浅议矿井深部热害治理和探究

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1、浅议矿井深部热害治理和探究　　摘要：高温高湿热害是矿井向深部开拓延伸中普遍面临的问题，给井下作业人员的健康和矿井安全生产带来了极大的影响和危害。本文论述了热害治理的非人工制冷降温与人工制冷降温的两种方法，分析了非人工制冷降温和人工制冷降温的主要技术措施及特点。关键词：，高温高湿，矿井，深部，热害，治理中图分类号：O741+.2文献标识码：A文章编号：空气温度、湿度、风速三要素构成了矿井热环境即矿井气候环境。矿井向深部开拓延伸中，随着地温的升高及采掘机械化程度的提高，井下热湿源数量增多，且随着通风线路的增加，通

2、风阻力增大，通风系统复杂，排热排湿困难，形成高温高湿热害矿井［1］。当井下风流温度、湿度、风速达到一定状态后，致使人体散热散湿困难，工人感到闷热，进而出现体温升高、头晕、虚脱、呕吐等中暑症状，甚至死亡的矿井热害。即高温高湿热害是矿井向深部开拓延伸中普遍面临的难题。1矿井热湿源分布在矿井热环境下，能够引起矿井气温升高的影响因素统称为热源。矿井湿度通常采用相对湿度表示，矿井最适宜的相对湿度为850%～60%。向深部开拓延伸，地温逐渐升高，地热不断地从原始岩温内部以导热形式传递到巷道壁面，到达围岩表面的热量与巷道内

3、空气不断进行热湿交换，围岩散热是造成井下高温的主要热源。空气自压缩并非热源，因为风流在重力作用下向深部流动，风流位能转换为风流的焓值，并不是由外部热源输入产生。但随着矿井深度日益增加，已成为影响矿井风流热力状态的一个重要因素，是引起矿井高温的主要原因之一。从空气热物理性质可知，一定温度下的空气含有一定量的水蒸气，空气湿度常采用相对湿度表征水蒸气接近于饱和的程度。在井下，因温度、压力、流速参数的动态变化，矿井风流状态时刻发生变化，各处风流将发生汇合和分流，即不同状态下的风流相互混合掺杂，矿井含湿量必然发生变化。

4、地下水通过岩体从支护材料的毛细孔渗漏，或者地面水和地下水在重力作用下通过岩体裂缝、断层、破碎带等导水通道进入巷道空间。当岩层处于破碎、断层带且处于地表雨季时、支护施工等质量较差情况下，矿井渗漏水严重，甚至在壁面上流淌，是造成井下潮湿的主要原因。空气湿度受矿井水文地质、矿区气候环境等客观因素以及井下生产作业中围岩支护、作业喷雾洒水等人为因素的综合影响。2高温高湿对人体的危害8人体与外界环境之间的热量交换是一个相当复杂的过程。高温高湿的井下作业环境，直接影响作业人员的身体健康，使人注意力、判断力以及协调反应能力下

5、降，进而影响工人工作效率，使劳动生产率下降，事故率的上升。据前苏联和德国的调研资料介绍，矿内作业环境气温超标1℃，劳动生产率则下降6%～8%，当气温超过28℃时，事故发生率将增长20%。日本北海道7个矿井的调查结果表明：30～37℃工作面比30℃以下工作面的事故率增加1.15～2.13倍。南非金矿统计资料表明，以井下空气温度28℃时劳动生产率为100%，气温升高后，不同风速下的劳动效率变化如图1所示，引发的伤频数如图2所示。空气温度与人体温差决定对流、辐射换热中热量传递方向。空气温度升高使人体皮肤温度升高，排

6、汗量增加，人的主观热感觉向着热的方向发展。矿工若长期在矿井高温环境中作业，可能使人产生一系列生理功能的改变。人体生理性体温为35～40℃。在稳定的环境下，能使人体保持能量平衡。当有多余热量未排出时，使得体温升高，逐渐使人体感觉不舒适。在稳定的热环境条件下，人体得、失热保持平衡。在高温作业环境中，汗液蒸发成为人体散热的主要方式。图1不同温度下劳动效率的变化图2不同频率下工伤频率3热害治理措施83.1非人工制冷措施一般说来，非人工制冷降温投资、运行成本相对于人工制冷降温在短期内要少得多，且技术相对简单成熟，因此，

7、在非人工制冷降温中，优先考虑且普遍使用的是通风降温。一般来说，增加工作面风量，能改善矿井通风效果，但并不是风量越大，通风效果越好，风量不可以无限增加。同时，通风量增加，主扇能耗等运行成本相应地增加。因此，应结合矿井的具体情况，从长远发展规划及安全经济的角度，重视非人工制冷技术，改善矿井气候环境。在高温高湿矿井中，当采用加大风量等非人工冷却风流措施均无法使气温达到作业要求时，再考虑采取矿井空调降温。3.2人工制冷措施矿井空调降温过程遵循热力学第二定律，通过制冷剂从低温冷却剂(水、空气、冰)中不断吸取制冷量，通过

8、载冷剂(水或者空气)散发到温度较高的作业地点，从而降低作业区域的环境温度。矿井空调降温是空调应用技术发展的一个新领域，人工制冷降温是目前国内外普遍采用的降温措施。根据矿井空调系统的热力学特点，分为空气压缩式制冷、人工制冰降温式和人工制冷水降温［2］。3.2.1空气压缩式制冷空气压缩式制冷降温的基本原理是利用压缩空气作为供冷媒质，直接向采掘工作面喷射制冷。19898年南非金矿建成了压缩空气制冷系统。1