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1、矿井热害及其治理,泽州县安全生产技术培训中心,主讲人 王银军,二一年一月二十日,随着社会的发展和煤炭资源需求的日益增加，煤炭产量日益增大，浅部资源越来越少，世界各主要采煤国家相继进入深部开采。随着开采深度的增加，地温也随之升高。矿井热害越来越严重，已成为与矿井水、火、瓦斯、粉尘、顶板并列的六大灾害之一.,前言,从职业危害来讲，热害已严重影响了井下作业人员的身体健康，同煤尘危害一样，是我国煤矿生产中主要职业危害因素之一，开展热害防控工作，也是煤矿职业卫生工作的重要内容，对提高煤矿职业卫生水平意义重大!,前言,第一章 煤矿热害现状,国内热害比较突出的地区和矿井安徽省所属的淮南、淮北、皖北、辛集四大
2、煤业集团;河南省所属的平顶山煤业集团下属各矿；郑州煤业下属的赵家寨、李良店；义马煤业下属的跃进矿、常村矿；河南煤化下属的永城煤电各矿；地方国有神火集团在许昌地区的所属矿井梁北矿。山东省所属的兖州煤业和山能集团下属各煤业公司新汶、淄博、枣庄、龙口、肥城、临沂，地方国有煤业集团济宁矿业等，个别民营煤业比如大多分布在济宁、巨野、嘉祥煤田。江苏省所属的徐矿集团下属夹河矿、三尖河矿、张集，央企中煤集团上海大屯煤电下属的徐庄矿、孔庄矿、姚桥矿。河北省所属的冀中能源下属峰峰、邯郸、邢台、井陉；梧桐庄、磁西1号井，开滦煤业集团下属的钱家营矿、唐山矿等黑龙江所属的龙煤集团鸡西矿业下属东海矿、东山矿、双河矿等,辽
3、宁省所属的沈煤集团红阳四矿、阜新集团、抚顺集团、铁法煤业集团下属的大强矿、大坪矿。吉林省所属的辽源、通化、舒兰、珲春、吉林杉松岗矿业集团公司湖南省所属湘煤集团的周源山矿、涟邵等湖北省所属的黄石工矿集团秀山矿等江西省所属丰城下属矿广西壮族自治区所属白色矿务局下属的东怀矿等,宁夏神华宁煤集团下属羊场湾矿、梅花井、双马矿，宝丰能源山西省所属大同煤业集团甘肃省所属窑街煤业集团、陕西省所属的山煤集团下属矿井云南、重庆、四川、新疆、福建、青海、北京、内蒙,国外矿井热害情况德国和俄罗斯的一些煤矿开采深度已达1400-1500，德国只有5对矿井，都分布在德国西北部的鲁尔地区，现在全靠政府补贴在生产，德国政府计
4、划2018年以前全部关停。波兰是欧洲的最大产煤国，总产量井工加露采也就1.8亿吨，33对井工开采的矿井，最深1100多米，最浅800多米，产量不足一个亿，全都采取了降温措施，南非金矿开采深度达3800米，最深已达5000米深。加拿大，超千米的矿井有30对，美国有11对，我国采深超过1000米的矿井已有几十对，世界各国平均地温梯度约 3/100米，我国低温梯度2-4/100米已探明的储量中，我国10002000米深处的煤炭储量占总储量的53.2%。,第二章矿井热害的危害,1、人在高温热害矿井中工作，劳动者的身心健康受到极大影响。在高温环境中，人的中枢神经容易失调，从而感到精神恍惚、疲劳、周身无力
5、，昏昏沉沉，甚至中暑昏倒，呕吐和湿疹等，高温高湿环境使劳动者的身体和工作能力受到极大伤害，同时这种精神状态成为诱发事故的原因。热害严重的矿井，会导致热损害(1)热击（2）热痉挛（3）热衰竭,第一节 矿井热害对人的危害,鹤壁六矿回采面风温高达32度，相对湿度达99%以上1984年，4名矿工中暑倒在工作地点。平煤五矿1996年8越30日，井下工人每天都有中暑和被热击的，矿山救护车几乎每天都叫，最多一次，一个班有8人中暑。新汶孙村矿，2002年79月，采煤面正常有48人，但实际出勤只有56人，采煤工作面几乎瘫痪，致使三个月的产量没有正常是一个越高。,2、影响人的劳动效率在高温高湿环境中作业，随着劳动
6、强度的加大，加在人体热负荷增多，当热负荷超过一定限度时，首先感到闷热不舒适，这时人体极易产生疲劳，劳动效率下降。18度时劳动效率最高100%，大于18度时，劳动效率下降，30度时，劳动效率只有40%。,3、影响安全人体在热环境中，中枢神经系统受到抑制，使注意力分散，降低了动作的准确性和协调性。高温高时的环境容易使工人昏昏欲睡的状态，且工人心理上易烦躁不安，加上繁重的体力劳动，工人的机警能力降低，从而使事故的发生率上升。,矿井里的任何机电设备、电缆均是通过与环境的对流来散发本身所产生的热量，其工作的温度、湿度超过规定的限值附近时，必将导致设备散热困难，以致发生故障。有关统计表明，气温每增加1，井
