济宁二号煤矿矿井降温情况汇报材料

济宁二号煤矿矿井降温情况汇报材料随着社会的发展和煤炭资源开发的日益加强,矿井的开采深度不断增大。我国煤矿1980年平均开采深度为288m,到1995年已达428m,并且目前的开采深度平均每年以8~12m的速度增加,采深超过1000m的矿井己有数十对。开采深度的逐步增加以及矿井机械化程度的不断提高，地热和机械设备向井下空气散发的热量显著增加，矿井热害问题日益突出。热害逐渐成为一种与水、火、瓦斯、煤尘、冲击地压并列的自然灾害，严重影响作业工人的效率以及他们的身心健康,甚至很可能导致一些矿井恶性事故的发生,给矿井的安全生产及其日常管理带来了极大的威胁。可见,煤矿降温技术正成为国内外矿山研究的一个重要领域。济宁二号煤矿是国家“八五”重点建设项目，东临京沪铁路和104国道，西靠京杭大运河和京九铁路，北临兖石铁路和327国道，南临碧波荡漾的微山湖，地理位置十分优越，交通十分便利。矿井井田面积90平方公里，地质储量8.55亿吨，可采储量3.47亿吨，设计年产400万吨，服务年限67.5年。1997年11月8日建成投产，矿井工程荣获中国建筑工程质量最高奖——鲁班奖。并建有一座年入洗能力100万吨的现代化大型洗煤厂。煤炭品种为肥煤和气肥煤，具有低灰、低磷、低硫、高发热量的特点，是优质的炼焦、动力、化工、造气、水煤浆用煤。矿井为立井开拓方式，主采水平为-740m。矿井通风方式为中央并列式，通风方法为抽出式，风井安装有2台上海鼓风机厂生产的GAF-31.6-15.8-1型轴流式通风机，矿井实际进风量为18050m3/min，矿井有效风量率为91%，风机静压为2560Pa，矿井等积孔为7.1m2，属于通风容易矿井。但是该矿井原始岩温较高，2004年7月经中国矿业大学在-740m水平测定，在60米左右的钻孔内，测定原始岩温为36℃。夏季，在采掘工作面的个别地点温度已经超过30℃，工作面回风隅角温度高达33℃，大大超过了《煤矿安全规程》第102条规定的26℃规定，特别是在-740m水平，冬季时各采掘工作面的温度仍高于26℃。目前，矿井高温问题已经严重制约了该矿的发展及安全，矿井高温治理迫在眉睫。1．矿井高温热害产生原因分析1．1空气压缩放热空气从地面到达井下温度升高主要来自两个方面的原因：一个是井筒围岩散热，另一个是空气压缩散热。研究表明，在井筒通过风量较大的情况下，井筒围岩对风流的热状态影响较小，决定井筒风流热状态的主要因素是风流在井筒中的加湿压缩过程。空气的压缩并不是一个热源,它是在地球重力场作用下,空气绝热地沿井巷向下流动时,其温升是由于位能转换为焓的结果,而不是由外部热源输入热流造成的。根据热力学第一定律，井巷风流的热平衡方程式为：Cp（t2-t1）+γ(d2-d1)=g（z1-z2）式中Cp——空气的定压质量比热t1、t2——井上、井下的风温γ——水蒸气的汽化潜热d1、d2——井上、井下风流的含湿量z1、z2——井上、井下的标高目前，该矿采掘工作面的最低点标高为-820m，当井上空气温度t1为18℃时，将有关数据代入上式计算可得井下温度t2为23.6℃。由此可见，对深矿井来说,空气自压缩引起风流的温升在矿井的通风与空调中所占的比例很大,所以一般将它归在热源中进行分析。1．2围岩散热井下未被扰动岩石的温度(原始岩温)是随着与地表的距离加大而上升的,其温度的变化是由自地心径向外的热流造成的。在一个不大的地区内,大地的热流是相当稳定的,一般为60~70mW/m2,但在某些热流异常地区,其值可能变动很大。原始岩温随深度而上升的速度(地温梯度)主要取决于岩石的导热系数与大地热流值,原始岩温的具体数值决定于温度梯度与埋藏深度。围岩向井巷传热的途径有两个:一是借热传导自岩体深处向井巷传热;二是经裂隙水借对流将热量传给井巷。