矿井气候条件及改善

矿井通风基础

——矿井气候条件陕煤化铜川培训中心刘斌前言井下气候条件指井下空气的温度、湿度和风速相互作用。温度湿度风速气候条件目录第一节第二节井下气候条件井下气候条件的改善第一节矿井气候条件人体的散热方式对流辐射蒸发周围空气的温度、风速周围物体的表面温度周围空气的相对湿度、风速一、矿井气候对人体热平衡的综合影响二、气候参数对人体散热的影响

气候参数温度湿度风速空气温度低于体温：对流、辐射空气温度等于体温：蒸发为主空气温度高于体温：蒸发影响汗液蒸发的效果影响对流、蒸发效果地面温度影响因素井下围岩温度机电设备散热煤炭等有机物氧化人体散热水分蒸发空气的压缩或膨胀通风强度三、矿井空气的温度

在不同矿井、不同的通风地点，影响因素和影响大小也不尽相同，但总的来看，升温作用大于降温作用，因此，随着井下通风路线的延长，空气温度逐渐升高。与地面空气相比，井下空气有冬暖夏凉的感觉。规程规定，采掘工作面的气温不得超过26℃，若超过则必须缩短劳动时间，并给与高温保健补贴；机电设备硐室的气温不得超过30℃；冬季总进风的气温不得小于2℃。除机电硐室外井下风流的气温允许在2-28℃的范围内变化。当井下气温超过规定时，应采取加热或降温的措施。一般认为对人体最适宜的空气温度为15℃～20℃。四、矿井空气的湿度定义：空气的湿度是指空气中所含的水蒸气量或潮湿程度。（1）绝对湿度：指单位体积湿空气中所含水蒸气的质量（g/m3），用f表示。（2）相对湿度：指空气中水蒸气的实际含量（f）与同温度下饱和水蒸气量（F饱）比值的百分数，用公式表示如下：相对湿度影响人体蒸发散热的效果。一般认为人体感到最适宜的空气湿度为50%～60%。一般情况下，在矿井进风路线上，空气的湿度随季节变化感觉也不同。有冬干夏湿的感觉五、井巷中的风速在矿井巷中，风流在单位时间内能流经的距离，称为井巷中的风速，简称风速。对流散热强度随风速而增大。当气温低于体温时，风速越大，对流散热量也越大；当气温高于体温时，风速越大，对流散热量也越大。同时蒸发散热、散湿的效果也随风速的增大而增强。风速大小直接影响人体的散热效果，同时影响井巷中煤尘浓度和风量井巷名称允许风速/（m/s）最低最高无提升设备的风井和风硐15专为升降物料的井筒12风桥10升降人员和物料的井筒8主要进、回风巷8架线电机车巷道1.08运输机巷，采区进、回风巷0.256采煤工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷0.254掘进中的岩巷0.154其它通风人行巷道0.15第二节矿井气候条件的改善一、空气预热1、通风降温2、改革采煤方法和顶板管理3、减少各种热源散热4、制冷降温空气预热就是使用蒸汽、水暖或其它设备，将一部分空气预热到70℃～80℃，再使其与冷空气混合，混合后的空气温度达到2℃以上。冷热空气混合方式井筒混合式井口房混合式井筒、井口房混合式二、降温措施

我国南方部分矿井和开采深部煤层的矿井，受地面温度、地温或井下机电设备散热等因素的影响，井下局部地点的空气温度可能很高，甚至超过《规程》规定的标准，此时就要考虑采取降温措施。

1、通风降温

(1）增加风量。当热害不太严重时，用提高通风强度即增大风量的方法来降温是行之有效的降温措施。

(2）选择合理的通风系统。矿井通风系统或采区通风系统应尽量缩短进风风流的路线长度，并使进风巷道位于热源温度较低的层位中，以减少风流被加热的机会；采煤工作面通风时，可选择下行通风方式，将机电设备、煤炭运输地点等选择在回风风流，以降低这些局部热源对工作面的影响。

(3）改革采煤工作面通风方式。

2、改革采煤方法和顶板管理

(1）后退式采煤法与前进式相比，风阻小风量大，有利于降温。

(2）倾斜长壁式采煤法的通风路线短，风阻小，风量大，工作面入口风流温度相应较低，对改善工作面的气候有利。

(3）采用充填法管理顶板，避免或减少了采空区冒落岩石的散热和采空区热风的散热，可降低工作面风流的温度。3、减少各种热源散热如减少煤炭在井下的暴露时间；在高温岩壁与巷道支架之间充填隔热材料；井下大型机电设备铜室设置单独的通风道；对温度较高的压气管路和排热水管用绝热材料包裹；及时封堵或合理排除井下热水等。