7、下机电设备的故障率增加1倍以上。机电设备的环境温度要求：我国矿用一般型机电设备的工作环境温度40；矿用隔爆型机电设备的45。但不等于说，只有到了上述限值才会发生故障，如果机电设备长期处在上述限值附近，则机电设备故障率大增。,第二节热害对机电设备的危害,日本的通产省，统计表明：相对湿度90%以上，气温30-34地点工作时，其事故率比低于30度的作业地点高3.6倍。这也是我国煤矿安全规定为什么规定机电硐室空气温度不得超过34的原因。综上所述，矿井热害危害很大，因此我们煤矿热害的防治要从思想上、人才队伍建设上和技术装备材料等多方面要高度重视起来。,第三章 国内外矿井热害管理规定,德国1984年实施的
8、保护健康防止高温效应的作业规定1、允许工作时间：非盐矿中，干球温度超过28度或等效温度超过25度，则一天中有3小时处在等效温度2930度的环境中，工作时间不得超过6小时，一天之中有2.5小时处在等效温度2930度之中，工作时间不得超过5小时，等效温度超过30度时，工作人员不得进行工作，达到32度时，工作人员可在个别情况下工作。2、适应时间：企业可暂时工作人员以原薪，首先进行2周适应性训练后，在进行工作。3、特殊人员：不满21岁或超过50岁的工作人员不得工作在等效温度超过29度的环境中等效温度TBi=0.1ta+0.9tf,第一节 国外规定,比利时矿山当局规定，肯派矿区停止作业的等效温度是30度
9、，南部煤田规定停止作业的等效温度是31度。28度30度之间缩短劳动时间，作业时间由8小时减为6小时，并增加高位补贴，超30度必须停止作业，超过33度，仅允许救护工作。印度和意大利规定小于32度，载3235度时，印度工作时间为6小时，意大利为5小时。日本规定，气温到37度时，禁止作业，一般力求回采工作面气温不超过30度，掘进工作面不超过31度。法国规定合成温度tr=0.3ta+0.7tf-v）小于等于28度。,我国2011年3月1日施行的煤矿安全规程第102条规定，“生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26，机电设备峒室的空气温度不得超过28，当空气温度超过时，必须缩短超温地点工作人员的工作时间，
10、并给予高温保健待遇。采掘工作面的空气温度超过30、机电设备峒室超34时，必须停止作业。新建、改扩建矿井设计时，必须进行矿井风温预测计算，超温地点必须有制冷降温设计，配齐降温设施。”我国金属矿山规定，井下作业地点的空气温度不得超过27度，化学和铀矿山规定不得超过26度。国家安全生产监督管理总局出台的用人单位职业健康监护监督管理办法6月1日起实施，进一步保护职工的职业健康。,第二节 国内规定,国务院1982年2月13日颁布实施的矿山安全条列第53条规定：井下工人作业地点的空气温度不得超过28，超过时应当采取降温或其它防护措施。中华人民共和国卫生部1989年2月24日发布的煤矿井下采掘作业地点气象条
11、件卫生标准规定：井下采掘作业地点在风速为0.51.0m/s时，干球温度不高于28；风速为0.30.5m/s时，干球温度不高于26。国家安全生产监督管理局2011年4月22日发布的煤矿降温技术规范（MT/T1136-2011)第4.2条规定：“生产矿井采掘工作面空气温度不应超过28，机电设备硐室的空气温度不应超过30。”职业病防治法2002年5月1日起施行。,1978年，原煤炭工业部地质局颁发的煤炭资源勘探地温测量的若干规定 井田热害区等级-按原始岩温划分二级 一级热害区：3137 二级热害区：37 热害矿井等级-按采掘工作面风流温度划分为三级 一级热害矿井：2830 二级热害矿井：3032 三
