矿井热害防治111.docVIP

　矿井热害 　概述 随着采矿工业的发展，矿井开采深度逐渐增加。综合机械化程度不断提高，地热和井下设备向井下空气散发的热量显著增加，而且矿井瓦斯、地压等问题也日趋严重，从而使井下工作环境越来越恶化．矿井通风工作面临越来越大的困难。此外，一些地处温泉地带的矿井，虽然开采深度不大，但由于从岩石裂隙中涌出的热水以及受热水环绕与浸透的高温围岩也都能使矿内气温升高，湿度增大。矿内高温、高湿的环境严重地影响着井下作业人员的身体健康和劳动生产效率的提高，已造成灾害—热害(Heating hazard)。热害逐渐成为与瓦斯、煤尘、顶板、火、水同样严重的煤矿井下自然灾害。 目前我国已有数以十计的煤矿受着热害的困扰，并日趋严峻。普遍认为，矿井热害最终将成为确定有用矿物开采深度的主要决定性因素。为在井下创造一个可承受的工作气候环境，往往需要昂贵的通风系统以及空调系统，为了合理设计与正确运用这两个系统，就应了解矿内各热源对井下热害所起的作用，以便采取适当的措施予以控制或缓解，保护矿工的身体健康和提高劳动生产率。 矿井热源 能引起矿井气温值升高的环境因素统称为矿井热源(Sources of heat)。 在众多的矿内热源中，有些热源所散发热量的多寡主要取决于流经该热源的风流的温度及其水蒸气分压力的，例如岩体放热和水与风流间的热湿交换就属于这种类型，一般称它们为相对热源或自然热源，另一类热源所散发的热量数并不取决于风流的温、湿度，而仅取决于它们在生产中所起的作用而定，例如机电设备的放热，所以也称它们为绝对热源或人为热源。 矿井主要热源大致分为以下几类： 一、地表大气 井下的风流是从地表流入的，因而地表大气温度、湿度与气压的日变化和季节性变化势必影响到井下。 地表大气温度在一昼夜内的波动称为气温的日变化，它是由地球每天接受太阳辐射热和散发的热量变化造成的。虽然地表大气温度的日变化幅度很大，但当它流入井下时，井巷围岩将产生吸热或散热作用，使风温和巷壁温度达到平衡，井下空气温度变化的幅度就逐渐地衰减。因此，在采掘工作面上，基本上觉察不到风温的日变化情况。当地表大气温度突然发生了持续多天甚至数星期的变化时，这种变化还是能在采掘工作面上觉察到的。 地表大气的温度与湿度的季节性变化对井下气候的影响要比日变化深远得多。研究表明，在给定风量的条件下，气候各参量的日与季节性变化的衰减率均和其流经的井巷距离成正比，和井巷的横断面成反比。 地面空气温度直接影响矿内空气温度。尤其对浅井，影响就更为显著。地面空气温度发生着年变化、季节变化和昼夜变化。地面空气温度的变化对于每一天都是随机的，但遵守一定的统计规律，这种规律可以近似地以正弦曲线表示，如下式所示[3]： （8-2-1） 式中：为地面年平均气温，℃；为周期变化函数的初相位，；为地面气温年波动振幅（℃）它可以按照下式计算： (8-2-2) 其中：为最高月平均温度，为最低月平均温度。地面气温周期性变化，使矿井进风路线上的气温也相应地周期性变化。但是这种随着距离进风口的距离增加而衰减，并且在时间上，井下气温的变化要稍微滞后于地面气温的变化。 二、流体的自压缩（或膨胀） 严格说来，流体的自压缩(Self compression)并不是一个热源，它是在地球重力场中制止物质下落的一个普遍现象，即将其位能经摩擦转换为焓(Enthalpy)，所以其温升并不是由外界输入热能的结果。由于在矿井的通风与空调(Air-conditioning)中，流体的自压缩温升对井下风流的参量具有重大的影响，故一般将它并入热源中予以讨论。 1. 空气的自压缩升温的理论分析 矿井深度的变化，使空气受到的压力状态也随之而改变。当风流沿井巷向下（或向上）流动时，空气的压力值增大（或减小）。空气的压缩（或膨胀）会出现放热（或吸热），从而使矿井温度升高（或降低）。由矿内空气的压缩或膨胀引起的温升变化值可按下式计算： （8-2-3） 式中：n为多变指数，对于等温过程，n=1，对于绝热过程，n=1.4；g为重力加速度，9.81m/s2； R为普氏气体常数，对于干空气，R=287。 在绝热情况下，n=1.4，则式（8-2-3）可简化为 （8-2-4） 上式表明，井巷垂深每增加102m，空气由于绝热压缩释放的热量使其温度升高1℃；相反，当风流向上流动的时候，则又因绝热膨胀，使其温度降低。实际上，由于矿内空气是湿空气，空气的含湿量也随着压力的变化而变化，因此热湿交换的热量有时掩盖了压缩（或膨胀）放出（或吸收）的热量，所以实际的温升值与计算值是略有差别的。