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1、徐州矿务集团张集煤矿降温工程可行性研究报告 徐州矿务集团张集煤矿北京中矿深远能源环境科学研究院深部岩土力学与地下工程国家重点实验室（北京）二一二年七月目 录第1章 矿井概况及存在问题- 1 -1.1张集煤矿概况- 1 -1.1.1自然情况- 1 -1.1.2开拓开采情况- 3 -1.1.3地温现状- 4 -1.1.4井下水文现状- 7 -1.1.5井下气候- 9 -1.2 项目目标及技术思路- 14 -1.3 可行性研究任务与依据- 14 -1.3.1 可行性研究任务- 14 -1.3.2 可行性研究依据- 14 -1.3.3 可行性研究指导思想- 15 -第2章 项目建设必要性- 16 -2
2、.1 深井高温热害- 16 -2.1.1深井高温对安全的影响- 16 -2.1.2深井高温对人体的危害- 18 -2.1.3深井高温对机电设备的危害- 20 -2.1.4深井热害的综合影响- 20 -2.2关于热害的相关国家政策法规- 21 -2.3张集煤矿热害治理的必要性- 21 -第3章 国内外研究现状- 23 -3.1 深井热害治理现状- 23 -3.1.1 气冷技术原理- 23 -3.1.2 冰冷技术原理- 24 -3.1.3 水冷模式HEMS降温系统- 25 -3.2 深井热害治理的方案选择- 26 -第4章 冷源条件分析284.1 矿井涌水冷源条件284.2 矿井回风冷源分析28第
3、5章 项目建设方案- 30 -5.1 设计参数- 30 -5.1.1 气象参数- 30 -5.1.2 工作面环境参数- 30 -5.1.3 工作面设计参数- 30 -5.2 负荷计算- 30 -5.2.1采煤工作面冷负荷- 31 -5.2.2掘进工作面冷负荷计算- 35 -5.3总冷负荷计算- 36 -5.4 深井降温方案- 37 -5.3.1 方案一- 37 -5.3.2 方案二- 38 -5.3.3 方案三- 39 -5.3.4 方案四- 39 -第6章 施工设计- 41 -6.1 HEMS-I制冷工作站冷却水系统施工设计- 41 -6.1.1冷却水水量计算- 41 -6.1.2冷却水管设
4、计- 41 -6.1.3制冷设备选型- 43 -6.1.4管路安装- 43 -6.1.5设备峒室- 45 -6.1.6降温、降压水池及系统运行- 45 -6.2 HEMS-II降温工作站冷冻水系统施工设计- 46 -6.2.1冷冻水水量计算- 46 -6.2.2冷冻水管选型- 46 -6.2.3HEMS-II设备选型- 47 -6.2.4管路布置- 48 -6.2.5设备峒室- 48 -第7章 工程投资与运行成本- 49 -7.1 工程投资- 49 -7.1.1 方案一- 49 -7.1.2 方案二- 51 -7.1.3 方案三- 53 -7.1.3 方案四- 56 -7.2 运行电费计算-
5、58 -第8章 结论- 60 -第1章 矿井概况及存在问题1.1张集煤矿概况1.1.1自然情况一、地理位置及井田范围1、井田位置张集煤矿位于江苏省徐州市西北铜山县刘集镇境内，距徐州市22km。以矿井新混合井为中心，其地理坐标为：东经11659,北纬3421。图1-1 矿井交通位置图2、井田范围井田西起江苏省与安徽省省界，东至3808000纬线，南起各煤层露头，北至各煤层-1300m等高线，东西长9.5km，南北宽1.53.5km，开采深度标高:-115-1300m，面积约27.58km2。具体范围由18个拐点圈定，江苏省地质矿产厅批准的采矿许可证登记证号：3200000620055，各拐点坐标
6、见表1-1。表1-1 矿井范围拐点坐标表点号纬距（X）经距（Y） 点号纬距（X）经距（Y）138028802050131010380578520498845238020652050067511380685020499300338014802049990012380772520500250438024302049795013380767520501325538030302049776014380730020502000638030752049777015380679520502260738036302049752016380800020503320838039402049677517380800
