馬坡

摘要： 煤炭資源屬于不可再生資源。煤礦井下的工作環(huán)境惡劣，礦內高溫、高濕的環(huán)境嚴重地影響著井下作業(yè)人員的身體健康和勞動生產效率的提高，造成了熱害這一新的自然災害。本文淺析熱害的起因、影響，并為礦工創(chuàng)造一個可承受的工作氣候環(huán)境。

Abstract： Coal resources are non-renewable resources. The working conditions in coal mines are harsh. The high temperature and high humidity environment in the mines seriously affect the health of underground workers and the improvement of labor productivity， resulting in a new natural disaster of thermal damage. This article analyzes the causes and impact of thermal damage， to create a sustainable working climate environment for miners.

關鍵詞： 礦井熱源；高溫；熱害

Key words： mine heat source；high temperature；thermal damage

中圖分類號：TD727 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）03-0125-02

0 引言

隨著采礦機械自動化，生產集中化，開采強度和開采深度也不斷增加。隨之帶來的礦井熱害問題也日益突出，成為制約我國礦業(yè)發(fā)展的新難題。田陳煤礦于1989年建井已經開采28年，礦井已經延伸至-1050水平，熱害已經直接影響了礦井的可持續(xù)發(fā)展。

1 研究內容及技術路線

通過對相關材料的大量收集及總結，本論文旨在分析研究造成北七采區(qū)的環(huán)境因素以及熱害的影響，并提出改善熱害的措施方法，從而解決以下幾個問題：①研究田陳北風井熱害是由哪些地質因素、環(huán)境因素、人的因素等原因造成的；②研究田陳北風井熱害對于工人及生產造成的影響；③分析田陳北風井的地理位置、環(huán)境因素以及經濟條件等特點；研究解決熱害的幾項措施。

2 礦井高溫

能引起礦井氣溫值升高的環(huán)境因素統(tǒng)稱為礦井熱源。礦井熱源主要分為以下幾類：

2.1 地熱

該礦所在地區(qū)地溫梯度為1～3℃，隨著開采深度的增加，當流經井巷風流的溫度不同于初始巖溫時，就要產生換熱，因而熱流往往是從圍巖傳給風流，溫度升高；通風距離遠，氣體滯留時間長，溫度也隨之升高。

圍巖向井巷傳熱主要通過兩種方式，其一是熱傳導原理，由巖體深處開始向井巷進行傳遞；其二為通過裂隙水，再利用對流來進行熱傳遞，使得未被擾動巖石的溫度伴隨地表溫度發(fā)生變化，而這種變化產生的原因主要是由圍巖徑向而向外進行熱流動所造成的。在很多情況下，熱流傳給巷壁主要是利用傳到方式進行，在巖體裂隙水開始向外進行流動時，也就產生了對流傳熱。

當暴露時間不同時，從一個采場的砂巖頂板傳遞出來的熱量值如表1。

通過表1可得，巖石裸露的時間越長，由其單位面積所傳遞出來的熱流就會迅速的衰減。而這些重新裸露的巖石，其溫度變化非常小，與原始巖溫非常接近，因此該種勞動環(huán)境，溫度相對較高。

2.2 機電設備的散熱

伴隨機械化水平的提升，在采掘工作面開展工作的機械，其裝機容量迅速增加，在工作過程中消耗非常多的熱量，這些熱量一部分做了有用功，而其他則轉化為熱能通過介質散發(fā)出去。鑒于煤礦工作的特殊環(huán)境，幾乎不會產生動能的變化，因此可以認為機電設備的有用功主要是轉化成了液體或者物料的重力勢能，其位置得以提升。與此同時，轉化為人呢過的電能，大部分流入到設備的風流里。因此，采掘工作面氣候條件開始惡化的主要原因之一就是回采機械的放熱，這會導致風流的溫度急劇上升。

2.3 空氣自壓縮升溫

雖然空氣自壓縮并不是一個熱源，但是這種方式對井下風流的參量有重大的影響，所以，本文將其作為熱源進行分析。

由于礦井深度會發(fā)生改變，空氣受到的壓力也會發(fā)生與之對應的改變。如果風流在井巷中向下進行流動，會增大空氣壓力。這會導致放熱現象出現，進而提升了井下溫度。如果沒有和周圍的介質進行濕和熱的交換，每單位空氣在產生1000米的流動高差時，會增加9.18kJ的焓。

對于干空氣來說，比熱c=1.005Kj/kg·℃，則風流的干球溫升：Δt=Δi÷c=9.76℃/1000m。

對于濕空氣來說，比熱c=1.032kJ/kg·℃，則風流的干球溫升：Δt=Δi÷c=9.51℃/1000m。

可見，風流如果沒有和周圍介質進行熱、濕交換時，每垂直向下流動100m，其溫升約為2℃。

3 礦井熱害的影響

井下作業(yè)一方面需要消耗非常高的能量，另一方面也具有很高的危險性。如果井下的溫度比較高，不僅會對作業(yè)工人的身體健康產生威脅，造成勞動效率低下，也會給安全生產帶來許多負面影響。

