在着设计上的缺陷。部分硐室产生的热风流未能进入回风系统，串入进风线路，无形中等于直接加热了进风流。从现场实测可知，进风流每经过一个机房硐室，温度上升1.0 ℃～1.5 ℃。

3 矿井高温治理途径

目前，避开局部热源、加强通风、预冷进风风流等优化通风系统的方法在我国矿井热害治理中应用较为成熟，对隔绝高温围岩、个体防护和水冷却技术的研究也有很大的进展，而冰冷却技术在矿井降温中应用还处在起步阶段。由于矿井现场实际不一，因此高温治理方案有所区别，但整体上避开局部热源、加强通风、预冷进风风流等优化通风系统的方法为目前矿井高温治理的主线。下面为苏桥煤矿近两年高温治理步骤与途径。

3.1 加大矿井风量和选择合理的矿井通风系统

加强通风是矿井降温的主要技术途径，通风降温的主要措施包括加大矿井风量和选择合理的矿井通风系统。（1）加强系统堵漏，提高矿井有效风量率。从节能降耗及经济的角度出发，矿井不可能无限制地加大矿井风量，因而要从最基础的工作做起，对矿井进、回风线路进行全面巡查，查看系统是否存在漏风，并对整个通风线路进行风温实测，寻找通风线路温升的根源。2019 年以来，苏桥煤矿通过对矿井一采区、二采区2 条主要回风线路进行巡查，发现均不同程度地存在着外部漏风（风井口碹体封堵不密漏风）、内部线路构筑物不密漏风（老巷密闭、水沟、风门漏风）、及通风线路局部掉渣增加通风阻力等问题。通过通风构筑物堵漏治理及通风线路维护，两条主要回风线路各均堵漏多于300 m3/min 风量，矿井有效风量率从原来不足80%提升至90.3%。（2）优化进风线路，缩短进风线路减少温升。矿井通过现场实测分析及实践，尽可能缩短进风路线长度为矿井高温治理的主方案，其有着2 ℃～3 ℃的降温空间和潜力。从降温角度出发，矿井通风系统应尽可能减少进风路线的长度。在井巷热环境条件和风量不变的情况下，井巷进风的温升是随其流程加长而增大，风路越长，风流沿途吸热量越大，温升也越大。经实测，2019 年，夏天最热时间段矿井地表风流经+360 m 主平硐及+360 排水平硐恒温层后，进风温度降至24 ℃，经主、副斜井至0 m 水平大巷温升至26 ℃，进入-200 m 大巷温升至29℃。矿井目前在-200 m～0 m 水平开采，若按常理从-200 m 大巷进风，则经-200 m 大巷上行至工作面，最低风温都将达到30 ℃。若从0 水平大巷进风下行至工作面，则进风温度总体可控制在27 ℃以内。因而，受高温影响的矿井，进风取较高水平大巷做为进风大巷更为合理。（3）改造回风线路，确保行人处于进风环境。①尽可能正规开采实现负压通风；②改造实现采区每一翼（或块段）边界均要有专用回风上山，以确保采掘作业点面污风流直接进入回风系统，从而缩短回风线路长度，尽可能减少作业人员暴露于高温回风流中；③所有机房硐室包括片盘配电点等局部热源，均要实现专用回风巷直接引流至回风系统，解决局部热源加热进风流问题。2019 年以来，苏桥煤矿通过不断对通风系统进行优化改造，完善了采区边界回风上山，完成了201 采区绞车房、203 采区车房、-200 中央泵房3 个机房硐室的回风引流，生产采区猴车上山均改回风流为进风流，有效地改善了生产作业环境。

