8_矿井热害

矿井通风与安全中国矿业大学8.1概述随着矿井开采深度逐渐增加，综合机械化程度不断提高，地热和井下设备向井下空气散发的热量显著增加；地处温泉地带的矿井，由于从岩石裂隙中涌出的热水或与热水接触的高温围岩放热，也都能使矿内气温升高，湿度增大。矿内高温、高湿环境严重影响井下作业人员的身体健康和生产效率，已造成灾害——热害。矿井热害最终将成为制约矿物开采深度的决定性因素。8.2矿井主要热源及其散热量能引起矿井气温值升高的环境因素统称为矿井热源。矿井热源包括：井巷围岩传热、机电设备放热、煤炭与矸石放热、矿物及其它有机物放热、人员放热和热水放热等。一、井巷围岩传热1．围岩原始温度的测算围岩原始温度是指井巷周围未被通风冷却的原始岩层温度。由于在地表大气和大地热流场的共同作用下，岩层原始温度沿垂直方向上大致可划分为三个层带：变温带：在地表浅部由于受地表大气的影响，岩层原始温度随地表大气温度的变化而呈周期性地变化，称变温带。恒温带：随着深度的增加，岩温常年基本保持不变，这一层带称为恒温带，恒温带的温度约比当地年平均气温高1～2℃。增温带：在恒温带以下，由于受大地热流场的影响，在一定的区域范围内，岩层原始温度随深度的增加而增加，大致呈线性的变化规律，这一层带称为增温带。地温率：指恒温带以下岩层温度每增加1℃所增加垂直深度，即：m/℃00rrrttZZg地温梯度：指恒温带以下，垂直深度每增加100m时，原始岩温的升高值，它与地温率之间的关系为：Gr=100/gr℃/100m式中gr─地温率，m/℃；Gr─地温梯度，℃/100m；Z0、Z─恒温带深度和岩层温度测算处的深度，m；tr0、tr─恒温带温度和岩层原始温度，℃。矿区名称恒温带深度Z0(m)恒温带温度tr0(℃)地温率gr(m/℃)辽宁抚顺山东枣庄平顶山矿区罗河铁矿区安徽淮南潘集辽宁北票台吉广西合山浙江长广湖北黄石25～30402525252720313110.517.017.218.916.810.623.118.918.8304531～2159～2533.740～37404443.3～39.8表1我国部分矿区恒温带参数2．围岩与风流间传热量井巷围岩与风流间的传热是一个复杂的不稳定传热过程。常将复杂的影响因素归结到传热系数中讨论。因此，井巷围岩与风流间的传热量可按下式计算：Qr＝KτUL(trm-t)，kW式中Qr─井巷围岩传热量，kW；Kτ─围岩与风流间的不稳定换热系数，kW/(m2·℃)；U─井巷周长，m；L─井巷长度，m；trm─平均原始岩温，℃；t─井巷中平均风温，℃。二、机电设备放热1.采掘设备放热采掘设备运转所消耗的电能最终都将转化为热能，其中大部分将被采掘工作面风流所吸收。风流所吸收的热能中小部分能引起风流的温升，其中大部分转化成汽化潜热引起焓增。采掘设备运转放热一般可按下式计算：Qc＝ψN，kW其中Qc─风流所吸收的热量，kW；ψ─采掘设备运转放热中风流的吸热比例系数；ψ值可通过实测统计来确定。N─采掘设备实耗功率，kW。2.其它电动设备放热电动设备放热量一般可按下式计算：Qe＝(1-ηt)ηmN，kW其中Qe─电动设备放热量，KW；N─电动机的额定功率，kW；ηt─提升设备的机械效率，非提升设备或下放物料ηt=0；ηm─电动机的综合效率，包括负荷率、每日运转时间和电动机效率等因素。三、运输中煤炭及矸石的放热在以运输机巷作为进风巷的采区通风系统中，运输中煤炭及矸石的放热是一种比较重要的热源，其放热量一般可用下式近似计算：KWQk─运输中煤炭或矸石的放热量，KW；m─煤炭或矸石的运输量，Kg/s；Cm─煤炭或矸石的比热，KJ/(Kg·℃)；Δt─煤或矸石与空气温差，℃。可由实测确定，也可用下式估算：L─运输距离，m；tr─运输中煤炭或矸石的平均温度，一般较回采工作面的原始岩温低4～8℃；twm─运输巷道中风流的平均湿球温度，℃。)(0024.08.0wmrttLtKmQmCt四、矿物及其它有机物的氧化放热井下矿物及其它有机物的氧化放热是一个十分复杂的过程，很难将它与其它热源分离开来单独计算，现一般采用下式估算：kW式中Q0─氧化放热量，kWV─巷道中平均风速，m/s；q0─当V＝1m/s时单位面积氧化放热量，kW/m2；在无实测资料时，可取3～4.6×10-3kW/m2。ULVqQ8.000五、人员放热在人员比较集中的采掘工作面，人员放热对工作面的气候条件也有一定的影响。