济宁二号煤矿南翼二水平布置的九采、十一采两个采区，其深度为-740m，目前采掘深度已达-820m。该矿的年恒温带为60m，温度为19.6℃.在恒温带以下，地温随深度的增加而增加，该矿非煤系地层由于岩性较均一，地温梯度较小，平均地温梯度一般在2.01℃/100m左右。但是，煤系地层岩性复杂，平均地温梯度高达3.2-3.29℃/100m。据中国矿业大学现场测定，该矿各水平地温情况如表1：表1：济宁二号煤矿地温情况表标高（m）恒温带-500-600-700-800-900温度（℃）19.627.430.633.83740.2可见，围岩散热也是造成该矿高温的一个重要原因。1．3机电设备散热目前该矿井下所使用的能源,几乎全部采用的是电源。机电设备所消耗的能量除了部份用以做有用功处,其余全部转换为热能并散发到周围的介质中去。井下机电设备主要有采掘机械、提升运输设备、扇风机、电机车、变压器、水泵、照明设备。采煤工作面机电设备功率总和为3200kW，掘进工作面机电设备功率总和为450kW，散热量非常明显。通过测定，机电设备散热量占总的掘进工作面的散热量的30%左右，占总的采煤工作面的散热量的20%左右。1．4煤层氧化热和炸药爆破热如硫化矿、煤等碎石都会氧化发热,若到达自燃阶段,发热更大,是矿内氧化发热的主要热源。其它如坑木、充填材料、油、包装料等的氧化发热影响并不显著。该矿煤层自然发火性十分严重，最短自然发火期为33天。同时，该矿工作面顺槽全部采用锚网支护，煤层裸露于巷道空气中，有利于煤层的自燃。采煤工作面大都为综放开采的长壁采煤工作面,从采空区煤氧化而来的发热,又加上空场漏风助势,一般都占全煤工作面总热量的30%以上,有时达到55%。该矿炮掘工作面平均10个左右，炸药爆炸产生的热量全部传给了空气。该矿所用的二级水胶炸药爆破热为3639kJ/kg,其产生的热量是相当可观的,因此应当考虑炸药的爆破热。1．5通风路线该矿为中央并列式通风，通风路线长。二水平大巷距风井口为3500m，矿井最大通风流程为12000m。空气流动与巷道壁摩擦也产生部分的热量，带入各采掘工作面中，使采掘工作面的温度进一步升高。1．6地面温度地面温度直接影响井下各采掘工作面的温度，在冬季，井口以及大巷中的温度一般在17℃左右，到夏季大巷中的温度则在25℃左右。据采掘过程的数据统计显示：冬季，在-740m水平的采煤工作面回风流温度为29℃；夏季，采掘面风流温度达32℃，回风流温度超过34℃.1．7煤矸运输过程中散热随着矿井开采强度的加大，生产的相对集中以及生产水平的延伸，开采出来的煤岩温度高，并且我矿90%的煤矸都是采用胶带输送机运输，加大了煤矸与空气的接触面积，在运输过程中煤矸对风流强烈加热，进一步升高了风流的温度。2．降温措施在机械制冷设备未实施之前，我们采取了一些非人工的制冷措施。2．1增加风量在矿井热害不太严重的情况下,可以加大风量以降低井下温度。实践证明，通风降温是矿井降温最经济的手段之一。该矿根据井下现场的实际情况，自2006年以来积极优化矿井通风系统。根据矿井生产布局情况在北翼实施了增阻措施，加大了南翼二水平的风量。2007年初，在二水平施工了一条专用回风巷，降低了回风阻力，使九采区的风量提高了500m3/min。2008年初，新施工的南翼进风下山成功贯通，使整个南翼形成了“两进两回”的通风方式，矿井负压降低了200Pa，南翼二水平的风量增加1000m3/min，大大改善了南翼各工作面的作业环境。掘进工作面全部实现了大功率（2×15kW）的“双风机双电源”，断面超过12m2的掘进工作面采用直径为800mm的大直径风筒，使掘进工作面的风量平均增加了80m3/min。通过增加工作面的风量可以降低温度1-2℃。加大风量不仅可以排出热量、降低风温，而且还可以有效的改善人体的散热条件，增加人体的舒适感，即降低人的感觉温度，感觉温度与风量的关系见图一。