12、级热害矿井：32,井田及矿井热害等级划分,第四章 地热成因,地壳 36km地幔 2900km外核 2200km内核 1270km,第一节 地球的结构,人类在地球上的活动范围仅限于地球的最外层，即大气圈3000千米、岩石圈和水圈的表层。地球的平均半径6371千米，最深的矿井5000米，最深的钻孔也不过十几千米。地球由地壳、地幔、地核构成地壳分大陆壳和大洋壳，大陆壳平均35-40公里，大洋壳10公里（水面5公里岩体5公里）。我国大陆壳厚度明显两条变化带，一条沿太行山麓，另一条在东经104度，南北构造带，太行山以东30-40公里，太行山以西至南北构造带4050公里，南北构造带以西厚度增加至青藏高原厚
13、度可达70公里。地壳之下为地幔。厚大约2900公里。地幔以下为地核。外核液态厚约为2100公里，内核固态厚约1336公里。铁镍合金组成。,热源来讲，分太阳辐射和地热传导。时间范围来讲，稳态热源，也就是放射性成因热，地表热流量里有20%-80%来自于地壳内放射性元素衰变所释放的热量,是地球内热的主要来源。放射性衰变质量-辐射能-热能，所有放射性元素都能在某种程度上产生热量。瞬间热源，如果地壳上部几公里深处存在破碎带，且该地带足以使流体循环，形成并能维持水热对流系统则在该区域内将存在高热流值。持续时间比较长的水热系统只可能由浅层侵入体一类的局部地壳内热源来支撑，某些位于近代火山活动区域内的高温矿区
14、和地热田，往往伴有高温热水涌出活水出现热泉，这种热源与地球年龄相比，可以视为瞬间，但对于开发时期简短的矿区来说将成为一种主要热源。其他热源，地球的重力能、重力势能、压缩地球的弹性能、重力分异能、地球旋转能等。潮汐摩擦引起的地球旋转减慢而产生的热量相当于放射性热的10%-30%地质构造、变质作用、岩浆作用都将释放热量。,第二节 地热来源,地球内部的生热量和地球的散热量大地热流散热是地球表面散热的主要形式，此外三种是，火山喷发、温泉地热带释放的热量和地震释放能量。根据地球物理和地球化学资料加以推断，同时借助理论计算地心温度4500。,第三节 全球热平衡,变温带 0-20米，恒温带 20-30米，增
15、温带 30米以下低温类负地热异常区小1.6/100m中常温类 正常地热区 1.6-3/100m高温类正地热异常区 大于3/100m我们要利用的低温地热能，储存在变温带中，即地表以下1-20米。,第五章矿井热源,能引起矿井气温升高的环境因素统称为矿井热源。1、地表大气：井下的风流是从地表流入的，因而地表大气温度、湿度与气压的日变化和季节变化，势必影响到井下。地面空气温度直接影响矿内空气温度。尤其对浅井影响就更为显著。2、通风压缩热：由于在矿井的通风过程中，流体的自压缩温升对井下风流的参量具有较大影响，据统计，井巷垂深每增加102米，空气由于绝热压缩释放的热量使其温度升高1度,3、围岩散热：围岩向
16、井巷表面传热的途径有二：一是通过热传导自岩体深处向井巷表面传热，二是经裂隙水将热量带到井巷。井下未被扰动的岩石温度（原岩温度）随着与地表的距离加大而上升，原岩温度的具体数值取决于地温梯度与埋藏深度。在大多是情况下，围岩主要以传导的方式将热传给巷壁。4、运输中煤炭及矸石散热围岩散热的另一种形式，其中以在连续式输送机上的煤炭的散热量最大，致使其周围风流的温度上升。实测表明，在高产工作面的长距离运输巷道里，煤岩散热量可达230KW或更高一些。,5、机电设备散热随着机械化程度提高，煤矿采掘工作面机械的装机容量急剧增大。机电设备所消耗的能量除了部分用以做功外，其余全部转换为热能并散发到周围介质中去。回采
17、机械的放热是工作面气候恶化的主要原因之一，能使风流温度上升5度6度。6、自然氧化散热正常情况下，一个采煤工作面煤炭氧化放热量很少能超过30kw,所以不会对采面的气候条件产生显著影响。当煤层或其顶板中含有大量的硫铁矿时，其氧化放热量可能达到相当客观的程度。,7、热水对于大量的涌水可能是井下气候变得异常恶劣，尤其涌水是来自或流经地质异常带的话，水温可能升高，甚至可达80度90度。8、人员放热每人的散热量：休息时90115w，轻体力劳动时250w，中等体力劳动时275w，重体力劳动时470w不会对井下气候条件产生显著影响，可以忽略不计。,第六章 矿井热害防治技术及应用,一、通风降温1、合理的通风系统
