汪宏志

（安徽省煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì)，安徽宿州234000）

·地質(zhì)與礦業(yè)工程·

淮南煤田礦井熱害分布及防治措施

汪宏志*

（安徽省煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì)，安徽宿州234000）

在統(tǒng)計(jì)分析淮南煤田各礦井的井溫地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，提出三級(jí)熱害等級(jí)劃分的方法，并應(yīng)用該方法對(duì)淮南煤田各礦井主要開(kāi)采煤層的熱害分布區(qū)域進(jìn)行了預(yù)測(cè)和圈定，并對(duì)淮南煤田各礦井的現(xiàn)有熱害治理措施進(jìn)行了闡述。

礦井熱害；熱害等級(jí)；熱害防治

隨著煤礦開(kāi)采深度的不斷增加，原巖溫度不斷升高，采掘工作面的高溫?zé)岷θ找鎳?yán)重。為調(diào)查井下高溫和確定是否形成礦井熱害以及對(duì)其進(jìn)行治理等目的，世界各國(guó)根據(jù)本國(guó)礦井具體條件、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)狀況及發(fā)展水平，對(duì)礦井熱害都制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)[1-3]。據(jù)《煤炭資源地質(zhì)勘探地溫測(cè)量若干規(guī)定》，熱害等級(jí)分為Ⅰ級(jí)（＞31℃）和Ⅱ級(jí)(＞37℃)，鑒于淮南煤田深部礦井地溫較高，熱害嚴(yán)重，依據(jù)相關(guān)資料，提出三級(jí)熱害等級(jí)劃分方法，在原有二級(jí)熱害劃分的基礎(chǔ)上增加一級(jí)熱害，即三級(jí)熱害，其標(biāo)準(zhǔn)為大于45℃，應(yīng)用此劃分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)淮南煤田各礦井的熱害區(qū)域進(jìn)行預(yù)測(cè)和圈定。

1 淮南煤田熱害區(qū)分布情況

本次對(duì)淮南煤田的23個(gè)煤礦進(jìn)行了地溫及相關(guān)資料的收集和匯總，分別為阜鳳斷裂以北的潘（集）謝（橋）礦區(qū)和阜鳳斷裂以南的新（集）謝（家集）礦區(qū)，測(cè)溫鉆孔共計(jì)677個(gè)，井下測(cè)溫22處。

通過(guò)對(duì)各井田測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，建立主要的開(kāi)采煤層與深度的回歸關(guān)系式，得出各煤層底板溫度（T）與煤層埋深（H）之間的相關(guān)關(guān)系。然后依據(jù)回歸公式計(jì)算得出礦井各煤層的各級(jí)熱害深度。

淮南煤田幾個(gè)主要煤層的熱害分布介紹如下。

1.1 1煤熱害分布

在統(tǒng)計(jì)礦井中，1煤底板熱害分布情況見(jiàn)圖1。由圖1可知，淮南煤田潘一東與口孜集井田1煤底板均有三級(jí)熱害，口孜集井田最高溫度達(dá)到57.5℃。其中潘一東井田平均溫度較高，均為大于37℃的二、三級(jí)熱害區(qū)，且大部分為三級(jí)熱害區(qū)，占含煤面積的58.11%。而口孜集井田1煤底板中各級(jí)熱害均有出現(xiàn)，多數(shù)為二、三級(jí)熱害，特別是靠近口孜集斷層的口孜西的西部部分區(qū)域溫度可達(dá)57.5℃，一級(jí)熱害區(qū)域只占礦區(qū)含煤面積的3.45%。板集井田中無(wú)三級(jí)熱害，幾乎全部為二級(jí)熱害，占礦區(qū)含煤面積的91.30%，一級(jí)熱害極少。

