平頂山煤礦高溫?zé)岷π纬梢蛩丶胺乐未胧?/h1>
2009-07-08 05:50:22姬社英嚴(yán)玉彬常保強(qiáng)扈英磊
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技 2009年11期
姬社英 嚴(yán)玉彬 常保強(qiáng) 扈英磊
摘要根據(jù)平頂山煤礦的調(diào)研資料,綜合分析發(fā)現(xiàn)形成煤礦井下熱害的主要影響因素是入風(fēng)溫度高、地?zé)?、機(jī)電放熱等,在對通風(fēng)降溫方案的降溫效果進(jìn)行評估的基礎(chǔ)上,提出了平頂山煤礦高溫?zé)岷C合的防治措施和對策。
關(guān)鍵詞平頂山煤礦;高溫?zé)岷?影響因素;對策
中圖分類號TD727文獻(xiàn)標(biāo)識碼B文章編號 1007-5739(2009)11-0319-02
當(dāng)?shù)V井內(nèi)環(huán)境氣溫超過人體正常熱平衡所能忍受的溫度時,就會導(dǎo)致勞動效率降低,事故頻率增加,健康受損,甚至中暑休克。據(jù)南非金礦統(tǒng)計,從1956~1961年,在濕球溫度32.8~33.8℃下工作的工人,中暑死亡率為0.57‰?；诟邷刈鳂I(yè)導(dǎo)致中暑死亡的現(xiàn)象,各國對合適勞動環(huán)境的小氣候進(jìn)行了大量研究。除了較早采用的干球溫度和濕球溫度外,還先后提出了各種指標(biāo),如干、濕度(冷卻度)、等價溫度、實感溫度、熱力指數(shù)等,力求用某一綜合性指標(biāo)來確切反映勞動的適宜溫度和濕度等。中國礦山仍以干球溫度為指標(biāo),并規(guī)定井下工人作業(yè)地點(diǎn)的氣溫不得超過26℃。本文綜合分析了平頂山煤礦高溫?zé)岷π纬傻闹饕蛩?并在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的防治措施。
1平頂山煤礦高溫?zé)岷Φ男纬梢蛩胤治?/p>
夏季氣溫影響導(dǎo)致入風(fēng)氣溫過高,是平頂山小型淺井和大型深井建井時期夏季高溫的主要原因。河南平頂山大片地區(qū)7月平均最高氣溫超過30℃,有時高達(dá)40℃以上。炎熱的氣溫是導(dǎo)致平頂山煤礦高溫?zé)岷Φ闹饕颉?/p>
地?zé)崾怯绊懮罹邷氐闹匾蛩?。離地表越深,巖石溫度越高。從恒溫帶以下垂深每增加100m的巖溫增量(地溫梯度或地溫增溫率)各地區(qū)不同,如撫順礦區(qū)約為3.3℃、吉林石咀子銅礦區(qū)約為2.0℃。聯(lián)邦德國魯爾煤田采深1 000~1 200m處巖溫已達(dá)50~60℃。1 000m左右的深井,由于巖壁和空氣間的熱交換,地層散發(fā)的熱量可占礦井總熱源的40%~50%。當(dāng)?shù)叵滤ㄟ^斷層、裂隙與地層深部熱源發(fā)生聯(lián)系時,地下熱水活動可形成局部地?zé)岙惓^(qū)。礦井建設(shè)和生產(chǎn)時,除巖層放熱外,涌出的熱水也大量放熱,此類礦井稱為熱水型高溫礦井。中國平頂山273m東石門斷層出水水溫為37℃,可見地?zé)崾瞧巾斏礁邷責(zé)岷Φ牧硪粋€重要因素。
機(jī)電設(shè)備放熱是機(jī)械化礦井的一個重要熱源。機(jī)電設(shè)備的全部無用功均轉(zhuǎn)化為熱,部分有用功除在破碎巖體和提升礦石中轉(zhuǎn)化為勢能外,其余部分也轉(zhuǎn)化為熱。在下行運(yùn)輸時,所耗電能和勢能變化量全部轉(zhuǎn)化為熱;上行運(yùn)輸時,所耗電能一部分轉(zhuǎn)化為勢能,其余均轉(zhuǎn)化為熱。截煤機(jī)械所耗功率約有80%轉(zhuǎn)化為熱。綜合機(jī)械化采煤工作面的機(jī)電設(shè)備功率很大,有的超過1 000KW,可使工作面氣溫上升很多。
