潘三礦熱害調(diào)查及風(fēng)溫預(yù)測(cè)研究

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1、潘三礦熱害調(diào)查及風(fēng)溫預(yù)測(cè)研究1緒論1.1研究背景及意義近20年我國(guó)經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，對(duì)于能源的依賴越來越強(qiáng)烈，由于我國(guó)是以煤炭為主要能源的國(guó)家，煤炭對(duì)于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)起到了無法估量的作用。近幾年隨著國(guó)家對(duì)能源機(jī)構(gòu)的調(diào)整使得煤炭生產(chǎn)受到一定的限制，在能源結(jié)構(gòu)中的比重在下降，但是煤炭作為我國(guó)主要能源這一狀況不會(huì)改變。然而，隨著煤炭開采深度的不斷增加，地溫也隨之升高，煤礦生產(chǎn)開始面臨著高溫、高濕的挑戰(zhàn)⑴。本文對(duì)我國(guó)部分地區(qū)煤礦熱害狀況統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)了河南、安徽、江蘇、山東等地部分煤礦，如表1。從表中結(jié)果來看開采深度從由550m到1100m不等，但是原巖地

2、溫以及地溫梯度普遍較高，熱害已成為礦井生產(chǎn)必須面臨的問題。在國(guó)外一些礦業(yè)比較發(fā)達(dá)的西方國(guó)家，如法國(guó)、德國(guó)、美國(guó)等由于煤礦開采較早加之技術(shù)成熟，煤礦開采深度早已突破千米，開采深度大，熱害問題突出。法國(guó)勞倫煤礦釆深超過l000m，地溫為30°C~45.5°C;德國(guó)伊本比倫煤礦采深達(dá)1530m，井底巖溫為60°C[2].。我國(guó)面臨礦井熱害問題同樣嚴(yán)峻。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已有將近150對(duì)礦井出現(xiàn)了不同程度的熱害[2]。以淮南礦務(wù)局為例，自九龍崗煤礦開釆到-630m水平出現(xiàn)高溫問題以來，高溫礦井的數(shù)量增加較快，危害程度逐步加深。熱

3、害程度嚴(yán)重地區(qū)主要集中淮河以北地區(qū)的礦井，其中絕大部分礦井在釆深-600m標(biāo)高地溫已超過3rC，局部礦井地溫甚至超過37°C。顧橋、丁集、潘集礦區(qū)等都屬于這類地溫異常的高溫礦區(qū)。..1.2熱害問題研究現(xiàn)狀熱害產(chǎn)生是由于煤礦幵采深度的增加所致，即開釆深度越大，地溫就越高，熱害就越嚴(yán)重。國(guó)外最早描述礦井高溫現(xiàn)象的文獻(xiàn)可追溯到十六世紀(jì)[8]。最早對(duì)地溫進(jìn)行觀測(cè)的時(shí)間是十八世紀(jì)中期，法國(guó)人對(duì)Belfort金屬礦地溫進(jìn)行了記錄。而系統(tǒng)性的對(duì)井下地溫進(jìn)行研究的時(shí)間是十八世紀(jì)末，英國(guó)人對(duì)多個(gè)礦井井下地溫進(jìn)行實(shí)地測(cè)量和記錄，總結(jié)出地溫與深度具有線性

4、正相關(guān)關(guān)系。隨著時(shí)間的推移，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，尤其是鉆孔測(cè)溫技術(shù)的應(yīng)用，使人們對(duì)地溫的研究更加深入。鉆孔測(cè)量地溫始于19世紀(jì)后半葉，期間歐洲曾經(jīng)利用鉆孔打了兩個(gè)深孔，一個(gè)深1959m，孔底溫度為69.3°C;另一個(gè)深達(dá)2221m,孔底溫度為83.4°C。兩個(gè)鉆孔的全孔增溫梯度約為3.12°C/hm[9]。后來，隨著鉆孔測(cè)溫資料不斷增加以及測(cè)試技術(shù)的不斷革新，這一概念才得以修正。我國(guó)對(duì)地溫研究起步較晚，在70年代以前地溫?zé)岷栴}并沒有引起國(guó)內(nèi)工所注意，因此，無論是在煤礦開釆還是金屬礦山開采中并沒有認(rèn)知到地溫?zé)岷Φ闹匾?/p>

