紅陽三礦熱害綜合治理的研究與實踐

夏洪滿 趙建安 羅志雄

（1.沈陽焦煤有限責(zé)任公司，遼寧省沈陽市，110122；2.沈陽焦煤有限責(zé)任公司紅陽三礦，遼寧省遼陽市，111307；3.國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局信息研究院，北京市朝陽區(qū)，100029）

紅陽三礦熱害綜合治理的研究與實踐

夏洪滿1趙建安2羅志雄3

（1.沈陽焦煤有限責(zé)任公司，遼寧省沈陽市，110122；2.沈陽焦煤有限責(zé)任公司紅陽三礦，遼寧省遼陽市，111307；3.國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局信息研究院，北京市朝陽區(qū)，100029）

立足于紅陽三礦熱害及治理狀況的實踐，借鑒國內(nèi)外礦井熱害治理措施，分別從技術(shù)、管理兩個層面對紅陽三礦熱害綜合治理提出了系統(tǒng)性的解決方案。該系統(tǒng)解決方案包括冰冷卻降溫系統(tǒng)及優(yōu)化、井下冷量配置及優(yōu)化、通風(fēng)系統(tǒng)降溫及優(yōu)化、非機(jī)械制冷降溫措施及管理措施5個方面。

礦井熱害 綜合治理 冷量配置

1 紅陽三礦熱害概況

紅陽三礦礦井設(shè)計能力為150萬t／a，經(jīng)改擴(kuò)建后，礦井的核定能力可達(dá)500萬t／a。經(jīng)測定，該區(qū)域恒溫帶深度為25m，溫度為9.8℃，全孔平均地溫梯度為3.087℃／hm，煤系地層平均地溫梯度為3.27℃／hm。紅陽三礦當(dāng)前的開采深度為－1050m，煤溫約為47℃，屬于二級熱害區(qū)（圍巖溫度高于37℃），在不采取降溫措施的情況下，其采煤工作面平均風(fēng)溫為38℃，掘進(jìn)工作面平均風(fēng)溫為33℃。根據(jù)我國《煤礦安全規(guī)程》（2009年版）規(guī)定，當(dāng)采掘工作面的空氣溫度超過30℃、機(jī)電硐室的空氣溫度超過34℃時，必須停止作業(yè)。因此，為了保障礦井的正常生產(chǎn)及井下作業(yè)人員的身體健康，必須采取措施對紅陽三礦熱害進(jìn)行治理，保證其在《規(guī)程》要求的范圍內(nèi)。

礦井熱害主要是由圍巖散熱、機(jī)電設(shè)備散熱以及熱水散熱等幾個因素共同作用而導(dǎo)致的一種災(zāi)害。據(jù)統(tǒng)計，截至2008年5月，我國共有62座煤礦熱害礦井，其熱害災(zāi)害基本上都是由以上幾種因素共同作用的結(jié)果。因此，對礦井熱害的治理必須采取系統(tǒng)性、綜合性的措施，通過聯(lián)合技術(shù)、管理等多種手段共同解決礦井熱害。

就當(dāng)前我國熱害礦井的治理措施來看，管理、技術(shù)手段平均到每個熱害礦井的數(shù)量為1種、2種，略顯單一。本文在借鑒國內(nèi)外相關(guān)熱害治理措施的基礎(chǔ)上，結(jié)合紅陽三礦熱害的實際狀況，對其熱害災(zāi)害的治理提出了系統(tǒng)的、綜合性的解決方案。

2 紅陽三礦熱害治理系統(tǒng)解決方案

紅陽三礦熱害治理系統(tǒng)解決方案包括冰冷卻降溫系統(tǒng)及優(yōu)化、冷量配置及優(yōu)化、通風(fēng)系統(tǒng)及優(yōu)化、非機(jī)械制冷降溫措施以及礦井熱害治理的管理措施5個方面。

2.1 冰冷卻降溫系統(tǒng)及優(yōu)化

礦井熱害已嚴(yán)重地影響到井下作業(yè)人員的身體健康和礦井的正常生產(chǎn)，紅陽三礦在采取一系列降溫措施仍無法改善井下氣候條件后，于2006年委托有關(guān)公司設(shè)計了一套冰冷卻降溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由地面制冷制冰系統(tǒng)、輸冰系統(tǒng)、融冰系統(tǒng)、輸冷散冷系統(tǒng)、控制配電系統(tǒng)等組成。

系統(tǒng)運轉(zhuǎn)后，采掘工作面降溫明顯，有效地解決了工作面的高溫?zé)岷栴}。但是，在降溫系統(tǒng)的運行過程中也出現(xiàn)了一些問題和不足，如輸冰管道容易堵塞，1＃、2＃融冰硐室溫度不一致等。通過探索和改造，使一些影響系統(tǒng)運行的問題得到了解決，具體措施如下：