18、：按照矿井地质条件、开拓方式、等选择进风风路最短的通风系统，可以减少风流沿途吸热，降低风流温升。在一般情况下，对角式通风系统的降温效果要比中央式好。采用后退式回采，防止采空区漏风提高工作面的有效风量。,第一节矿井热害防治一般技术措施,把进风巷布置在导热系数较低的岩石中，开掘专用的巷道把热水、热空气单独送入回风巷。尽量采用全负压的掘进通风方式以及改单巷掘进为双巷掘进等，都有利于降温。2、改善通风条件增加风量，提高风速。在可能的条件下，可以采用采煤工作面下行风流、是工作面运煤方向和风流方向相同和缩短工作面的进风路线等措施。采煤工作面的通风方式也影响气温。,3、调热巷道通风两种方式：一种是冬季将低于
19、摄氏零度的空气由专用进风道通过浅水平巷道调热后再进入正式进风系统。在专用风巷道中应尽量使巷道围岩形成强冷圈，若断面许可还可洒水结冰，储存冷量。当风温向零度回升时，即予关闭，待到夏季再启用。淮南九龙矿曾利用-240米水平的旧巷作为调热巷道通风，冬季储冷春季封闭夏季使用，总进风量的一部分被冷却，使-540米水平井底车场降温2度。另外一种方式是利用开在恒温带里的浅风巷作调温巷道。,4、其他通风降温措施 对于发热量较大的机电硐室，应有独立的回风线路，以便把机电设备所发热量直接导入采区回风流中。局部地点使用水力引射器或压缩空气引射器或使用小型局部通风机，以增加该点风速可起到降温的作用。向空气喷洒低于空气
20、温度的冷水也可降低温度，且水温越低越好。,二、控制热源的放热量巷道隔热，在高温巷道喷涂或充填绝热材料，减少围岩放热；管道和水流隔热减小管道放热，减小热水对风流的增温增湿作用；合理摆放热源位置，如发热量大的大型机电硐室应独立回风，以减小机电放热。三、个体防护，个别地点条件恶劣，由于经济和技术的原因，不能采取其他降温措施时，穿戴轻便的冷却背心或冷却帽。,南非生产的冷却背心干冰用量4kg,制冷量80-106w,了却时间达68小时。德国5KG冷量220w可持续2.5小时。使用表明，工人长期穿冰背心3个月就会出现关节炎、风湿性心脏病。,第二节机械降温系统,矿井机械降温系统分类汇总,矿井机械降温规模分类,
21、集中降温系统 井下集中降温系统 地面集中降温系统（地面制冰、地面制冷水）地面与井下联合降温系统,井下局部降温系统 冷风机组局部降温系统 冷水机组局部降温系统,降温系统按原理分类直接制冷和间接制冷;根据经验，单机机组制冷量在450kw以下，可采取直接制冷（制冷风），单机机组制冷量450kw以上，采取的是间接制冷（制冷水）。所有集中降温都是间接制冷。局部降温有直接制冷也有间接制冷。,不是全矿井都热，即使是全矿井都热，但不是所有地方都需要降温的矿井。或者已经采取了制冰等集中降温的方法，但效果不太好，或者偏远地区管路铺设成本过高，降温耗能较高的情况下，作一补充方法使用。,一、井下移动式局部降温方案,1
22、、冷风机组设备组成,冷风机组在采掘工作面应用,2、局部冷水机机组设备组成,局部冷水机组设备构成,TS-450P冷水机组,TS-450P/ZM-A,TS-450P/ZM-B,制冷机组安装在井下专用的硐室里通过水冷的方式对工作面进行降温适用于热害不太严重，制冷负荷较小的矿井,二、井下集中降温,井下集中降温系统主机,井下采煤工作面空冷器布置图,除井下的制冷机组外，在井上有专门的制冷站热水经地面制冷站、井下制冷机组二级降温之后，用于工作面的制冷需要高低压转换装置适用于制冷负荷居中的矿井,三、地面与井下结合集中降温,制冰系统的主要原理是利用冰的溶解热，通过冰的溶解把冷水却到接近0，然后把冷却水送达工作面
23、。主要环节是：制冰输冰融冰输冷水吹冷风（空冷器)回热水一部分作为井下辅助用水，一部分返回融冰池融冰优点是制冰系统的制冰设备在井上。目前，世界上深井矿的降温设备在井上是一种趋势。因为冷源设置在井下需要两个前提：一是制冷站内有新鲜的空气流通，二是有利于排除冷凝热。另外，大大减少井下动力设备以及有这卸设备在工作时产生的热量。由于没有复杂的制冷设备，机电设备也很少，因此具有工艺简单、操作与维修简便。缺点是运行成本高，耗能大。,四、地面制冰降温系统,制冰块送到井下方式19921993年间，平顶山八矿曾购买冰块运到井下制冷降温；台湾海山一坑三木西采面在通风筒前4m处放置冰块降温。使用结果表明，这种降温方式