圖1 各井田1煤層熱害分布面積對(duì)比圖

1.2 5煤熱害分布

5煤熱害分布情況見(jiàn)圖2。由圖2可知，潘一井田與口孜集井田5煤均有三級(jí)熱害區(qū)，口孜集井田最高溫度達(dá)到59.5℃。其中潘一井田中含煤面積的28.13%為無(wú)熱害區(qū)域，大部分熱害范圍為一級(jí)熱害區(qū)，三級(jí)熱害區(qū)域只占含煤面積的1.04%。而口孜集井田5煤均為熱害區(qū)域，且各級(jí)熱害均有出現(xiàn)，絕大部分為二、三級(jí)熱害，特別是靠近口孜集斷層的口孜西的西部部分區(qū)域溫度可達(dá)59.5℃，一級(jí)熱害區(qū)域只占礦區(qū)含煤面積的7.55%。板集井田中無(wú)三級(jí)熱害區(qū)，絕大部分為二級(jí)熱害區(qū)，占井田含煤面積的60.87%，其它都為一級(jí)熱害區(qū)。

圖2 各井田5煤層熱害分布面積對(duì)比圖

1.3 8煤熱害分布

8煤底板熱害分布情況見(jiàn)圖3。由圖3可知，淮南煤田的東部如朱集西、朱集東和丁集井田中一級(jí)熱害區(qū)域占井田含煤面積的比例很小，最大不超過(guò)7.5%，尤其是朱集西井田皆為大于37℃的二、三級(jí)熱害區(qū)；在這3個(gè)井田中大部分區(qū)域?yàn)槎?jí)熱害區(qū)，其中丁集井田中二級(jí)熱害區(qū)域達(dá)到含煤面積的65%。

圖3 各井田8煤層熱害分布面積對(duì)比圖

1.4 13煤熱害分布

13煤底板熱害分布情況見(jiàn)圖4。由圖4可知，淮南煤田東部的幾個(gè)礦井中，只有潘一、朱集東和丁集井田中有三級(jí)熱害區(qū)域，占井田含煤面積的比例較小，最大不超過(guò)18%，尤其是潘一井田中的三級(jí)熱害區(qū)域只占含煤面積的0.14%。在潘一東、潘北和朱集西井田中無(wú)三級(jí)熱害區(qū)，其中潘一東和潘北井田中一級(jí)熱害區(qū)域較多，而朱集西井田中二級(jí)熱害區(qū)域較多，達(dá)到含煤面積的83.33%。

2 淮南煤田熱害防治實(shí)踐

由以上分析可知，淮南煤田絕大部分礦井皆受到熱害威脅，一級(jí)熱害區(qū)普遍分布，二級(jí)熱害區(qū)分布較廣，隨著開(kāi)采深度的增加，特別是開(kāi)采1～5煤層時(shí)，三級(jí)熱害范圍逐漸增加。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，采掘工作面的空氣溫度不得超過(guò)26℃，否則應(yīng)采取降溫或其他防護(hù)措施。當(dāng)前淮南煤田各礦井都進(jìn)行了一些熱害防治的實(shí)踐，防治措施歸納起來(lái)主要有2個(gè)方面：一是采取非機(jī)械制冷方式，二是采取人工機(jī)械制冷的方式。

圖4 各井田13煤層熱害分布面積對(duì)比圖

2.1 非機(jī)械制冷方式

（1）通風(fēng)降溫：淮南礦區(qū)各礦井中采用的非機(jī)械制冷方式主要是通風(fēng)降溫法。該方法就是通過(guò)布置合理的礦井通風(fēng)系統(tǒng)和增加礦井風(fēng)量來(lái)實(shí)現(xiàn)工作面降溫的目的。從淮南潘三煤礦等礦井的生產(chǎn)實(shí)踐上可證實(shí)：適當(dāng)增加供風(fēng)量可獲得降溫或感覺(jué)舒適些的效果，能減少一定的熱害。增加風(fēng)量是一種簡(jiǎn)單易行的降溫方法，但是其降溫效果是有限的，受季節(jié)性和圍巖溫度等因素的影響較大。當(dāng)在夏季進(jìn)風(fēng)溫度較高或者圍巖溫度達(dá)到一定高度時(shí)，增加風(fēng)量將不起作用[4]。該方式只能減少熱害，而不能有效控制熱害。

