矿井热害是井下空气的温度、湿度、风速达到一定的状态以后,出现人体散热散湿困难,感到闷热、体温升高、头晕、虚脱等中暑症状,甚至出现死亡的灾害。随着我国煤炭消耗量的增加,浅埋层煤炭远远满足不了市场需求,因此深井开采是今后煤矿开采的主要趋势,根据相关统计,中国煤矿开采深度正以每年8~12m的速度增加。其中,在华北、华东地区的一些矿井,开采深度已超过千米,矿井开采深度的加大,矿井热害已成为继水、火、瓦斯、煤尘、顶板之后一大矿井开采灾害,生产人员在热害较严重的矿井中工作,不仅生产效率不高,而且其安全也得不到保障。因此,做好矿井热害的防治工作是深井开采中必须要解决的难题。 一 矿井热害产生的原因 造成矿井气温升高的热源很多,主要有相对热源与绝对热源。相对热源的散热量与其周围气温的差值有关,如高温岩层和热水换热;绝对热源的散热量受气温影响较小,如机电设备、化学反应和空气压缩等热源。 矿井湿度采用相对湿度表示,矿井最适宜的相对湿度为50%~60%,而井下空气的相对湿度大多为80%~90%左右,总回风道和回风井内的相对湿度接近100%,造成矿井空气湿度大的原因主要是井巷壁面的散湿和矿井水的蒸发。 从总体来看,造成矿井高温热害的主要因素有地热、采掘机电设备运转时放热,运输中的矿物和矸石放热,以及风流向下流动时自重压缩放热等4大热源。就个别矿山而言,矿内高温水涌出、强烈氧化;开采深度大,岩石温度高;采掘工作面风量偏低。矿井热害产生主要原因如下图所示: 图 矿井热害产生的主要原因 二 矿井热害影响 (一)高温对人体的危害 在矿井生产中,可能遇到各种不利的微气候,其中主要是矿井的高温、高湿,产生高温、高湿的微气候则表明热害出现。在高温作业环境中,由于热害导致人体产生一系列生理功能的改变:①体温调节发生障碍,主要表现为体温和皮温升高;②水盐代谢出现紊乱,使人体的机能受到影响。 (二)高温环境对劳动效率及安全的影响 在高温环境中,人的中枢神经系统容易失调,从而感到精神恍惚、疲劳、无力,成为引发事故的原因,下表为井下温度与事故发生率的关系: 作业地点气温(℃) 27 29 31 32 工伤频次(次/千人) 0 150 300 450 表 井下温度与事故率的关系 三 矿井热害防治措施 (一)采用非制冷空调降温 (1)采用通风降温。采用通风降温的主要方法是增加风量,增加风量可以显著降低空气的热含量,但是风量的增加不是无限制的,它受到规定的风速和降温成本的制约,因此,为了改善通风系统,有效增加通风量,可采取减少风阻、防止漏风、加大扇风机能力、采用合理分风与辅助风路通风法、利用地温预冷井下入风风流、采用多级机站通风系统、加强通风管理等措施。 (2)采用合理的开拓方式降温。开拓方式不同,入风线路长度不同,则风流到达工作面的风温也不同,一般情况下,采用分区式开拓方式可以大大缩短入风线路长度,从而降低入风流到达工作面前的温升。 (3)采用充填采矿法降温。采用充填采矿法有利于采场降温,这是因为减少了采空区岩石散热的影响,同时采空区漏风量也大大降低,另外充填物还可大量吸热,可起到冷却井下空气的作用。 (4)减少热源法降温。为了有效地降低工作面的温度,可以采取减少热源的方法降温。主要包括:①岩层热的控制。采用隔热物质喷涂岩层,防止围岩传热;使巷道保持适当的干湿,提高风速以提高空气冷却能力。②机械热的控制。采取机电酮室独立通风;选择辅助风扇并选择合适的位置;避免使用低效率机械等。③热水及管道热的控制。采取超前疏排热水,并用隔热管道排至地面,或经过有隔热盖板的水沟导入水仓;将高温排水管和热压风管敷设于回风道,或将压缩空气冷却后再送入井下。④爆破热的控制。井下采掘爆破产生的热量,一般在爆破后不久即由回风道排到井外,为了免受其影响,通常采取将爆破时间与井下人员的工作时间分开。 (二)矿井空调制冷 根据载冷剂的不同目前将矿井空调制冷技术分为蒸汽压缩式、空气压缩式、人工制冷水以及人工制冰空调降温技术。 (1)蒸汽压缩制冷。利用低沸点的制冷剂在气化过程的吸热现象及液化过程的放热现象,借助压缩的抽吸增压、冷凝器的冷凝放热、节流阀的节流作用、蒸发器的吸热气化,不停的循环上述过程,使被冷对象温度下降; (2)空气压缩制冷。空气用作制冷装置的工质时,其吸热及放热过程为定压过程。外界消耗机械功驱动压气机工作,来自冷藏库内换热器的空气被吸入压气机进行绝热压缩。从压气机出来的空气进入冷却器,在其中进行定压冷却,其温度降低到冷却介质的温度,然后,空气进入膨胀机,在其中进行绝热膨胀而降压、降温。温度低于冷藏库温度的空气被引入冷藏库内的换热器中,从其周围物体吸热,在定压下其温度升高到冷库温度,最后又被压气机吸出重复上述循环。 (3)人工制冷水。人工制冷水降温技术是目前矿井降温的主要手段,其主要有以下几种形式:分布式、地面集中式、井下集中式、地面井下联合集中式。实践表明,负荷不同时采取不同形式的人工制冷水降温技术,能提高制冷效率,负荷较小的矿井宜采用分布式,负荷大的矿井则宜采用集中式,在采用集中式人工制冷水降温技术时,井下集中式的问题是冷凝水排放难,而地面集中式和地面井下联合集中式均需采用高低压转换设备,会遇到温度跃升的问题。
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