24、，费用高，能耗大，冰块融化时间较长，降温效果差，因此在矿井降温中很少使用。如一个需冷量为800KW的回采工作面，需要日供冰量为195t，不仅能耗大费用高，冰块融化时间较长，运输也很困难。,国内制冰系统2003年9月，新汶矿业集团组团赴南非进行矿井降温技术考察，他们经过考察认为，建立地面制冰输冰降温系统是个的可行的矿井空调方案。2004年6月，新汶孙村矿建立了我国第一座也是世界煤矿第一座制冰输冰降温系统。日制冰能力为500t，由于技术原因，该系统运行时间不长便报废了（于2007年6月又重建一个制冰系统，制冰量为600t/天）。2005年7月，辽宁沈阳红阳三矿建立了制冰量为720t/天的制冰站。2
25、006年3月，河南平顶山六矿建立360/天的制冰站。2006年5月，山东淄博唐口矿建立900t/天的制冰站。2010年，河南梁北矿同样建立了制冰系统。,将所有制冷制冷机组都安装在地面，设置冷站，制冷站制出冷水输送到井下，再输送到各采掘工作面的空冷器中，通过与进风热交换，实现制冷。当制冷站设在地面时，为了使高压水不直接进入空冷器，需要在深水平设置高压水能转化、高低压换热装置，也可根据矿井实际情况采用三腔压力转换器。,五、地面集中冷水降温系统,1、井下三腔压力转换器,实现水路主循环和次循环之间的压力转换,地面集中降温系统构成,地面制冷站,空气冷却器,三腔换热器,热水管路,冷水管路,地面制冷站,通过
26、自然散热、吸收式制冷器，和压缩机式制冷器，将井下上来的热水冷却至23,第九章 矿井降温未来发展规划,我国是世界上第一产煤大国，也是高温热害最严重的国家，我国目前已有130多处矿井采掘工作面风流温度超过30，许多矿井开采深度超过800米，其中新汶孙村矿延深水平达1300米，我国预测储量中，有73.2%的储量埋深超过1000米，由此可见，矿井降温不仅是目前亟待解决的问题，后矿井工作也将是十分繁重的。,为此作如下规划：1、加强科技队伍建设。科技以人为本，必须加强专业队伍建设。根据矿井降温专业的需要，要求逐渐配备矿井通风安全、制冷与空调、地质与地热、劳动卫生以及工程热力学等专业人才。2、加强实验实验室
27、建设。现有的实验室已出具规模，测试实验系统已形成，但还需要完善提高。包括进行已有设备和系统的维修，更新测试仪表，建立计算机测试系统。,3、加强专业基础理论研究。进一步观察研究各种井巷的热交换特征，充实和完善矿井热交换理论；探索井田地温场与地质构造、水文地质的相互关系，为深部低温预测提供科学依据；深入研究矿井制冷降温系统的热力学特征，为系统的优化设计和运行提供科学依据。4、矿山热力学的应用技术研究。进一步研究提高矿井热力状况预测技术水平，特别是对一些关键系数（如围岩与风流间的不稳定热交换系数、放热系数、湿度系数、湿热系数、湿热比等）进行观察研究；按矿井热环境条件合理确定矿井生产系统和生产工艺；进
28、一步完善矿井降温系统的经济数学模型及其热害治理软件。,5、加强矿井降温技术装备的研制。根据我国矿井情况，今后十年内应重点研制降温装备是：a、多品种多规格的矿用大中型冷水机组；b、矿用移动式系列化冷风机组；C、矿用可移动喷淋式空冷器的系列化；d、高效可清洗矿用水冷表面式空冷器；e、矿用可移动式水冷却器；f、矿用内隔热保冷管道；g、发展较低温吸收制冷机组；h、个体防护装备；i、强化高效换热技术和装备；j、高效绝热管网和检测技术及装备；k、高效经济绝热新型绝热材料；,6、发展新能源技术，鉴于我国西部地区地热资源和太阳辐射能较丰富的特点，研究开发地热能和太阳能的利用，建立地热和太阳能的能量转换系统，为供暖、空调提供热冷源。7、进行劳动卫生学研究。为制定矿内气象环境标准的卫生标准提供科学依据。,让我们共同努力把煤矿的职业健康工作做好，使咱们的矿工，体面劳动，尊严生活！,