7、020504670938041302049679518380617220504607二、气候条件据徐州气象台的汇编资料，本区属于南温带的鲁淮区，具有长江流域与黄河流域气候的过渡性，接近北方气候的特点，气候温和，光照充足。春秋季短，冬夏季长，冬寒干燥，夏热多雨。常有寒潮、霜冻、冰雹等灾害天气出现。1、气温年平均气温14.4，夏季平均气温37，日最高气温达40.6（1978年6月11日）；冬季气温在-9-13，日最低气温为-22.6（1969年2月6日）。2、降水量多年平均降水量834.7mm，年最高降水量1297.0mm（1985年），最低为500.6mm（1988年），最大日降水量273.3m
8、m（1997年7月17日）。全年降水量多集中于68月份，约占年降水量的60%，春秋季节次之，约占35%，冬季最少，仅占5%左右。3、蒸发量本区多年平均蒸发量为1748.59mm，最高为2279.0mm（1978年），最低为1218.2mm（1985年）。月最大蒸发量为175.8mm（1988年6月），月最低蒸发量为59.3mm(1988年2月)。4、相对湿度本区多年逐月平均相对湿度为69.52%，78月最高约在7683%，36月最低位约在6265%。年平均相对湿度最高为1952年的76%，年平均最低为1988年的62%。湿润系数约为0.5，故本地区属半湿润区。5、风向、风力全年以偏东风为最多，
9、约占16个方位的1/3，年平均风速2.9m/s，最大风速23.4m/s（1952年6月7日），风向为西北风。6、冻土年平均冻土深度为15.1cm，最大28.0cm。7、霜、雪霜期一般在11月至次年3月。年平均降雪10天，最多28天，年均积雪厚度为7.7cm，最大达24.7cm（1969年2月）。1.1.2开拓开采情况一、建设情况张集煤矿于1970年9月建井，1979年6月建成投产。矿井原设计生产能力为45万吨/年，1999年6月改扩建工程完成后，生产能力变更为90万吨，2007年矿井核定生产能力为75万吨/年。二、开采情况1、开采水平矿井采用立井多水平开拓，老主、副井落底标高为-300m水平，
10、新混合井落底标高为-700m水平,随着开采深度的不断加深，-300m水平停止生产，2003年以后生产主要集中在-700m水平。目前，矿井正在进行-1260m水平北翼延深工程，预计2012年具备生产条件。2、开采煤系矿井投产以来，主要开采二叠系山西组与下石盒子组煤层，太原组煤系仅进行少量开拓工程。山西组煤层主采7、7-2、9、9-2煤；现在浅部7、7-2煤已回采结束。下石盒子组1、2煤在-300水平进行过少量试采，由于当时开采技术水平限制，仅回采9个工作面。为实现两系配采，保证矿井产量和煤质的相对稳定，2004年张集煤矿在东二采区-700m大巷施工下石盒子组开拓工程，2008年2月放面回采。由于
11、太原组煤层水文地质条件复杂，在开拓过程中发生特大突水，造成淹井事故，停止了该煤系的开拓。-1260m深部延深水平主采山西组9煤，7煤由于受构造及岩浆岩侵入影响，仅局部地段可采。1.1.3地温现状围岩原始温度(即原岩地温) 的测定是矿井热害防治最重要的基础工作，所取得参数是进行矿井热源分析及井下风流温度预测计算的重要基础参数，也是划分矿井热害等级的基本依据。一、井下地温资料根据中国科学院地质研究所地热组提供的资料：张集井田恒温带为2530m，恒温度为15.1。李庄井田精查补充勘探报告及徐州矿务集团张集煤矿东翼深部补充勘探地质报告介绍：勘探期间井田内共有测温钻孔29个，其中3个孔作近似稳态测温，2
12、6个有中性点，由中性点、恒温点及井底瞬时温度做校正温度曲线，得出各测温孔地温梯度值平均为2.65/100m，作为本矿区近似地温梯度。具体地温分布情况如表1-2所示：表1-2 钻孔相同深度岩温及地温梯度统计表深度孔号300m500m800m1000m1100m1200m地温梯度度/100m地温率m/40624.430.2392.9234.340925.732.43.3529.941024.530.32.9034.541327.538.542.32.9633.841723.027.534.32.2644.342122.827.434.539.12.3342.942323.829.036.7422.
