淺議礦井深部熱害治理和探究

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1、淺議礦井深部熱害治理和探究　　摘要：高溫高濕熱害是礦井向深部開拓延伸中普遍面臨的問題，給井下作業(yè)人員的健康和礦井安全生產(chǎn)帶來了極大的影響和危害。本文論述了熱害治理的非人工制冷降溫與人工制冷降溫的兩種方法，分析了非人工制冷降溫和人工制冷降溫的主要技術(shù)措施及特點。關(guān)鍵詞：，高溫高濕，礦井，深部，熱害，治理中圖分類號：O741+.2文獻標(biāo)識碼：A文章編號：空氣溫度、濕度、風(fēng)速三要素構(gòu)成了礦井熱環(huán)境即礦井氣候環(huán)境。礦井向深部開拓延伸中，隨著地溫的升高及采掘機械化程度的提高，井下熱濕源數(shù)量增多，且隨著通風(fēng)線路的增加，通

2、風(fēng)阻力增大，通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜，排熱排濕困難，形成高溫高濕熱害礦井［1］。當(dāng)井下風(fēng)流溫度、濕度、風(fēng)速達到一定狀態(tài)后，致使人體散熱散濕困難，工人感到悶熱，進而出現(xiàn)體溫升高、頭暈、虛脫、嘔吐等中暑癥狀，甚至死亡的礦井熱害。即高溫高濕熱害是礦井向深部開拓延伸中普遍面臨的難題。1礦井熱濕源分布在礦井熱環(huán)境下，能夠引起礦井氣溫升高的影響因素統(tǒng)稱為熱源。礦井濕度通常采用相對濕度表示，礦井最適宜的相對濕度為850%～60%。向深部開拓延伸，地溫逐漸升高，地?zé)岵粩嗟貜脑紟r溫內(nèi)部以導(dǎo)熱形式傳遞到巷道壁面，到達圍巖表面的熱量與巷道內(nèi)

3、空氣不斷進行熱濕交換，圍巖散熱是造成井下高溫的主要熱源。空氣自壓縮并非熱源，因為風(fēng)流在重力作用下向深部流動，風(fēng)流位能轉(zhuǎn)換為風(fēng)流的焓值，并不是由外部熱源輸入產(chǎn)生。但隨著礦井深度日益增加，已成為影響礦井風(fēng)流熱力狀態(tài)的一個重要因素，是引起礦井高溫的主要原因之一。從空氣熱物理性質(zhì)可知，一定溫度下的空氣含有一定量的水蒸氣，空氣濕度常采用相對濕度表征水蒸氣接近于飽和的程度。在井下，因溫度、壓力、流速參數(shù)的動態(tài)變化，礦井風(fēng)流狀態(tài)時刻發(fā)生變化，各處風(fēng)流將發(fā)生匯合和分流，即不同狀態(tài)下的風(fēng)流相互混合摻雜，礦井含濕量必然發(fā)生變化。

4、地下水通過巖體從支護材料的毛細孔滲漏，或者地面水和地下水在重力作用下通過巖體裂縫、斷層、破碎帶等導(dǎo)水通道進入巷道空間。當(dāng)巖層處于破碎、斷層帶且處于地表雨季時、支護施工等質(zhì)量較差情況下，礦井滲漏水嚴(yán)重，甚至在壁面上流淌，是造成井下潮濕的主要原因。空氣濕度受礦井水文地質(zhì)、礦區(qū)氣候環(huán)境等客觀因素以及井下生產(chǎn)作業(yè)中圍巖支護、作業(yè)噴霧灑水等人為因素的綜合影響。2高溫高濕對人體的危害8人體與外界環(huán)境之間的熱量交換是一個相當(dāng)復(fù)雜的過程。高溫高濕的井下作業(yè)環(huán)境，直接影響作業(yè)人員的身體健康，使人注意力、判斷力以及協(xié)調(diào)反應(yīng)能力下

5、降，進而影響工人工作效率，使勞動生產(chǎn)率下降，事故率的上升。據(jù)前蘇聯(lián)和德國的調(diào)研資料介紹，礦內(nèi)作業(yè)環(huán)境氣溫超標(biāo)1℃，勞動生產(chǎn)率則下降6%～8%，當(dāng)氣溫超過28℃時，事故發(fā)生率將增長20%。日本北海道7個礦井的調(diào)查結(jié)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。南非金礦統(tǒng)計資料表明，以井下空氣溫度28℃時勞動生產(chǎn)率為100%，氣溫升高后，不同風(fēng)速下的勞動效率變化如圖1所示，引發(fā)的傷頻數(shù)如圖2所示?？諝鉁囟扰c人體溫差決定對流、輻射換熱中熱量傳遞方向?？諝鉁囟壬呤谷梭w皮膚溫度升高，排

6、汗量增加，人的主觀熱感覺向著熱的方向發(fā)展。礦工若長期在礦井高溫環(huán)境中作業(yè)，可能使人產(chǎn)生一系列生理功能的改變。人體生理性體溫為35～40℃。在穩(wěn)定的環(huán)境下，能使人體保持能量平衡。當(dāng)有多余熱量未排出時，使得體溫升高，逐漸使人體感覺不舒適。在穩(wěn)定的熱環(huán)境條件下，人體得、失熱保持平衡。在高溫作業(yè)環(huán)境中，汗液蒸發(fā)成為人體散熱的主要方式。圖1不同溫度下勞動效率的變化圖2不同頻率下工傷頻率3熱害治理措施83.1非人工制冷措施一般說來，非人工制冷降溫投資、運行成本相對于人工制冷降溫在短期內(nèi)要少得多，且技術(shù)相對簡單成熟，因此，

7、在非人工制冷降溫中，優(yōu)先考慮且普遍使用的是通風(fēng)降溫。一般來說，增加工作面風(fēng)量，能改善礦井通風(fēng)效果，但并不是風(fēng)量越大，通風(fēng)效果越好，風(fēng)量不可以無限增加。同時，通風(fēng)量增加，主扇能耗等運行成本相應(yīng)地增加。因此，應(yīng)結(jié)合礦井的具體情況，從長遠發(fā)展規(guī)劃及安全經(jīng)濟的角度，重視非人工制冷技術(shù)，改善礦井氣候環(huán)境。在高溫高濕礦井中，當(dāng)采用加大風(fēng)量等非人工冷卻風(fēng)流措施均無法使氣溫達到作業(yè)要求時，再考慮采取礦井空調(diào)降溫。3.2人工制冷措施礦井空調(diào)降溫過程遵循熱力學(xué)第二定律，通過制冷劑從低溫冷卻劑(水、空氣、冰)中不斷吸取制冷量，通過

8、載冷劑(水或者空氣)散發(fā)到溫度較高的作業(yè)地點，從而降低作業(yè)區(qū)域的環(huán)境溫度。礦井空調(diào)降溫是空調(diào)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的一個新領(lǐng)域，人工制冷降溫是目前國內(nèi)外普遍采用的降溫措施。根據(jù)礦井空調(diào)系統(tǒng)的熱力學(xué)特點，分為空氣壓縮式制冷、人工制冰降溫式和人工制冷水降溫［2］。3.2.1空氣壓縮式制冷空氣壓縮式制冷降溫的基本原理是利用壓縮空氣作為供冷媒質(zhì)，直接向采掘工作面噴射制冷。19898年南非金礦建成了壓縮空氣制冷系統(tǒng)。1