煤炭或硫化礦石氧化放熱也是采掘工作面高溫的一個原因。有時這種放熱量可占工作面風(fēng)流帶出熱量的20%以上。巷道壁面每小時每平方米氧化放熱量稱為單位氧化放熱量。蘇聯(lián)頓巴斯礦區(qū),采準(zhǔn)巷道的平均單位氧化放熱量為12.55~16.74KJ/m2·h。中國向山硫鐵礦,分層崩落法采礦的工作面,單位氧化放熱量約66.94KJ/m2·h,個別高溫工作面達(dá)224.68KJ/m2·h。平頂山煤礦的單位氧化放熱量約125.52 KJ/m2·h左右,個別煤礦高達(dá)167.36KJ/m2·h。
其他熱源,如人體散熱以及爆破、充填料、生產(chǎn)用水等放熱,其影響程度因具體條件而異,一般對礦井氣溫影響不大。
2增加通風(fēng)量的降溫效果預(yù)估
建立合理的通風(fēng)系統(tǒng),不斷改進(jìn)完善通風(fēng)降溫設(shè)施,增加通風(fēng)風(fēng)量,簡化通風(fēng)網(wǎng)路,減少風(fēng)壓和漏風(fēng)損失,提高有效風(fēng)量率。同時,使進(jìn)入礦井的空氣與諸熱源的熱交換限制在較低范圍之內(nèi),減少入風(fēng)流吸熱,防止空氣溫度升高。這是一種簡單易行而又較經(jīng)濟(jì)的降溫措施。此外,通風(fēng)量還能排塵、排除有毒氣體。按平頂山煤礦的工作面排熱條件,某一段井巷的降溫幅度,降溫風(fēng)量按下式計算:
Q=∑Z/[3 600×C×r×(J1-J2)](1)
式中Q為降溫風(fēng)量,C為井巷空氣平均定壓比熱,r為空氣平均重率,J1、J2分別為某一井巷始、終端空氣的熱焙,∑Z為井巷內(nèi)其他熱源總散熱量。按照公式(1),結(jié)合平頂山煤礦的實際情況,計算4種通風(fēng)方案的降溫效果,如表1所示。
表1給出了利用公式(1)計算出的4種通風(fēng)方案的降溫效果預(yù)計。在方案A中,假定原通風(fēng)量為30m3,根據(jù)經(jīng)驗,平頂山煤礦的工作面溫度約為30.0℃。利用通風(fēng)設(shè)備,增加通風(fēng)量至50m3,則溫度降低至27.0℃,降溫幅度約為3.0℃。在方案B中,將通風(fēng)量繼續(xù)增加到60m3,則溫度降低至25.0℃,降溫幅度為2.0℃。在方案C中,通風(fēng)量再分別增加10m3,但其降溫幅度則分別減少至0.5℃和0.3℃。圖1給出了4種通風(fēng)方案的通風(fēng)量和通風(fēng)后的溫度變化曲線。從圖1中可見,通風(fēng)方案并不能無限降低溫度,其降溫曲率隨著通風(fēng)量的增加逐漸變小,降溫效率逐漸減低。同樣,隨著通風(fēng)量的增加,其單位耗費(fèi)成本也越來越高。可見,無限增加通風(fēng)量,必然導(dǎo)致降溫性能比降低。
3防治措施
3.1降低進(jìn)風(fēng)溫度
利用脈外低溫巷道降低入風(fēng)溫度或者通過對進(jìn)風(fēng)風(fēng)流采用冷水逆流噴淋降溫等辦法,如向礦山的進(jìn)風(fēng)井中進(jìn)行低溫水逆流噴淋(武安-30噴霧器),當(dāng)風(fēng)量為12m/s,溫度26℃,噴水量40t/h時,溫度降低2.2~2.6℃。采用冰塊與27℃水混合,用10℃左右的冷水在工作面進(jìn)行風(fēng)筒噴霧,則工作面入風(fēng)溫度平均下降5.5~6.5℃,相對濕度由40%增至50%,耗水量約0.24L/min,每班耗水75kg。這種辦法降低了夏季入風(fēng)氣溫,效果較好。