13、6038.542824.828.92.0548.843823.728.92.6038.544025.331.83.2530.844523.528.636.32.5639.145424.029.337.442.72.6737.445624.330.02.8535.145823.729.036.82.6238.246522.426.733.52.2245.147225.447323.523.435.92.4840.347522.526.82.1546.547722.927.52.3043.548024.029.337.32.0648.547623.728.636.02.4640.717-223.7
14、29.037.043.446.92.8235.419-122.927.635.741.244.146.82.5938.619-223.428.536.942.946.02.7536.319-323.328.335.741.246.52.8435.221-123.729.137.342.945.82.7236.721-223.328.436.342.651.154.32.8135.524-124.029.637.642.92.7136.924-223.628.837.243.747.250.42.9034.4平均23.929.136.742.246.850.5差异3.315.14.44.67.0
15、7.5注：据李庄井田精查补充勘探地质报告、徐州矿务集团张集煤矿东翼深部补充勘探地质报告。二、原岩地温验证原岩温度的测定一般分两种：一是深孔测温法，二是浅孔快速测温法。两种方法的选择要视测温地点的具体情况而定。因为，巷道开掘后，围岩中的地温场就会受到矿井排水、通风等因素的扰动，从而在围岩中形成冷却带。并且随巷道通风时间的延长，其冷却带的厚度也逐渐加大，据资料统计：通风时间1年的巷道，冷却带厚度约为18m，2年约为25m，5年以上约为40m。（l） 深孔测温法深孔温度就是在井巷中，利用钻机向围岩内打水平测温孔(其深度应大于井巷冷却带 厚度)，再将在标定好的测温热电偶探头送入孔底、封孔，经过一定时间
16、，测得稳定的温度值即是原岩温度。利用深孔测温时，必须要设法消除或减少矿井排水和通风的影响，需要合理地选择钻孔位置和钻孔深度。钻孔位置应避开地质构造和水文地质复杂地段，选择在岩性较好，不渗水或渗水小的地点，钻孔深度应大于该处围岩冷却带的厚度。（2） 浅孔快速测温法浅孔快速测温是在井下连续推进的岩巷掘进工作面(其周围30m以内无通风2年以上的井巷或硐室)，并在岩面暴露时间不超过24h，利用迎头的炮眼或临时打的23m深钻孔进行测温的方法。为了验证地质勘探测温钻孔资料的准确性，我矿于2008年8月109月15日对北翼延深回风下山现有水平原岩温度进行了深孔测温（具体实施方法及测温结果见附3），并将地质勘
17、探测温钻孔资料与测试结果相比较，对岩温曲线其进行修正。具体测量数据如表1-3所示：表1-3 张集煤矿深孔测温结果-1050m水平北翼延深回风上山钻孔编号钻孔内温度t()钻孔内温度t()1#(5m)40.140.22#(15m)50.1(废点)50.1(废点)3#(30m)42.842.84#(20m)50.1(废点)50.1(废点)5#(10m)41.641.7-950m水平北翼延深回风上山1#(30m)39.839.92#(20m)38.538.53#(15m)37.838.04#(5m)37.037.05#(10m)37.237.3-850m水平北翼延深回风上山1#(5m)35.635.7
18、2#(10m)35.135.73#(15m)35.736.14#(20m)37.037.25#(30m)37.837.9-750m水平北翼延深回风上山1#(5m)32.832.92#(10m)33.433.43#(15m)34.635.04#(20m)35.035.25#(30m)48.1(废点)48.1(废点)根据表1-2、1-3测定地温的变化情况，作出矿井地温曲线图（如图1-2）。根据图2-1所示，综合比较地质勘探测温钻孔资料与深孔测温资料，预计-1260水平地温将达到51.5。图1-2 地温曲线图1.1.4井下水文现状一、矿井涌水现状张集煤矿地下水以静储量为主、补给条件不良。随着矿井不断
