高溫礦井降溫技術研究動態
煤礦是我國的主要能源之一。隨著社會的發展和煤炭資源開發的日益加強，礦井的開采深度不斷增大。目前，世界各主要采煤國家相繼進入深部開采，開采深度的逐步增加，地溫也隨之升高。德國和俄羅斯的一些礦山開采深度己達1400~ 1500m；南非卡裏頓維爾金礦開采深度達3800m，豎井井底己達地表以下4146m；加拿大超千米的礦井有30座，美國有11座。我國煤礦1980年平均開采深度為288m，到1995年已達428m，並且目前的開采深度平均每年以8~12m的速度增加，采深超過1000m的礦井己有數十對。
據世界各地的測量資料，全球平均地溫梯度約為3℃/100m，據全國礦井高溫熱害普查資料統計，我國目前已有65對礦井出現了不同程度的熱害，其中38對礦井的采掘工作麵氣溫超過30℃。據我國煤田地溫觀測資料統計，百米地溫梯度為2~4℃/100m，例如平頂山八礦平均地溫梯度為3.4℃/100m，-430m水平的原始岩溫為33.2~33.6℃，采掘工作麵的氣溫在29~32℃，最高己達34℃。世界各國對井下溫度做出規定，我國2005年1月1日起實施的新《煤礦安全01manbetx 》規定，生產礦井采掘工作麵空氣溫度不得超過26℃，機電設備硐室的空氣溫度不得超過30℃。
深井開采條件下，地溫不斷升高，熱害以及有毒有害氣體、粉塵的危害也日益增大。這些危害嚴重影響作業工人的效率以及他們的身心健康，甚至很可能導致一些礦井惡性02manbetx.com 的發生，給礦井的安全生產及其日常管理帶來了極大的威脅。可見，煤礦深井降溫技術正成為國內外礦山研究的一個重要領域。
一、高溫礦井熱源
1、空氣自壓縮放熱
空氣的自壓縮並不是一個熱源，它是在地球重力場作用下，空氣絕熱地沿井巷向下流動時，其溫升是由於位能轉換為焓的結果，而不是由外部熱源輸入熱流造成的。但對深礦井來說，自壓縮引起風流的溫升在礦井的通風與空調中所占的比例很大，所以一般將它歸在熱源中進行討論。
2、圍岩散熱
井下未被擾動岩石的溫度(原始岩溫)是隨著與地表的距離加大而上升的，其溫度的變化是由自地心徑向外的熱流造成的。在一個不大的地區內，大地的熱流是相當穩定的，一般為60~70mW/m2，但在某些熱流異常地區，其值可能變動很大。原始岩溫隨深度而上升的速度(地溫梯度)主要取決於岩石的導熱係數與大地熱流值，原始岩溫的具體數值決定於溫度梯度與埋藏深度。圍岩向井巷傳熱的途徑有兩個：一是借熱傳導自岩體深處向井巷傳熱；二是經裂隙水借對流將熱量傳給井巷。
3、機電設備散熱
目前我國煤礦井下所使用的能源，幾乎全部采用的是電源，壓縮空氣及內燃機的使用量都很少。機電設備所消耗的能量除了部份用以做有用功處，其餘全部轉換為熱能並散發到周圍的介質中去。井下機電設備主要有采掘機械、提升運輸設備、扇風機、電機車、變壓器、水泵、照明設備。
4、氧化熱和炸藥爆破熱
如硫化礦、煤等碎石都會氧化發熱，若到達自燃階段，發熱更大，是礦內氧化發熱的主要熱源。其它如坑木、充填材料、油、包裝料等的氧化發熱影響並不顯著。用放頂法開采的長壁采煤工作麵中，從采空區煤氧化而來的發熱，又加上空場漏風助勢，一般都占全煤工作麵總熱量的30%以上，有時達到55%。
炸藥爆炸產生的熱量全部傳給了空氣。常用的2#岩石銷銨炸藥爆破熱為3639kJ/kg，其產生的熱量是相當可觀的，因此應當考慮炸藥的爆破熱。
二、深井降溫措施
1、增加風量
在礦井熱害不太嚴重的情況下，可以加大風量以降低井下溫度。改善通風係統，增加井下通風量，可采用下列措施：減少風阻；防止漏風；加大扇風機能力；采用合理分風與輔助風路通風法；加強通風管理等。但是，風量的增加不是無限製的，它受規定的風速和降溫成本的製約，且當風量加大到一定程度後其降溫作用會逐漸減小直至消失。
2、改革通風方式
將上行風改為下行風，對降低風溫是有益的。這是因為風流是從岩溫較低的、已被冷卻的較高水平流進工作麵去的。在一般情況下，采用下行通風可使工作麵的風溫降低1~2℃。