3.2加強(qiáng)高溫工作面局部通風(fēng)
將低溫風(fēng)流直接壓入工作面,最好采用隔熱風(fēng)筒, 可以有效地改變工作面作業(yè)條件。采取這種辦法,工作面溫度約能下降4~6℃,同時又可保證作業(yè)點(diǎn)有0.5~2.0m/s的風(fēng)速,使作業(yè)人員有基本滿意的舒適感。向高溫工作面采用水力引射器、壓氣引射器、渦流管等辦法,在一定程度上也改變了工人舒適感。
3.3人工制冷降溫
包括冷水降溫和壓縮機(jī)制冷降溫。采用天然冷水降溫辦法,工藝和設(shè)備簡單,成本較低,但受冷水資源限制,降溫范圍也有限。壓縮機(jī)制冷性能穩(wěn)定可靠,適應(yīng)各種條件的礦井,但投資大,成本較高。據(jù)煤炭部門統(tǒng)計,壓縮制冷設(shè)施噸煤投資費(fèi)在1元以上,其運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)營費(fèi)占噸煤成本5%~10%,經(jīng)營費(fèi)中90%為電費(fèi)。
4參考文獻(xiàn)
[1] 李莉,張人偉,王亮,等.礦井熱害分析及其防治[J].煤礦現(xiàn)代化,2006(2):34-35,79.
[2] 陳安國.礦井熱害產(chǎn)生的原因、危害及防治措施[J].中國安全科學(xué)學(xué)報,2004(8):6-9.
[3] 蘇明軍.礦井熱害與防治措施[J].煤礦機(jī)電,2007(5):78-80.
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煤炭或硫化礦石氧化放熱也是采掘工作面高溫的一個原因。有時這種放熱量可占工作面風(fēng)流帶出熱量的20%以上。巷道壁面每小時每平方米氧化放熱量稱為單位氧化放熱量。蘇聯(lián)頓巴斯礦區(qū),采準(zhǔn)巷道的平均單位氧化放熱量為12.55~16.74KJ/m2·h。中國向山硫鐵礦,分層崩落法采礦的工作面,單位氧化放熱量約66.94KJ/m2·h,個別高溫工作面達(dá)224.68KJ/m2·h。平頂山煤礦的單位氧化放熱量約125.52 KJ/m2·h左右,個別煤礦高達(dá)167.36KJ/m2·h。
其他熱源,如人體散熱以及爆破、充填料、生產(chǎn)用水等放熱,其影響程度因具體條件而異,一般對礦井氣溫影響不大。
2增加通風(fēng)量的降溫效果預(yù)估
建立合理的通風(fēng)系統(tǒng),不斷改進(jìn)完善通風(fēng)降溫設(shè)施,增加通風(fēng)風(fēng)量,簡化通風(fēng)網(wǎng)路,減少風(fēng)壓和漏風(fēng)損失,提高有效風(fēng)量率。同時,使進(jìn)入礦井的空氣與諸熱源的熱交換限制在較低范圍之內(nèi),減少入風(fēng)流吸熱,防止空氣溫度升高。這是一種簡單易行而又較經(jīng)濟(jì)的降溫措施。此外,通風(fēng)量還能排塵、排除有毒氣體。按平頂山煤礦的工作面排熱條件,某一段井巷的降溫幅度,降溫風(fēng)量按下式計算:
Q=∑Z/[3 600×C×r×(J1-J2)](1)