4、制冷降温当采用通常的降温措施不能有效地解决采掘工作面等局部地点的高温问题时，就必须采用机械制冷设备强制制冷，即矿井空调技术。目前机械制冷方法有三种：地面集中制冷机制冷；井下集中制冷机制冷；井下移动冷冻机制冷。三、煤矿井下热害防治在我国已探明的煤炭资源中，约占50％的煤炭埋深超过千米。随着对能源需求量的增加和开采强度的不断加大，我国煤炭开采逐步转向深部，煤矿开采深度以8一12m/年的速度增加．如何能够安全、高效、低成本地开采深部煤炭资源，将其转换为经济建设有力的能源保障，成为目前我国煤炭行业急需寻求突破的重大技术难题。

一般情况下，地温随深度增加而呈线性增加，矿井深度的变化，使空气受到的压力状态也随之而改变。当风流沿井巷向下流动时，空气的压力值增大。空气的压缩会出现放热（或吸热），从而使矿井温度升高，平均地温梯度3.7℃／100m。随着矿井向深部开采，井下作业环境条件恶化，岩层温度将达到摄氏几十度的高温。地温升高造成井下工人注意力分散，严重影响人体健康，引发各种疾病，造成事故率上升，劳动生产率下降，甚至被迫停产。热害治理技术目前国内外的矿井降温，主要有两个方面的措施：一是非人工制冷措施，即通过改善通风方式，加大通风量等方式来进行降温，这种措施虽然经济实用，但是降温幅度有限，且受到诸多因素的制约；二是人工制冷降温，此技术可以分为水冷却系统和冰冷却系统，水冷却系统就是矿井空调技术的应用，而冰冷却系统则是将冰块洒向工作面来达到降温的目的。1993年7月，平顶山矿务局科研所和原中国航空工业总公司第609研究所联合研制成KKL101矿用无氟空气制冷机，可使掘进工作面的气温降低5一8℃。1996后又与相关单位合作，用LSLGF一300、1000、500螺杆式水冷机组对工作面降温，效果明显。目前山东能源在世界上首家自主研发并成功投用了冰冷低温辐射降温技术，使采掘地点温度下降5至10摄氏度，能够控制在26摄氏度以下。唐口煤业公司热害处理系统唐口煤业公司-1000m水平原始地温接近37℃，通风降温已不能解决整个矿井高温热害问题。目前矿井开采范围较小．但需冷量较大，分散制冷和空气压缩制冷技术均不宜采用。地面片冰井下降温系统组成根据井下工作面的热害情况调查、测试，确定了各个降温地点的需冷量。考虑系统冷损量和备用系数。确定了唐口煤业公司总需冷量为5944kw。在地面建立制冰厂制取片状冰，主井井筒中安装一趟下冰保温管路，井底100m附近修建制冷硐室，并设立融冰池；地面生产的片冰被送至融冰池融化后，供冷泵将池中O一2℃的冰水通过管道输送至采掘工作面，采用空冷器、喷淋与防尘水相结合以及作为机组冷却用水等方式进行散冷，降低工作面温度，满足生产要求；对于输送至采掘工作面的剩余冷水再返回制冷用室用于融冰池融冰。各系统简况如下：

各系统简况如下：

(l）地面制冰制冷水系统根据需要配备15套片冰设备。完成900t/d的制冰量，制冷量为402kw；配备2台冷水机组，产冷水量1500t/d,制冷量为192OkW，井下总供冷最5944kw。满足2个采煤工作面、11个掘进工作面降沮；地面制冷机采用6kV供电。

(2）输冰系统地面制冰机房内片冰机生产的片冰通过罗茨鼓风机及输冰管道输送至井口立管。片冰则靠自重通过下冰立管下落至井底融冰用室。立井下冰管路采用无缝钢管，安设在主井井筒中，并进行保温处理，立井下冰管路将冰输送至井底。然后沿清理斜巷安装输冰专用冲冰水管，直至水平巷的融冰池。(3）融冰系统利用主井并底水平巷，开帮2m作为井下制冷硐室，制作专用融冰池并进行保温处理。(4）输冷散冷系统根据井下开拓布置图和工作面降温要求，2个回采工作面和11个掘进迎头同时降温，选定安设3台供冷水泵，2用l备；供冷水管路2趟，一趟供冷水管、一趟回水管。井下输冷散冷系统为开式系统，即回水流回融冰池，由于采区防尘用水量较小，可从供冷水管路接出。空冷器进风温度29一32℃时，出风盆度为20℃左右．其余冷量通过工作面防尘和喷淋降温，并直接作为采煤机组的冷却用水。(5）井下设备及配电井下输冷系统供电电源660V，电源直接来自井底中央泵房，分别供3台供冷水泵和1台循环冲冰水泵以及制冷喇室照明等其他设备。对于各回采工作面的空冷