（1）井下輸冷管路的壓力調(diào)控。為解決因各采掘工作面的布置水平不一致而導(dǎo)致其需冷量、用水量不一致等問題，采用了3種壓力調(diào)控的方法：一是在融冰硐室水泵出水管路設(shè)泄壓水管；二是在標(biāo)高相對較低的采掘工作面設(shè)減壓閥；三是在輸冷進(jìn)回水間設(shè)循環(huán)水管。

（2）降溫系統(tǒng)技術(shù)改造。降溫系統(tǒng)的技術(shù)改造主要包括制冷壓縮機(jī)油冷水管路改造，融冰硐室內(nèi)回水管路改造，制冷壓縮機(jī)油冷卻方式改造，1＃、2＃融冰硐室水溫度互調(diào)改造以及改進(jìn)輸冰管路等。通過采取以上措施，使系統(tǒng)的降溫效果得到了保障，同時取得了一定的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。

（3）降低冰和冷卻水輸送過程中的冷量損失。一是在采掘工作面至融冰池的進(jìn)、回水管道外鋪設(shè)保溫層，盡量減少冷卻水在輸送過程中冷量損失。目前融冰池距離工作面約3000m，按照每1000m水溫升高1℃計，沿途將損失使水溫降低3℃的冷量，約315kW，約占總制冷量3.2%，相當(dāng)巨大。二是合理設(shè)計供、回水管路系統(tǒng)，降低管路系統(tǒng)的水頭損失。根據(jù)焦湯定律，冷卻水輸送過程中的冷量損失與水頭損失是成正比的關(guān)系，主要是由于冷卻水與管道在進(jìn)行摩擦、撞擊的同時，既有水頭損失，也有冷量損失。三是根據(jù)相應(yīng)的水頭損失，對供水泵進(jìn)行合理選型，以降低由于水泵造成供、回水溫升而損失大量的冷量。四是對輸送過程中出現(xiàn)保溫材料破損的情況需及時進(jìn)行修補，并做好法蘭、彎頭、閥門以及管徑突變等局部地方的保溫措施。

2.2 井下冷量配置及優(yōu)化

隨著礦井后續(xù)開采的不斷深入，井下散熱量會逐步增大，對需冷量的供給也會增加，在整個降溫系統(tǒng)制冷功率配置有限的條件下，如何有效地利用、分配降溫系統(tǒng)的制冷量，解決井下熱害問題是礦方后續(xù)生產(chǎn)面臨的主要問題之一。對于后期降溫系統(tǒng)的冷量配置，必須在散冷設(shè)備上進(jìn)行優(yōu)化配置，即在生產(chǎn)過程中根據(jù)采掘工作面的實際需冷量，優(yōu)化配置空冷器的數(shù)量、組合方式及布置位置。

為了提高降溫系統(tǒng)輸出冷量的利用率，必須對采煤工作面的冷量進(jìn)行優(yōu)化配置?？绽淦鞯陌惭b位置對采煤工作面的降溫效果和效率影響較大。受進(jìn)風(fēng)巷條件的限制及空冷器移動方便等因素影響，不可能將空冷器布置在進(jìn)風(fēng)巷的盡頭；當(dāng)空冷器的安裝位置距工作面入風(fēng)口超過一定距離時，入風(fēng)溫度將超過其允許的進(jìn)風(fēng)溫度，而達(dá)不到降溫效果?？绽淦骶嚯x工作面入口工作面的長度與工作面長度、巷道長度、工作面日產(chǎn)煤量、風(fēng)量及圍巖溫度等多種因素有關(guān)，在其他因素不變的情況下，隨著巷道長度的縮短，空冷器到工作面入口工作面的長度也可適當(dāng)增加。

為了改善紅陽三礦后期工作面的溫度分布情況，必須優(yōu)化工作面的空冷器布局，可采用在運輸巷道布置大型空冷器以減少空冷器安裝數(shù)量，并在回采工作面布置小型空冷器（懸掛式）的方式。工作面的降溫以大型空冷器為主，懸掛式空冷器為輔，可根據(jù)現(xiàn)場情況確定回采工作面的溫度超過28℃的邊界點，從邊界點后開始布置制冷量較小的懸掛式空冷器，所需冷卻水通過軟管連接輸送，可有效地保證整個工作面的氣候環(huán)境比較均勻且符合降溫要求。

2.3 通風(fēng)系統(tǒng)降溫及優(yōu)化

根據(jù)紅陽三礦通風(fēng)系統(tǒng)中通風(fēng)設(shè)施安置、供風(fēng)量分配、局部通風(fēng)改造等在全礦井降溫方面的配置狀況，提出了如下通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化措施。