19、地疏干排水，各含水层水位已普遍不同程度下降。目前太原组四灰含水层为矿井唯一用水水源，据462号水文观测孔观测，其由于过度开采导致水位及水量下降较快，已不能完全满足矿井生产及生活的需要。现阶段矿井各水平涌水量基本稳定。表1-4所示矿井涌水量为年平均值。其中，-300水平矿井涌水主要供给洗煤厂（12.5m3/h）、洗浴中心（16.7m3/h）、井下生产防尘用水（54m3/h），其余矿井水到地面后外排。表1-4 各水平实测涌水量表年份水平下石盒子组流量（m3/h）山西组流量（m3/h）太原组流量（m3/h）2006-30069.242.2 -700101 2007-30069.541.1 -7009
20、52008-30070.340.1 -70095 二、矿井水质现状矿井水质主要包括水的总矿物量、硬度、PH值、水温等内容。由于矿井水质为定期采样测定，时间跨度较大，对矿井水质的分析只能反应近期情况，表1-4所示为2007年12月取样化验的矿井水质化学分析资料，水温为2008年6月测量数据。我矿-300水平已经停止回采，该水平矿井水杂质含量较-700水平低，知其总矿物含量小于2g/kg，PH在7.09.2的区间内，符合GB 50050-95工业循环冷却水的水质标准的水质要求。表1-5 矿井水质化学分析资料统计表取样地点全硬度（德国度）暂时硬度（德国度）水温（）固形物mg/kgPH总矿量（mg/k
21、g）-300水仓混合水25.5813.022312108.141210-700东大巷水沟混合水2.132.132523589.132358-700西翼充电硐室水沟混合水15.1715.172122108.2922111.1.5井下气候一、井下气候现状根据矿井投产以来的资料统计，矿井在-700m以上浅部采区温升率为0.00670.018/m，深部-700m以下深部温升率为0.0130.027/m。-700m东大巷测定夏季气温为2425，平均湿度为80%。表1-6井下气候参数为2008年6月2425日测定。表1-6 各水平工作面气候参数表工作面A-B长度mB-C长度mA点温度B点温度C点温度A-B
22、升温率/mB-C升温率/m平均标高m风量m3/h原始岩温1346工作面10151302526280.0010.015-460496289360工作面3301102527290.0060.018-600774 31.79401工作面8001402527290.00250.014-560830 31延深轨道800152328.7290.00250.020-980548 41.6延深运输800152328.7290.00250.020-980578 41.6延深回风900152428.6290.00340.027-980560 41.6注：采煤工作面A点为皮带机道进风口，B点为工作面下出口，C点为上
23、出口往下15m位置；掘进工作面A点为风机口，B点为迎头，C点为距回风口15m位置。二、深部采区气候预测依据煤矿井下热害防治设计规范的相关规定，矿井气候条件预测方法主要有三类：即数学分析法、实验室模型模拟法、实测统计法，目前较为普遍采用的是数学分析与实测统计相结合的方法。张集矿深部采区气候预测采用的就是此方法，即通过已有各工作面的气候参数进行数学分析，建立数学模型，预测深部采区工作面的气候。1、计算单位时间内每米焓升量根据表2-5中，1346工作面，9401工作面，9360工作面气候参数，计算各工作面单位时间内每米焓升量：G -单位时间内通过的空气质量，G=V,kg；-空气密度，1.2kg/m3
24、；V -单位时间内通过风量，m3/s；i空气焓量，kJ/kgL-工作面长度，m。根据查空气焓湿表，得： Q1346=1.043kW/m; Q9401=1.300kW/m; Q9360=1.361kW/m。2、绘制焓升曲线张集煤矿深部采区的通风系统可以假设为一个温度场。一般情况下，物体内任一点的温度为该点的位置以及时间的函数，故该温度场的数学表达式为t = f (x, y, z,)式中x, y, z物体内任一点的空间坐标；t温度，；时间，s。若温度场内各点的温度随时间而变，此温度场为非定态温度场，这种温度场对应于非定态的导热状态。若温度场内各点的温度不随时间而变，即为定态温度场。张集煤矿深部采区