式中Q為降溫風(fēng)量,C為井巷空氣平均定壓比熱,r為空氣平均重率,J1、J2分別為某一井巷始、終端空氣的熱焙,∑Z為井巷內(nèi)其他熱源總散熱量。按照公式(1),結(jié)合平頂山煤礦的實際情況,計算4種通風(fēng)方案的降溫效果,如表1所示。
表1給出了利用公式(1)計算出的4種通風(fēng)方案的降溫效果預(yù)計。在方案A中,假定原通風(fēng)量為30m3,根據(jù)經(jīng)驗,平頂山煤礦的工作面溫度約為30.0℃。利用通風(fēng)設(shè)備,增加通風(fēng)量至50m3,則溫度降低至27.0℃,降溫幅度約為3.0℃。在方案B中,將通風(fēng)量繼續(xù)增加到60m3,則溫度降低至25.0℃,降溫幅度為2.0℃。在方案C中,通風(fēng)量再分別增加10m3,但其降溫幅度則分別減少至0.5℃和0.3℃。圖1給出了4種通風(fēng)方案的通風(fēng)量和通風(fēng)后的溫度變化曲線。從圖1中可見,通風(fēng)方案并不能無限降低溫度,其降溫曲率隨著通風(fēng)量的增加逐漸變小,降溫效率逐漸減低。同樣,隨著通風(fēng)量的增加,其單位耗費(fèi)成本也越來越高。可見,無限增加通風(fēng)量,必然導(dǎo)致降溫性能比降低。
3防治措施
3.1降低進(jìn)風(fēng)溫度
利用脈外低溫巷道降低入風(fēng)溫度或者通過對進(jìn)風(fēng)風(fēng)流采用冷水逆流噴淋降溫等辦法,如向礦山的進(jìn)風(fēng)井中進(jìn)行低溫水逆流噴淋(武安-30噴霧器),當(dāng)風(fēng)量為12m/s,溫度26℃,噴水量40t/h時,溫度降低2.2~2.6℃。采用冰塊與27℃水混合,用10℃左右的冷水在工作面進(jìn)行風(fēng)筒噴霧,則工作面入風(fēng)溫度平均下降5.5~6.5℃,相對濕度由40%增至50%,耗水量約0.24L/min,每班耗水75kg。這種辦法降低了夏季入風(fēng)氣溫,效果較好。
3.2加強(qiáng)高溫工作面局部通風(fēng)
將低溫風(fēng)流直接壓入工作面,最好采用隔熱風(fēng)筒, 可以有效地改變工作面作業(yè)條件。采取這種辦法,工作面溫度約能下降4~6℃,同時又可保證作業(yè)點(diǎn)有0.5~2.0m/s的風(fēng)速,使作業(yè)人員有基本滿意的舒適感。向高溫工作面采用水力引射器、壓氣引射器、渦流管等辦法,在一定程度上也改變了工人舒適感。
3.3人工制冷降溫
包括冷水降溫和壓縮機(jī)制冷降溫。采用天然冷水降溫辦法,工藝和設(shè)備簡單,成本較低,但受冷水資源限制,降溫范圍也有限。壓縮機(jī)制冷性能穩(wěn)定可靠,適應(yīng)各種條件的礦井,但投資大,成本較高。據(jù)煤炭部門統(tǒng)計,壓縮制冷設(shè)施噸煤投資費(fèi)在1元以上,其運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)營費(fèi)占噸煤成本5%~10%,經(jīng)營費(fèi)中90%為電費(fèi)。
4參考文獻(xiàn)
[1] 李莉,張人偉,王亮,等.礦井熱害分析及其防治[J].煤礦現(xiàn)代化,2006(2):34-35,79.
[2] 陳安國.礦井熱害產(chǎn)生的原因、危害及防治措施[J].中國安全科學(xué)學(xué)報,2004(8):6-9.
[3] 蘇明軍.礦井熱害與防治措施[J].煤礦機(jī)電,2007(5):78-80.
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