人员放热与劳动强度和个人体质有关，现一般按下式进行计算：kWQw0─人员放热量，kWn─工作面总人数；q─每人发热量，一般参考以下数据取值；静止状态时取0.09～0.12kW；轻度体力劳动时取0.2kW；中等体力劳动时取0.275kW；繁重体力劳动时取0.47kW。nqQ0W六、热水放热井下热水放热主要取决于水温、水量和排水方式。当采用有盖水沟或管道排水时，其传热量可按下式计算：kWQw─热水传热量，J；Kw─水沟盖板或管道的传热系数，kW/(m2·℃)；S─水与空气间的传热面积。水沟排水:S＝BwL，m2；管道排水:S＝πm2L，m2；Bw─水沟宽度，m；D2─管道外径，m；L─水沟长度，m；tw─水沟或管道中水的平均温度，℃；t─巷道中风流的平均温度，℃。水沟盖板的传热系数可按下式确定：)(ttSKQ)11/(1K21w管道传热系数可按下式确定:kW/(m2·℃)α1─水与水沟盖板或管道内壁的对流换热系数，kW/(m2·℃)；α2─水沟盖板或管道外壁与巷道空气对流换热系数，kW/(m2·℃)；δ─盖板厚度，m；λ─盖板或管壁材料的导热系数，kW/(m2·℃)；D1─管道内径，m；D2─管道外径，m。)1ddln2ddd/(1K2122112w8.3矿山热环境一、人体与矿内热环境的关系井下作业不仅是一项高耗能作业，而且其危险性很大。研究人体与热环境的关系有利于采取适当的措施以保护矿工的身体健康和提高劳动生产率。人体热平衡和舒适感、人体的散热、矿内热环境对人的影响。1、矿井热环境对工人身体健康的影响高温高湿的气候环境不仅会使人感到不舒适，产生过高的热应力破坏人体的热平衡，而且可能导致中暑，使人的心理、生理反应失常，从而降低劳动生产率，增大事故率。新陈代谢产热量主要与体力劳动强度成正比，而它的生理作用是决定于总的热应力。因此，人体的总产热量与人体的总散热量之间要保持相互平衡，以保证体温恒定在正常范围之内。2、热环境对工人生理功能的影响高温高湿气候对矿工的影响是多方面的。恶劣的气候条件会降低人的体力和脑力，严重时会损伤人身的健康，甚至危及生命。人体处在热环境时，血管舒张，血流量增多，由血液带到皮肤的热量增多，皮肤的温度升高，从而增大了与环境的对流和辐射换热。3、不同气候条件人体热感觉和对人体健康的影响风温，℃相对湿度，%风速，m/s矿工感觉2128960.5闷热970.52.0热972.02.5稍热2829971.0闷热971.02.0热972.03.0稍热973凉爽2930971.5闷热951.53.0热963.04.0稍热954.0凉爽30954.0热有效温度（℃）热感觉生理学作用肌体反应4240很热强烈的热效应力影响出汗和血液循环面临极大的热危害，妨害心脏血管的血液循环35热随着劳动强度增加，出汗量迅速增加心脏负担加重，水盐代谢加快32稍热随着劳动强度的增加出汗量增加心跳增加，稍有30暖和以出汗方式进行正常的体温调节没有明显的不适感25舒适靠肌肉的血液循环来调节正常20凉快利用衣服加强显热散热和调节作用正常15冷鼻子和手的血管收缩黏膜、皮肤干燥10很冷肌肉疼痛，妨碍表皮血液循环二、热环境对井下生产效率的影响等效温度与生产效率的关系804002.0m/s1006020272829303132333435364.1m/s0.5m/s工作效率（%）温度（℃）体力劳动工作效率与温度和风速关系三、热环境对安全生产的影响根据《煤矿安全规程》规定：“生产矿井采掘工作面的空气温度不得超过26℃”；“采掘工作面的空气温度超过30℃，必须采取降温措施逐步解决”。高温高湿环境不仅严重地危害了人体的身体健康，而且时刻威胁着生产的正常进行。因为人体在热环境中，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。高温高湿的环境容易使工人处于昏昏欲睡的状态，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。8.4矿井降温的一般技术措施矿井降温的一般技术措施包括：通风降温、隔热疏导、个体防护等几种主要措施。一、通风降温1）加大风量2）选择合理的矿井通风系统二、隔热疏导所谓隔热疏导就是采取各种有效措施将矿井热源与风流隔离开来，或将热流直接引入矿井回风流中，避免矿井热源对风流的直接加热，从而达到矿井降温的目的。隔热疏导的措施主要有：1）巷道隔热2）管道和水沟隔热3）井下发热量大的大型机电硐室应独立回风三、个体防护