25、开采以后，各生产系统风量及水平基本稳定，可以近似的设为定态温度场。定态温度场的数学表达式为：t = f (x, y, z) 在特殊的情况下，若物体内的温度仅受一个坐标方向发生变化的影响，此温度场为定态的一维温度场，即：t = f (x) 由图2-1知，张集煤矿深部地温梯度基本稳定在2.65/100m，地温曲线近似为一次函数曲线，且已知测量工作面和深部采区工作面均为机械生产工作面，那么综合考虑工作面长度、单位时间风量、空气焓升量等条件，拟定单位时间内每米焓升量曲线为一维温度场的二次曲线，即f（x）=Ax2+Bx+C，x代表工作面平均标高，f（x）代表工作面单位时间内每米焓升量，具体计算如下：A（
26、460）2-460B+C=1.043A（560）2-560B+C=1.300A（600）2-600B+C=1.361求解得：A=2.1610-5; B=2.0910-2; C=5.96; 即得焓升曲线为：y=2.1610-5x2+2.0910-2x+5.96具体如图1-3升曲线所示：图1-3焓升曲线3、-1260水平工作面温度预测根据我矿三个水平工作面气候参数确定焓升曲线，设-1260工作面气候参数符合焓升曲线方程，那么将深部采区工作面参数带入焓升曲线方程得：Q北一=13.9kW/m；深部采区工作面设计长度为150m，预计空气焓升量为2085kW，由下式得：G -单位时间内通过的空气质量，G=
27、V,kg；-空气密度，1.2kg/m3；V -单位时间内通过风量，m3/s；i-空气焓值，kJ/kg,-700水平风流焓值为77 kJ/kg，i1=148 kJ/kg；查空气焓湿表得：T=37.5即深部采区综采工作面温度预计为37.5。三、地面气温对井下气候的影响根据徐州气候资料统计，徐州地区冬季（12月2月）平均气温为3.3，春季（3月5月）平均气温为15.2，夏季（6月8月）平均气温为26.8，秋季（9月10月）平均气温为16.5。井下的风温受地面气候和围岩温度的双重影响，为进一步了解气候变化对井下风温的影响，2008年6月2009年2月张集矿组织人员对不同温度下井上、下温度情况进行测定。
28、具体结果如下：表1-7井下温度实测值 月份地点6月7月8月9月10月11月12月1月2月地面温度22273228125327-700大巷温度252526252015141316延深-980水平温度293030302724232325注：冬季为了防止井口结冰，对矿井进风流进行预热。注：紫色线为地面供风温度；粉红线为-700大巷温度；蓝色线为延深-980水平温度。图1-4 井上、下温度变化曲线图由图1-4见，随着深度的增加地面温度对深部供风温度的影响逐步减小。根据资料统计6月至次年2月地面供风温度为132，-700大巷温度变化范围为1326，-980辅助车场温度变化范围为2330，最大影响温度为8
29、，测定的季节度范围根据焓升曲线方程计算，当延深-1260水平采煤面温度达到30（未采取降温措施）时，-700m水平温度为15左右，即在每年10月至次年2月期间可以不采用人工降温。1.2 项目目标及技术思路针对张集煤矿存在的热害难题，结合张集煤矿的实际情况，确定降温方案：从矿井涌水和回风中提取冷量，为两个工作面（一个备用工作面）及三个掘进头降温。其中，从回风中提取冷量分别考虑了从-300水平和-700水平提取回风冷量，确定最优方案。矿井涌水+回风 提供冷量两个工作面降温三个掘进头降温1.3 可行性研究任务与依据1.3.1 可行性研究任务本项研究的任务是论证张集煤矿深井降温工程的必要性和可行性。本
30、可行性研究报告主要论述的问题为：张集煤矿深井降温工程的必要性张集煤矿深井降温工程的可行性张集煤矿深井降温工程的经济分析张集煤矿深井降温工程的综合评价1.3.2 可行性研究依据采暖通风与空气调节设计规范GB 50019-2003建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范GB 50424-2002工业设备及管道绝热工程设计规范GB 50264-97组合式空调机组GB/T 14294-93水源热泵机组GB/T 19409-2003供配电系统设计规范GB 50052-95低压配电设计规范GB 50054-95张集煤矿矿井水情况说明张集煤矿水文地质资料张集煤矿矿井水处理工程资料相关专业的其他设计规范其他现场