3.2 推广应用高压微雾，预冷进风流降低风温

苏桥煤矿为平硐-斜井开拓，+360 m 主平硐、+360 m 排水平硐总体为恒温岩层，冬暖夏凉，地表进风流进入平硐，冬升夏降。由于平硐长度有限且进风量大，冬季进风未温升至恒温岩层温度即进入生产水平（0 m 水平），利于矿井降温；反之，夏季进风未降至恒温岩层温度即进入生产水平（0 m 水平），不利于矿井降温。因此，夏季在无法加长进风预冷巷道长度的情况下，必须采取喷淋水雾措施，利用蒸发降温原理，促进矿井进风流尽快降温，以取得最佳进风温度。由于平硐生产运输繁忙，常规喷雾设施易淋湿运输作业人员，常被关掉，安装后难于正常使用。2019 年以来，苏桥煤矿工程技术人员经多方探索，创造性地在井下应用了高压微雾系统，来应对和缓解作业场所的呼吸性粉尘、矿井地热、有毒有害气体等有害物对从业人员的危害。经过一年来的运行，体验效果良好，井下作业环境得到了明显的改善。

3.2.1 高压微雾应用机理

（1）降低呼吸性粉尘。根据美国《煤炭时代杂志》发表的《科罗拉多矿业学院解决可吸入尘埃的控制》论文：当水雾颗粒与尘埃颗粒大小相近时，吸附、过滤、凝结的机率为最大；尘埃颗粒随气流运动时与水雾颗粒发生碰撞、吸附、凝结，形成的尘埃团将在重力作用下降落，从而达到最佳的除尘效果。对10 μm 以下肉眼看不见的呼吸性粉尘，其除尘率可以达到70%以上。

（2）快速降低周边温度。由于水的比热大，高压微雾雾点小、扩散范围大，能很快蒸发并吸收周围环境的热量，从而使周围环境温度明显降低。北京奥运会、上海世博会的室外降温就是利用了微雾降温的技术。

（3）有效消减有害气体。硝氨炸药放炮后产生氮氧化物、一氧化碳、二氧化硫、硫化氢、氨等有毒有害气体扩散在空气中。大部分有毒有害气体当遇到高压微雾，能够被溶解稀释，降低有毒有害气体的浓度。

（4）产生大量的负氧离子。在高压制雾的同时，由于水分子高速的碰撞，会产生大量的负氧离子，被称为“空气中的维生素”。每毫升的空气可产生50 万个负氧离子，超量的负氧离子让人感觉犹如处在深山瀑布边的清新凉爽。负离子还具有杀菌、除臭、清除一氧化碳、氨气的作用。

3.2.2 高压微雾应用效果

鉴于高压微雾应用机理，矿井全面推广应用于井下进回风巷、采掘作业点面及地面筛选系统。由于高压微雾不会淋湿生产作业人员，不影响生产作业，得到生产作业人员的一致认可并得于正常使用。井上、下生产作业环境得到了明显的改善，采掘工作面粉尘得于有效治理，矿井进风流及采掘作业点面的温度亦不同程度地下降了2 ℃～3 ℃，进一步提升了矿井高温治理成效。

4 矿井高温治理成效

2019 年以来，苏桥煤矿通过对矿井通风系统的进一步优化完善及高压微雾的全面推广应用，矿井高温治理工作取得了突破性的进展。在治理过程中，不但完善了矿井通风及喷雾降尘系统，实现了高温治理目的。同时也促进了矿井粉尘问题的有效治理，生产作业环境得以有效改善，对提高采掘工效、稳定职工队伍、降低职业病取到了积极的作用，有效促进了企业安全健康发展。

5 结语

矿井深部地热源体的存在，为矿井高温的主要根源。高温治理是一项长久、系统而复杂的工作。矿井各级管理人员需形成共识，在优化完善矿井通风系统、增大风量及采取高压微雾降温的同时，在开拓设计、生产布局、采掘布置等各环节上都必须综合考虑，注意与通风系统相结合，尽可能形成负压通风及边界对角式回风，并避免进风巷布置在高温岩层中，不必加长进风路线的长度，以加剧矿井高温问题。