5、性，我國(guó)的礦山地溫研究處于空白階段。直到70年代，隨著礦山開釆的加深，出現(xiàn)熱害問題之后，中國(guó)煤炭部開始注意到熱害問題，并與中國(guó)科學(xué)院合作成立了專門的熱害治理的研究小組一中國(guó)科學(xué)院地?zé)嵫芯渴摇?975年中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)研究所地?zé)峤M針對(duì)鉆孔溫度測(cè)量方法中所使用最高溫度計(jì)、電子溫度計(jì)以及電阻溫度計(jì)進(jìn)行對(duì)比研究，得出電阻溫度計(jì)更加適合我國(guó)地?zé)峁ぷ鳌?976年中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)研究所地?zé)峤M對(duì)我國(guó)煤礦地溫特征及研究方法進(jìn)行了研究，指出了礦區(qū)煤礦地溫的分布一般特征及類型[11]。1981年中國(guó)學(xué)者閣如隧對(duì)我國(guó)礦床地溫類型進(jìn)行了較為詳細(xì)的劃分，指出礦床地溫類型初

6、步劃分為熱水、巖溫、混合三種類型，為我國(guó)地溫工作作出了杰出貢獻(xiàn)[12]。1984年，閻如隧在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)研究所地?zé)崾遗浜舷?，?duì)羅河鐵礦的地溫分布規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)研究，指出礦區(qū)地溫的地質(zhì)影響因素，為以后學(xué)者研究地溫的影響因素提供了研究方向[13]。2井下熱源分析及計(jì)算2.1井下熱源分析造成井下風(fēng)溫溫度升高的因素很多，一種是相對(duì)熱源，包括高溫圍巖和高溫?zé)崴冗@種熱源的散熱量與周圍溫度差值有很大關(guān)系；另一種是絕對(duì)熱源，包括機(jī)電設(shè)備散熱、各種化學(xué)反應(yīng)以及風(fēng)流自壓縮熱等，這些熱源的散熱量受周圍環(huán)境溫度的影響很小[37][38]。通過文獻(xiàn)的調(diào)查結(jié)果來看

7、，井下熱源主要由地?zé)?、空氣自壓縮熱、機(jī)電設(shè)備散熱、運(yùn)輸?shù)V物和奸石放熱、氧化散熱以及井下人員散熱六種熱源構(gòu)成。地?zé)嵩谒袩嵩粗惺亲钪匾臒嵩?，這是由于開釆深度的加深，地溫升高所致，在我國(guó)中、北部地區(qū)大部分高溫礦井都是由于此類原因所致[35]。由于地?zé)醾鲗?dǎo)方向是由內(nèi)向外的，所以原巖地溫會(huì)隨著深度的加深而增加，原巖地溫增加的快慢取決于地溫梯度的大小。隨著礦井開釆深度的加深，井下巷道圍巖地溫普遍較髙，因而在井下開掘巷道后流經(jīng)巷道風(fēng)流的溫度一般低于圍巖地溫，此時(shí)兩者之間必然會(huì)發(fā)生熱量的交換。巷道圍巖地溫高是由于兩個(gè)方面的原因引起：一是深部原巖通過熱傳

8、導(dǎo)的方式對(duì)巷道圍巖進(jìn)行熱傳遞，二是深部裂隙水對(duì)流將熱量傳遞給巷道圍巖。圍巖散熱往往是井巷風(fēng)流不可避免的重要熱源。當(dāng)?shù)V井深度達(dá)到一定程度時(shí)，圍巖散熱甚至超過其他熱源散熱量之和。.2