图一感觉温度与风量的关系见图但需要注意的是,风量的增加不是无限制的,它受规定的风速和降温成本的制约,且当风量加大到一定程度后其降温作用会逐渐减小直至消失。2．2预冷进风风流2007年9月份，该矿在93上01工作面采取了喷淋冰水预冷进风风流的措施降低工作面的温度，取得了良好效果。2．2．1预冷进风风流的方法采用高效喷淋头直接喷冰融化后得冷水，对空气进行热湿处理。用接近0℃的冰融水高效雾化后直接喷入巷道，换热后的水温升高，接近空气的送风状态湿球温度（约18℃），水吸收热量后和空气凝结水一起下落。为了防止水的杂质堵塞喷头，并且减少系统，喷出的水不再回复利用。处理原理示意见图2.2．2．2喷淋热湿处理计算根据现场测得的状态参数可得以下计算条件：巷道断面空气质量流量G=14.4kg/s，入口空气干球温度为t1=28.8℃，湿球温度ts1=25.9℃，空气焓值i1=79.5Kj/kg；出口空气干球温度为t2=19℃，湿球温度ts2=18.5℃，空气焓值i2=51.6Kj/kg。由于雾化效率较高，水滴液态颗粒细微，能较好的与空气热质交换，则认为喷水直接从冰车溶池中流出，故喷水温度为tw1=0，水滴的温度热换后能接近空气的露点温度，故tw2=18.5℃。根据能量守恒，空气释放的热量等于喷淋水温度变化带走的热量。即G（i1－i2）=cW（tw2－tw1）将各数据代入上式可得：14.3×（79.5-51.6）=4.19×W×（18.5-0）由此可以得出需水量W=2.34kg/s=8.5t/h溶冰水箱冷水泵供水管雾化喷头巷道空气处理段空气流出巷道内气流进入处理段图二处理原理示意图根据现场实际测得，经过预冷后的风流通过工作面到达回风巷后，回风巷温度由原来的32℃降低到29℃，平均下降2-3℃，降温效果还是十分理想的。2．3改革通风方式将采煤工作面原“U”型通风方式改为“W”型通风方式，在热量较集中的回风巷中不布置设备，仅作专用回风巷，减少人员进入。2007年初，该矿在3304综放工作面实施了“W”型通风方式，这是集团公司首个“W”型通风方式的采煤工作面。实施“W”型通风方式后大大改善了皮带顺槽作业人员的作业环境。工作面改变通风方式前后各地点温度变化情况见图三。图三:工作面各地点温度曲线注：2006.12.13贯通，2007.1.23调整为W型通风系统15171921232527292006.10.152006.11.152006.12.122006.12.142007.1.232007.1.242007.1.262007.1.30日期温度上井口轨顺140#点专用回风巷机头运顺隅角运顺140#点由上图可知，通风方式改变后，工作面及运顺温度平均下降3C0，运顺隅角更是下降了5C0左右；同时降低了工作面和运顺割煤时煤尘浓度，大大改善了职工的劳动环境，提高了工作面抗灾能力。另外，采空区“三带”范围缩小，由于风速降低，向采空区的漏风量相对减小，漏风半径就大大减小，工作面两顺槽间压差大大下降，降低了工作面自然发火的可能性，从而减少了采空区丢煤自燃产生的热量。2．4其它措施2．4．1煤层注水预冷煤体。2．4．2个体防护。各采掘工作面班中提供充足的矿泉水饮料，对强重体力劳动采取轮换作业，缩短劳动时间。2．4．3采煤工作面回风隅角等高温点利用水射流风机，将水汽化吸热降温。2．4．4采空区注浆以及堵漏风来降低采空区散热量。3．结束语根据该矿高温热害产生的原因及规律，针对性的采取措施以后，各工作面的温度平均下降了2-3C0，实际温度接近《煤矿安全规程》的要求，职工劳动强度有所降低，工作环境有所改善。但是，随着矿井开采深度的不断增加,高温热害将进一步加剧，届时现有措施将无法再满足矿井降温的需要。因此，需要尽快实施空调等机械制冷，进行区域性的局部降温，进一步降低施工地点的空气温度，改善职工作业环境。