31、调查资料1.3.3 可行性研究指导思想张集煤矿深井降温工程提取矿井涌水的冷能，进行深井热害治理；达到节能、绿色环保、高效运行目的，实现矿区可持续发展。因地制宜，优化方案，高效运行，方便管理。第2章 项目建设必要性2.1 深井高温热害2.1.1深井高温对安全的影响由于湿热环境能引起人的中枢神经失调，从而使人精神恍惚、昏昏欲睡，导致采煤工作面的事故率增多。据日本北海道七个矿井的调查统计，气温在30以上的工作面事故率比气温在30的高1.52.3倍。据南非多年的调查统计，当矿内作业地点的空气当矿内作业地点的空气湿球温度达到28.9时（相当于干球温度30），开始出现中暑死亡事故。图2-1为南非金矿井下温
32、度与事故率关系。图2-1 南非矿井下温度与事故率的关系中国矿业大学（北京）岩土工程中心以何满潮教授为首研究团队所做的深部煤岩T-P耦合瓦斯解析实验结果表明，深井温度变化将会引起煤层内吸附瓦斯逸出增加，从而使得井巷中的瓦斯浓度升高，容易发生瓦斯爆炸，严重威胁生命和财产安全。实验结果见图2-2和图2-6.图2-2 煤温25.1时气体逸出测试结果图2-3 煤温40.9时气体逸出测试结果图2-4 煤温55.7时气体逸出测试结果图2-5 逸出气体中甲烷含量值随温度变化关系图2-6 逸出气体中二氧化碳含量值随温度变化关系2.1.2深井高温对人体的危害人们长期在矿井下高温环境中作业，高温可能使人产生一系列生
33、理功能的改变，根据医学研究成果，井下不同的温度热环境对人的危害如下：30汗腺开始启动，在这种温度下工作2-3小时，人体“空调”汗腺就开始启动，通过微微渗汗散发积蓄的体温。31散热机制立刻反应，这时浅静脉扩张，皮肤微微出汗，心跳加快，血液循环加速，对于井下工作的工人而言，应采取降温措施，同时应限制体弱者在井下工作。32人体自我冷却，一级报警，在这个温度下，人体通过蒸发汗水散发热量进行“自我冷却”，每天大约排出5升汗液，可带走钠15克、维生素C50毫克及其它矿物质，血容量也随之减少。此时，一定要注意补充含盐、维生素及矿物质的饮料，以防电解质紊乱，同时动用可能的降温措施。33多脏器参与降温，二级报警
34、，一旦气温升至33，人体通过汗腺排汗已非常困难，且难以保证正常体温，不仅肺部急促“喘气”以呼出热量，就连心脏也要加快速度，输出比平时多60%的血液至体表，参与散热。这时降温措施、心脏药物保健及治疗不可有丝毫松懈。34汗腺濒临衰竭，三级报警 汗腺疲于奔命地工作，已经无能为力并趋于衰竭，这时很容易出现心脏病猝发的危险。35大脑顾此失彼，四级报警，高温直逼生命中枢，大脑已经顾此失彼，以致头昏眼花、站立不稳。人必须立刻移至阴凉地方或借助空调降温。36危及生命的休克温度，排汗、呼吸、血液循环，一切能参与降温的器官，在开足马力后已接近强驽之末。此时生命临危，刻不容缓地需要救护措施。另外，井下湿度达95%1
35、00%的高湿环境给工人带来极大的危害，人们长期在高湿的矿井下作业，将会使人产生一系列的生理功能改变，影响人的正常生理功能，使人的机理不能有效地散发热量，出现中暑晕倒，严重的会出现死亡。另外，矿工长期在高湿的矿井下作业，会使人患上风湿病、皮肤病、皮肤癌、心脏病及泌尿系统和消化系统等疾病，还会使人产生心绪不宁、心情浮燥，诱发人精神方面的疾病，严重影响矿工的身心健康。如安徽淮南九龙岗煤矿（深830m，工作面气温28左右），工人中高血压及心悸病患者较多，1974年，平顶山八矿东一石门（深510m，气温30左右）工作面出现了温度为36的热水，水量仅12m3/h，竟使工作面气温上升至3334，施工的工程兵
36、战士中曾多次发生中暑昏倒及呕吐的病例，凡是在那里工作的人均患有传染性湿疹，几无幸免者，冬季感冒的发病率也特别高；广西合山矿务局里兰矿，由于井下有2835的热水涌出，巷道内气温在2229.6之间，出水点附近可达33，据1976年统计，井下工人有415人患有各种皮肤病，也发生过多起中暑昏倒病例。据调查有以下典型案例，1996年7月25日，湖南省邵阳某矿因回采工作面风温高达32，相对湿度达98%以上，一个班就有5名矿工因中暑晕倒在工作地点，经抢救才幸免于难；湖南省冷水江某矿多年调查统计表明，矿工长期在高湿的矿井下作业，患风湿病、皮肤病、皮肤癌、心脏病的比例很高，并有如下调查结果：患风湿病的比例为18