（2）頂板管理：當(dāng)?shù)V井受各級(jí)熱害影響時(shí)，主要熱害區(qū)為采煤工作面，而采煤工作面又是人員集中工作的場(chǎng)所，因此，采煤工作面為礦井降溫的重點(diǎn)。根據(jù)淮南礦區(qū)各礦井的開(kāi)采實(shí)踐和相關(guān)研究表明采取集中生產(chǎn)、后退式采煤法、傾斜長(zhǎng)壁采煤法及全面充填法管理頂板等方式，可有效降低回采工作面末端的風(fēng)溫。

（3）熱水防治：礦井內(nèi)熱水可通過(guò)熱對(duì)流和熱傳導(dǎo)2種方式將溫度傳給風(fēng)流。熱水在有利的地質(zhì)條件下涌流時(shí)，可通過(guò)對(duì)流對(duì)風(fēng)流直接加熱加濕，在通道及其上方引起局部溫度升高；而當(dāng)高溫?zé)崴疄樯畈砍袎汉畬訒r(shí)，其首先通過(guò)熱傳導(dǎo)方式加熱上部巖體，巖體再把熱量傳遞給風(fēng)流。因此，當(dāng)高溫異常區(qū)含有地下水時(shí)，將會(huì)加劇礦井的熱害。淮南煤田潘集礦區(qū)深部熱害正是由于受奧陶系碳酸鹽巖熱水儲(chǔ)層的影響而加劇。潘集礦區(qū)各礦井，如潘一、潘二、潘三礦井熱水的治理措施主要有：采用超前疏干，將熱水水位降到開(kāi)采深度以下；在出水點(diǎn)附近打?qū)ｉT(mén)的排水鉆孔，把熱水就地排到地面；在回風(fēng)水平涌出的熱水在回風(fēng)井巷設(shè)水倉(cāng)，利用泵房直接排出地面；利用隔熱管道或者加隔熱蓋板的水溝導(dǎo)入井底水倉(cāng)；目前，針對(duì)熱水的危害，潘集礦區(qū)部分礦井正嘗試開(kāi)展采用熱泵技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)礦井熱水的資源化的研究，將經(jīng)過(guò)處理后的熱水應(yīng)用于溫泉洗浴、供暖等，該方法節(jié)約了煤電能源，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益，值得應(yīng)用推廣。

根據(jù)淮南礦區(qū)各礦井的熱害防治實(shí)踐，采用非制冷降溫措施只能減少熱害，而不能有效控制熱害。

2.2 機(jī)械制冷方式

當(dāng)非機(jī)械制冷方式不能有效控制礦井熱害時(shí)，就必須采取機(jī)械制冷方式進(jìn)行降溫，以使得井下工作面的溫度維持在規(guī)定溫度限值以下。根據(jù)淮南礦區(qū)制冷空調(diào)降溫的實(shí)踐，當(dāng)?shù)V井熱害等級(jí)較低且僅局部工作面溫度較高或熱害持續(xù)時(shí)間短的區(qū)域，采用井下局部降溫系統(tǒng)即可滿足要求。當(dāng)?shù)V井熱害等級(jí)較高且熱害范圍和生產(chǎn)周期均較大時(shí)，以集中制冷降溫為主，局部降溫系統(tǒng)為輔的降溫效果較理想。集中制冷降溫系統(tǒng)主要采用機(jī)械制冷水降溫礦井空調(diào)系統(tǒng)和熱電冷聯(lián)產(chǎn)降溫系統(tǒng)2種。