（1）增加風(fēng)量。當(dāng)前回采工作面通風(fēng)記錄顯示，月均通風(fēng)量在1350～1500m3／min之間，按各工作面平均斷面及實測，工作面風(fēng)速均在2m／s左右，與《煤礦安全規(guī)程》關(guān)于工作面風(fēng)速規(guī)程（0.25～4m／s）相比，風(fēng)速仍有適度上升的空間。

（2）在采煤回風(fēng)巷設(shè)對旋通風(fēng)機(jī)，引排乏風(fēng)降溫。在采煤回風(fēng)巷道距工作面100～150m處安設(shè)2×15kW對旋通風(fēng)機(jī)作為引排乏風(fēng)動力，其排風(fēng)量可達(dá)200～300m3／min，進(jìn)一步增強(qiáng)了排風(fēng)效果。采用該措施后，上隅角氣溫下降了2～4℃，有效地解決了其積熱問題。

（3）改進(jìn)通風(fēng)方式。在具備條件的工作面利用沿空留巷技術(shù)，優(yōu)先采用Y型通風(fēng)方式，變傳統(tǒng)U型通風(fēng)方式為兩進(jìn)一回的通風(fēng)方式，縮短風(fēng)流路線，減少巷道散熱和采空區(qū)氧化熱進(jìn)入工作空間。

2.4 非機(jī)械制冷降溫措施

借鑒國內(nèi)外的非機(jī)械制冷降溫方式，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蛞约凹t陽三礦實際條件，本文提出了適合紅陽三礦的非機(jī)械式制冷降溫方式，其中一些降溫方式已經(jīng)得到了應(yīng)用，另外一些也正考慮實施。

（1）隔熱管道排放熱水。為了減少井下局部區(qū)域的熱水向空氣中散熱，將采掘巷道附近采空區(qū)內(nèi)的積存熱水采用隔熱管道單獨排放到回風(fēng)巷排水溝中，管道外用厚3cm聚氨酯保溫層包裹，進(jìn)行隔熱保溫處理，基本上隔絕采空區(qū)內(nèi)的積存熱水向巷道散熱。

（2）煤層注水。在局部高溫的采掘工作面采用煤層注水，提前對煤層進(jìn)行預(yù)濕、預(yù)冷，既能起到降塵的作用，又能降低煤體溫度，治理礦井熱害。

（3）用冷卻水作為服務(wù)用水。在借鑒國內(nèi)外典型經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，將采煤工作面、掘進(jìn)面、帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載處等需用服務(wù)用水的區(qū)域，用冷卻水作為服務(wù)用水，既能有效地降塵，又能降低該區(qū)域的溫度。

（4）減少采空區(qū)漏風(fēng)。對于采空區(qū)，每隔30～50m構(gòu)筑擋風(fēng)墻，以減少采空區(qū)漏風(fēng)，從而有效地控制由于采空區(qū)漏風(fēng)而帶入工作面的熱濕量。

（5）減少井下作業(yè)人員的體能消耗。因井底車場距離一些采掘工作面的距離已超過3km，相對較遠(yuǎn)，井下作業(yè)人員在其途中完全依靠步行，損耗掉了一定的體力。下一步考慮對井下作業(yè)人員采用機(jī)械方式進(jìn)行輔助運輸，以減少井下作業(yè)人員的體能消耗。2.5 礦井熱害治理管理措施

無論是在采用機(jī)械制冷降溫前，還是在采用機(jī)械制冷降溫后，管理措施作為礦井熱害治理的一種手段，對保護(hù)井下作業(yè)人員的身體健康和維持礦井的正常生產(chǎn)，都發(fā)揮著極為重要的作用。

（1）成立制冷科。為了抓好礦井熱害治理和降溫系統(tǒng)日常運行、維護(hù)、管理等工作，紅陽三礦成立制冷科，并建立了降溫系統(tǒng)三級管理模式，現(xiàn)已形成了健全的組織機(jī)構(gòu)和管理模式，有效地保證了礦井日常降溫工作的正常開展。

（2）提供補給品。在不增加較大經(jīng)濟(jì)投入的前提下，通過給采掘一線作業(yè)人員提供增強(qiáng)耐熱能力的飲品，如含維生素C豐富的飲品，能有效緩解礦井熱害對井下作業(yè)人員造成的傷害。

（3）開展對操作人員及井下作業(yè)人員的安全培訓(xùn)。開展對操作人員及井下作業(yè)人員安全培訓(xùn)，能有效地提高礦工的安全防患意識，并使礦工熟悉礦井熱病的癥狀，學(xué)會現(xiàn)場急救措施，提高其自我保護(hù)能力。

（4）建立礦井熱害防治的相關(guān)制度。礦井熱害防治的制度主要包括勞動用工、工班時間、健康體檢、高溫作業(yè)補貼、維生素C及預(yù)防中暑物品的發(fā)放等。根據(jù)勞動強(qiáng)度情況，可對勞動強(qiáng)度較大的井下作業(yè)人員執(zhí)行四六工作制，或減少一次性勞動時間，增加休息頻次。