37、6人/千人，患心脏病的比例为79人/千人，患皮肤病的比例为121人/千人，患皮肤癌的比例为45人/千人。2.1.3深井高温对机电设备的危害矿井里任何机电设备、电缆均是通过与环境的对流来散发本身所产生的热量，其工作环境温度、湿度超过规定的限值或长期处在限值附近时，必将导致设备散热困难，以致发生设备故障。一般情况下，按常规方法难以查明发生事故的原因。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为40；矿用隔爆型机电设备的45。但这并不等于说，只有到了上述限值才会发生设备故障,如果机电设备长期处在上述限值附近，则机电设备故障率将急剧上升。日本通产省的调查统计表明：机电设备在相对湿度9
38、0%以上、气温为3034的地点工作时，其事故率比低于30的作业地点高3.6倍。我国平顶山煤业集团公司五矿1997年6月，己3采区一采面回风顺槽（气温35C，相对湿度96%）电缆由于环境高温致使其绝缘漏电，击毙两人;而在未降温的采掘工作面却屡屡发生作业人员中暑、热击事故，给生产带来很大影响。2.1.4深井热害的综合影响温湿环境对人的劳动生产率是有影响的。国内外研究统计表明，气温每增加1，矿井生产效率则降低68%。根据孙村矿2002年7月份的统计，工作面工人定员40人只有7人出勤，同时每年的高温季节6-9月份，矿井生产几乎陷于停顿状态，对生产影响非常大。气温每增加1，矿工劳保医疗费增加810%；徐
39、州夹河矿7446工作面温度高达3436，湿度高达100%，2006年因高温热害现场晕倒172人次，死亡时有发生。根据南非的最新统计，在湿球温度32.833.8下工作的工人，千人中暑死亡率为0.57。以30为标准，气温每增加1，井下机电设备的故障率增加1倍以上。实际上张集煤矿井下，高温作业地点的工作效率相对低下，也是客观存在的。2.2关于热害的相关国家政策法规煤矿安全规程第102条规定：生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26，采掘工作面的空气温度超过30时，必须停止作业。国务院矿山安全条例和矿山安全监察条例：国务院关于发布矿山安全条例和矿山安全监察条例的通知中说：“今后，凡新建、改建、扩建的矿山
40、，其劳动条件和安全卫生设施都必须符合条例的规定，否则不准投产。对于在条例公布以前已经投产的国营矿山，其劳动条件和安全卫生设施达不到规定标准的，必须纳入调整计划，限期达到。对于现有的矿山，有关部门要积极予以支持，帮助它们创造条件，逐步达到矿山安全的要求。”矿山安全条例第11条对地质部门需要提供的有关高温矿井的资料进行明确的规定；第19条对矿井生产过程中出现的高温热害治理需要编制专门的矿井降温设计，作了进一步要求；第53条“井下工人作业地点的空气温度，不得超过28。超过时，应采取降温措施或其它防护措施。”矿山安全监察条例第七条“对严重违反矿山安全条例的矿山企业和有关工作人员，有权处以罚款”；第八条
41、“对严重违反矿山安全条例的矿山企业及其主管部门的责任人和领导人，有权提请上级领导机关给予行政处分，或者提请司法机关依法惩处”；第九条“对不具备安全基本条件的矿山企业，有权提请有关部门令其停产整顿或者予以封闭。”2007年国务院安全生产委员会办公室办法通知各省建议采深超过千米的矿井暂停开采，其主要原因就是深井热害问题得不到很好的解决。2.3张集煤矿热害治理的必要性张集煤矿-800钻孔平均岩温为36.7，-1200米水平平均岩温高达50.5。-700m水平巷道气温达25，最高可达29；随着矿井开采深度的增加，预计在-1260水平工作面温度将达到37.5。由于工人长时间在高温、潮湿的气候环境中作业，
42、体力消耗大，平均劳动效率比在正常气候条件下工作时下降20%30%，职工出勤率低。特别应该指出的是工人因在高温环境下作业引起的综合症头晕眼花精神恍惚、疲乏恶心等，中暑现象时有发生，伤病工人多，而且随着开采深度的增加，热害问题将会愈来愈严重。根据所测结果，进入夏季，井下采掘作业场地气象条件进一步恶化，井下作业人员受高温煎熬，治理热害已成为当务之急。第3章 国内外研究现状3.1 深井热害治理现状现代制冷技术是19世纪中后期发展起来的一门学科，将制冷技术应用于矿井热害控制始于上世纪20年代，但迅速发展并广泛应用是在70年代之后。从总体上看，根据冷源获取方式可分为三种：（1）德国气冷式，从井下回风或地面空气中提取冷能，通过水体将冷能输送至工作面和掘进端头，由于从空气中提取冷能所以系统能效比低、管路长、沿程损耗大、排热困难、混风系统除湿效果不显著。（2）南非冰冷式，主要是将制冰机制出的冰块撒向工作面，通过冰水相变完成热量交换，或利用井下融冰后