（1）機(jī)械制冷水降溫礦井空調(diào)系統(tǒng)：淮南煤田口孜集礦、潘一東、朱集和顧橋礦目前采用的制冷系統(tǒng)就屬于制冷水降溫空調(diào)系統(tǒng)中的井上、下聯(lián)合空調(diào)系統(tǒng)。即利用制冷機(jī)制出冷水，通過(guò)管道輸送到用冷地點(diǎn)，然后通過(guò)風(fēng)流熱交換設(shè)備將冷量傳給風(fēng)流，達(dá)到制冷降溫的目的，通過(guò)利用該系統(tǒng)，井下工作面降溫效果明顯，平均降溫幅度4℃。

（2）熱、電、冷三聯(lián)產(chǎn)降溫系統(tǒng)：淮南礦區(qū)率先在潘一煤礦南風(fēng)井實(shí)施熱、電、冷三聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，該項(xiàng)目利用抽采的礦井瓦斯進(jìn)行燃燒發(fā)電，瓦斯發(fā)電機(jī)組冷卻及尾氣余熱通過(guò)溴化鋰吸收制冷機(jī)組制冷，實(shí)現(xiàn)熱、電冷、三聯(lián)產(chǎn)，形成井上集中供冷、井下移動(dòng)制冷和瓦斯發(fā)電余熱制冷相結(jié)合的井下降溫組合。該技術(shù)在淮南煤田張集礦、謝橋礦以及河南平頂山四礦進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，該降溫系統(tǒng)很好地體現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)、變廢為寶、節(jié)能高效的原則，有效的降低了礦井降溫成本。采用這一模式很好的解決了礦井熱害問(wèn)題[5-6]。

淮南煤田新建的高溫礦井全部都采用了全井降溫措施，如顧橋煤礦和丁集煤礦在礦井投產(chǎn)初期僅采用局部降溫系統(tǒng)，當(dāng)?shù)V井正式投產(chǎn)后，利用瓦斯發(fā)電機(jī)組冷卻及尾氣余熱制冷的井上集中制冷與井下機(jī)械制冷相結(jié)合方式實(shí)現(xiàn)了井下多個(gè)工作面和掘進(jìn)頭的降溫要求。

綜上所述，根據(jù)淮南煤田熱害防治實(shí)踐，采用非制冷降溫措施只能減少熱害，而不能有效控制熱害。當(dāng)非機(jī)械制冷方式不能有效控制礦井熱害時(shí)，就必須采取機(jī)械制冷方式進(jìn)行降溫。

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)溫度不同，以Ⅰ級(jí)（＞31℃）、Ⅱ級(jí)(＞37℃)和Ⅲ級(jí)(＞45℃)為等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)淮南煤田礦井各個(gè)煤層的熱害區(qū)域進(jìn)行了預(yù)測(cè)和圈定，并對(duì)礦井熱害治理措施進(jìn)行了闡述。礦井降溫措施包括非機(jī)械降溫方式和機(jī)械降溫方式2種。礦井應(yīng)優(yōu)先采用非機(jī)械降溫方式，當(dāng)非機(jī)械降溫方式不能滿足礦井制冷需求時(shí)，采取機(jī)械制冷方式。

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Distribution of Thermal Hazard and Its Prevention and Control Measures in Huainan Coalfield

WANG Hong-zhi
(Third Prospecting Team of Anhui Coal Geological Bureau，Suzhou Anhui 234000,China)

Based on the systematic analysis of the geological data of well temperature in each mine of Huainan coal field,the three level classification of thermal hazard is proposed,the heat damage distribution area of the main coal seam in Huainan coal mine are predicted and delineated by this method,and the control measures of thermal hazard in every mine of Huainan coal field are also expounded.

mine thermal hazard；thermal hazard grade；prevention of thermal hazard

TD727

A

1004-5716(2016)12-0072-03

2016-01-21

2016-01-26

安徽省國(guó)土資源科技項(xiàng)目《兩淮礦區(qū)地溫分布規(guī)律及地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用前景研究》（2011-K-13）。

汪宏志（1983-），男（漢族），安徽宣城人，工程師，現(xiàn)從事煤田地質(zhì)勘探工作。