（5）開展對降溫系統(tǒng)的管理維護(hù)。開展對制冷、制冰系統(tǒng)的管理維護(hù)，及時處理出現(xiàn)問題，定期清理輸送管道內(nèi)的水垢，可確保降溫系統(tǒng)的正常運行，并盡量減少冷量輸送過程中的沿程損失。

（6）完善相應(yīng)的安全措施與應(yīng)急預(yù)案。針對制冷系統(tǒng)制定了制冷機(jī)司機(jī)操作規(guī)程、制冷設(shè)備操作安全注意事項、融冰水泵司機(jī)操作規(guī)程、制冷機(jī)長期停車維護(hù)措施5項主要技術(shù)措施以及制冷設(shè)備各部檢修安全措施10項。在采取了一系列的降溫措施后，針對局部地段仍然會遇到高溫?zé)岷Φ那樾危ㄈ缁仫L(fēng)巷道或者是來不及散熱的掘進(jìn)面，以及在降溫系統(tǒng)的運行和檢修過程中，也存在高處墜落、機(jī)械傷害和觸電等危險有害因素），對其必須采取相應(yīng)的安全措施，制定應(yīng)急預(yù)案，并定期進(jìn)行演練。

3 紅陽三礦熱害綜合治理效果

通過采取熱害治理措施，分別對709和1208等采掘工作面進(jìn)行降溫，取得了較好的效果，采掘工作面的降溫幅度達(dá)到了5～8℃，平均溫度已下降到26℃以下。后期，在參照熱害治理系統(tǒng)解決方案的基礎(chǔ)上，隨著紅陽三礦熱害治理措施的不斷完善，其工作面的降溫幅度將會更加明顯或者其降溫經(jīng)濟(jì)性更佳。709和1208采掘工作面降溫前后的溫度對比如表1、2所示。

表1 710工作面與制冷后的709工作面溫度對比表℃

表2 1202掘進(jìn)巷道與制冷后的1208掘進(jìn)巷道溫度對比表℃

4 結(jié)論

隨著礦井開采深度的不斷增加及機(jī)械化程度的越來越高，礦井熱害問題將會越來越突出、越來越嚴(yán)重，單純依靠一種或幾種治理措施治理礦井熱害已不能滿足礦井降溫要求，也不符合礦井科學(xué)發(fā)展的需要，必須采取綜合性的、系統(tǒng)性的解決方案來治理礦井熱害。

紅陽三礦熱害治理系統(tǒng)解決方案既囊括了冰冷卻降溫系統(tǒng)及優(yōu)化、井下冷量配置及優(yōu)化、通風(fēng)系統(tǒng)降溫及優(yōu)化、非機(jī)械制冷降溫措施及礦井熱害治理的管理措施等要素，同時各要素之間又有著相互關(guān)聯(lián)及階層性，使該解決方案構(gòu)成了一個完整的系統(tǒng)。

[1] 劉忠玖，曾令坤.紅陽三礦地?zé)嵋?guī)律及影響因素淺析[J].中國煤炭（增刊），2004

[2] 胡春勝.礦井降溫設(shè)計理論與工程設(shè)計[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2008

[3] 余恒昌.礦山地?zé)崤c熱害治理[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1991

[4] 王銳.礦井熱害勘探預(yù)測與治理[M].原子能工業(yè)出版社，1994

[5] 袁亮.淮南礦區(qū)礦井降溫研究與實踐[J].采礦與安全工程學(xué)報，2007（3）

Research and practice on comprehensive control heat hazard of No.3 Hongyang Coal Mine

Xia Hongman1，Zhao Jian＇an2，Luo Zhixiong3

（1.Shenyang Coking Coal Co.Ltd，Shenyang，Liaoning 110122，China；2.No.3Hongyang Coal Mine，Shenyang Coking Coal Co.Ltd，Liaoyang，Liaoning 111307，China；3.National Institute for Occupational Safety，Chaoyang，Beijing 100029，China）

Based on practice of heat hazard control in Hongyang coal mine and studied control measure of heat hazard at home and abroad，the article suggested systemic solution to control heat hazard of Hongyang coal mine from two aspects of technology and management.The systemic solution consisted of cooling system using ice and its optimization，underground refrigerating capacity allocation and its optimization，ventilation cooling and its optimization，non－mechanical cooling measure，management measure.

heat hazard in mine，comprehensive control，refrigerating capacity allocation

TD 727.2

B

夏洪滿（1963－），男，遼寧沈陽人，教授級高工，中國礦業(yè)大學(xué)博士生，現(xiàn)任沈陽焦煤集團(tuán)副總經(jīng)理。

（責(zé)任編輯 張大鵬）