3.1 礦井熱害對工人身體健康的影響

高濕是指礦井下的相對濕度超過80%。礦工長期在高濕的礦井下作業(yè)，患風濕病、皮膚病、皮膚癌，心血管系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)和消化系統(tǒng)等疾病的比例增高。

長期在礦井高溫環(huán)境中作業(yè)，工作人員機體會出現一系列生理功能的改變，這些變化在一定程度內是屬于適應性反應，但如果超過限度，則產生一系列生理功能的不良影響，成為井下工傷事故發(fā)生的誘因之一。endprint

3.2 礦井熱害對勞動效率的影響

通常來說，在熱環(huán)境中開展工作，人的可耐限度是有極限的，可耐限度包含可以忍受的溫度與時間兩方面內容。溫度主要是人體所能承受的溫度極限，時間主要是能夠在高溫環(huán)境中所能忍受的時間。而這兩者的極限可以認為是在這種環(huán)境中進行作業(yè)時，沒有給生理帶來危害作為評判標準，也是一個臨界條件。圖1可以看出一般人對于溫度大小可耐時間的變化。

由圖2可以看出人在熱環(huán)境中作業(yè)勞動生產率將顯著降低，這是由于人體的中樞神經系統(tǒng)在熱環(huán)境中會出現紊亂的現象，并且熱環(huán)境會使肌肉活動能力下降。我們可以分階段來分析高溫環(huán)境對工作效率的影響程度。當熱環(huán)境溫度在27～32℃時，會降低局部用力工作效率，同時加重用力工作的疲勞程度。如果熱環(huán)境溫度超過32℃，就會影響工作的精密性，并對需較大注意的工作產生干擾作用。井下工作無疑就是需較大注意的工作，所以勞動效率對于井下受高溫高濕影響來說很嚴重。

3.3 礦井熱害對安全生產的影響

據統(tǒng)計資料介紹，在井下作業(yè)地點氣溫超過30℃時，事故發(fā)生率比低于30℃時高1～1.5倍。在田陳煤礦北風井發(fā)生過數次因中暑休克的事故，因高溫高濕出現了影響安全生產隱患。如果工人的休息質量得不到保證，在工作時很容易造成注意力不集中以及帶病工作情況的出現，在高溫下顯然更難適應，會增加工作失誤的概率，不利于安全生產，也埋下了很多安全隱患。

4 熱害改善技術

目前，改善熱害最常用的是通風降溫技術和機械制冷水降溫。這兩項技術在田陳煤礦正在使用。田陳北風井現在正在施工的是新風井，新風井建成以后，田陳北七形成獨立的通風系統(tǒng)，風量、風速以及空氣溫度都會有所改善。降溫空調系統(tǒng)在北七采區(qū)也正在使用中，本文重點介紹這兩種改善熱害的措施技術。

4.1 通風降溫技術

已有的實踐證明，改變通風方式也能實現溫度的降低，比如與U型通風方式相比，采用W型通風方式也能取得降溫1-2℃的效果；下行通風可以將工作面的溫度下降1-4℃等。然而只通過對通風方式進行改變，或者增加風量等，所能夠取得的降溫效果非常有限，尤其是伴隨開采深度的不斷加大，熱害問題愈發(fā)嚴重，這種通風降溫技術并不能滿足降溫要求。

4.2 噴漿封閉圍巖降溫技術

使用鍋爐渣、硬質氨基甲酸泡沫或其他防水性能較好的隔熱材料對巖壁進行噴涂，能夠產生非常好的隔熱效果。在熱害問題非常突出的低端可以使用該種降溫技術，同時還要配合其他方法共同使用，取得效果更好。

通過實際測量可得，如果井下溫度在35℃以上，利用該種方法能夠促使巷內溫度下降3到5℃左右，對于工作面來說也能使其溫度下降2～3℃。但是根據專家的研究成果，這些絕熱材料在一定的時間段后悔出現失效的情況。因此，現階段需要開發(fā)新材料，創(chuàng)新來源途徑，才能在實際工作中應用這種降溫技術。

4.3 煤體預注水降溫

在田陳煤礦七一采區(qū)，在工作面布置鉆孔，然后向其中注入冷凍水，利用水壓回采煤層，并進行滲透與擴散等，同時會使得水在煤中滲透并進行儲存，煤的水分也會進一步增加，工作面周圍的巖體也會進一步冷卻，并且在一定情況下，這種方法所取得的效果比較好，并且非常經濟。

5 結論

田陳煤礦北七采用改革通風方式與冷水機組相結合的措施改善井下熱害的現狀，目前濕度有很大的改善，迎頭由于冷水機組的原因，溫度適宜，但是主回風巷的溫度仍較高，還是需要增加新措施來改善井下工作環(huán)境。

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