3、避開局部熱源
井下各種局部熱源，如機電設備散熱、熱水散熱、礦物氧化放熱以及采空區的漏風等都會對風流加熱。因此需要03manbetx 礦井的熱源，有針對性地采取措施減少熱量的排放，並使新鮮風流盡量避開這些局部熱源，減少熱源對風流的加熱，以降低風流溫度和濕度的上升。
4、預冷進風風流
采用非製冷措施降低進入工作麵的風流溫度。如讓風流通過一段有噴淋水霧的巷道，將其冷卻，該方法可達到降溫和降塵的目的，其缺點就是會增加風流的濕度，有可能會導致高濕的作業環境。
另外可以以低岩溫巷道冷卻風流。該技術最早由我國東北大學提出，是在井下岩層溫度的測定的基礎上，利用位於恒溫層處的大量的廢棄坑道對入風風流進行了預冷降溫。通過現場實際測定證明，經過低溫岩層預冷的入風流溫度要比由入風井直接進入井下的入風流溫度底3~5℃。
5、隔絕高溫圍岩
當圍岩溫度很高時，就要采用某些隔熱材料噴塗岩壁，防止圍岩通過岩壁向巷道中的空氣散熱。焦作工學院郭文兵等研製出適合於煤礦井下高溫地段巷道使用的礦用隔熱材料。該材料是以矽酸鹽水泥和生石灰作為基本水硬性材料.以矽灰石、粉煤灰作為輔助水硬性材料及填料，以珍珠岩作為填充材料，以石膏等作為增強劑，以鋁粉作為發泡劑，做成具有一定形狀的多孔狀塊料。經實測，在井下圍岩溫度大於35℃條件下的進風巷道內應用該隔熱材料的效果較明顯，可使巷道內的溫度最大降低3~4.5℃，采煤工作麵溫度可降低2~3℃。
6、熱水防治
熱水對風流的加熱作用相當顯著。治理深井熱水的熱量和熱蒸氣進入風流的主要辦法是：超前疏幹地下水源，疏幹的熱水經有隔熱蓋板的水溝導入水倉，再用隔熱管路排至地麵。也可打專用的疏排熱水的立井、斜井和平硐排出熱水。
7、采取個體防護
人體防護就是在礦內某些氣候條件惡劣的地點，由於技術和經濟上的原因，不宜采取風流冷卻措施時，可讓礦工穿上冷卻服，以實現個體保護。研究表明，穿著冷卻服是保護個體免受惡劣氣候環境危害的有效措施。它的作用是：當環境的溫度較高時，可以防止其對身體的對流和輻射傳熱，使人體在體力勞動中所產生的新陳代謝熱能，較容易地傳給冷卻服中的冷媒。冷卻服的適用範圍很廣，即可以是獨頭高溫工作麵，又可以是井下各種大型設備操作人員和未采用中央製冷空調時的井下遊動工作人員和生產管理者。個體防護的製冷成本僅為其它製冷成本的1/5左右，因而世界各國爭相開展冷卻服的研製，走在技術前列的有德國、南非、美國、澳大利亞。
8、人工製冷降溫
當采用隔絕熱源、加強通風等非製冷措施不足以消除井下熱害，或技術經濟效果不佳的情況下，才考慮采取人工製冷降溫。按製冷機的容量和設置位置可大致分為：(1)獨立移動式製冷機，即在各工作而實施局部製冷的方式；(2)大型製冷機安裝在地表或井下的集中固定式製冷方式，即製冷機在豎井井口或井底冷卻全部進風的直接製冷方式和製冷機的冷水用送水管送往工作麵附近與移動式熱交換器配套，組成局部冷卻的分散製冷方式。
80年代中期，南非一些金礦開始采用冰冷卻係統進行井下降溫。1985年，南非的東蘭德礦山控股公司，首先在梅裏普魯特一號井建成了冰冷卻係統，冷卻功率為29MW。冰冷卻係統的主要原理是利用冰的溶解熱，通過冰的溶解把水冷卻到接近0℃，然後把冰冷水送到各工作而，係統由冰的製備、冰的輸送和冰的溶解三個主要部分組成。冰冷卻係統作為一種新型製冷係統，和水冷卻係統相比具有無靜水壓力、電能消耗低、無須井下高低壓換熱設備、需水量少、增容能力大及製冷效率高等突出優點。冰冷卻係統的提出和應用為深井降溫開拓了一條新的途徑。
三、結束語
隨著我國煤礦開采深度的不斷增加，高溫礦井的數量也在不斷增多，如何有效解決礦井高溫問題己迫在眉睫。目前，避開局部熱源、加強通風、預冷進風風流等優化通風係統的方法在我國礦井熱害治理中應用較為成熟，對隔絕高溫圍岩、個體防護和水冷卻技術的研究也有很大的進展，而冰冷卻技術在礦井降溫中應用還處在起步階段，但作為一種新型礦井降溫技術，由於其所具有的獨特優勢在我國深井熱害治理將有著良好的應用前景。
