陳誠集

（福建省永安煤業(yè)有限責任公司蘇橋煤礦 福建三明 366102）

0 引言

福建永安煤業(yè)有限責任公司蘇橋煤礦于2005 年建井，2010 年投產(chǎn)，設計生產(chǎn)能力21 萬t/a。礦井采用平峒-斜井開拓，通風方式為分區(qū)抽出式，通風方法為全負壓機械通風。進風井為+360 m 主平硐、+360 m 排水平硐，回風井口為+390 m 風井、+315 m 風井。兩個風井口均安裝兩臺型號為4-72-11№16B離心式通風機（一臺使用，一臺備用），電機功率為110 kW。礦井第一水平已開采結束（0 m 水平），進入第二水平開采（-200 m），礦井地溫梯度1.87 ℃/100 m。

1 問題的提出

近兩年來，隨著開采水平的不斷延深，蘇橋煤礦礦井高溫問題日益嚴竣，成為制約礦井發(fā)展的突出問題。煤礦井下高溫作業(yè)環(huán)境不但極大消耗著職工的體力，降低了職工的勞動效率，也影響著職工的身心健康，容易使職工產(chǎn)生疲勞虛脫，不利于安全生產(chǎn)，加大了安全管理難度，給礦井的安全生產(chǎn)及日常管理帶來了極大的威脅。同時，由于高溫加大了通風費用及人工工資，直接影響到礦井生產(chǎn)成本的控制，也影響到礦井職工隊伍的穩(wěn)定，制約著企業(yè)的經(jīng)營與發(fā)展。

2 礦井高溫根源分析

2.1 礦井深部高溫熱源致溫

福建省地處南方丘陵地帶，煤層賦存及地質(zhì)構造復雜。已知的高溫礦井周邊或附近均有溫泉存在，且距溫泉越近的礦井，受地熱影響程度也越大。如福建永安煤業(yè)有限責任公司下屬礦井東坑仔煤礦，井田西部相鄰永安市安砂鎮(zhèn)熱水村，溫泉出露泉溫達52 ℃；下屬礦井蘇橋煤礦東南部相鄰大田縣湯泉村，溫泉出露泉溫達82 ℃。而溫泉是地熱田的露頭標志，形成溫泉必須具備地底有熱源存在、巖層中具裂隙讓溫泉涌出、地層中有儲存熱水的空間3 個條件。可見礦井高溫的主要根源為礦井深部存在地熱源，巖溫隨深度而攀升。

2.2 進風線路圍巖散熱致溫

賦存于地底下的煤、巖，都具有一定的溫度，且隨賦存深度的增加，地溫呈梯度增加。圍巖散熱在井下其實一直都不斷地進行著，充當著地熱源體的導體散熱。礦井通風的主要功能就是為井下生產(chǎn)作業(yè)人員提供新鮮的空氣，稀釋并帶走有毒有害氣體及沿途所產(chǎn)生的熱量。圍巖散熱現(xiàn)象不易被我們所感知，只有在通風線路上，特別是上下山風溫實測中才能發(fā)現(xiàn)。風溫隨通風線路的加長而增加，隨深度的延伸而攀升。

2.3 采掘工作面新揭露煤巖散熱及煤層氧化散熱致溫

受高溫影響的礦井，進入深部新施工的井巷及采煤工作面，其煤（巖）散熱現(xiàn)象尤為明顯，特別是煤層，一經(jīng)揭露，原本賦存地底存在的溫度，加上揭露出來遇氧氣氧化產(chǎn)生的溫度，人手可以感知到其溫度大于我們?nèi)梭w的溫度。這些熱能則擴散轉(zhuǎn)換到工作面進風氣流中，并隨風經(jīng)回風巷排出地表。

2.4 機電設備散熱致溫

受平硐-斜井開拓布局局限性影響，在主要進風線路機房硐室的設計上，存在著設計上的缺陷。部分硐室產(chǎn)生的熱風流未能進入回風系統(tǒng)，串入進風線路，無形中等于直接加熱了進風流。從現(xiàn)場實測可知，進風流每經(jīng)過一個機房硐室，溫度上升1.0 ℃～1.5 ℃。

3 礦井高溫治理途徑

目前，避開局部熱源、加強通風、預冷進風風流等優(yōu)化通風系統(tǒng)的方法在我國礦井熱害治理中應用較為成熟，對隔絕高溫圍巖、個體防護和水冷卻技術的研究也有很大的進展，而冰冷卻技術在礦井降溫中應用還處在起步階段。由于礦井現(xiàn)場實際不一，因此高溫治理方案有所區(qū)別，但整體上避開局部熱源、加強通風、預冷進風風流等優(yōu)化通風系統(tǒng)的方法為目前礦井高溫治理的主線。下面為蘇橋煤礦近兩年高溫治理步驟與途徑。

3.1 加大礦井風量和選擇合理的礦井通風系統(tǒng)

加強通風是礦井降溫的主要技術途徑，通風降溫的主要措施包括加大礦井風量和選擇合理的礦井通風系統(tǒng)。（1）加強系統(tǒng)堵漏，提高礦井有效風量率。從節(jié)能降耗及經(jīng)濟的角度出發(fā)，礦井不可能無限制地加大礦井風量，因而要從最基礎的工作做起，對礦井進、回風線路進行全面巡查，查看系統(tǒng)是否存在漏風，并對整個通風線路進行風溫實測，尋找通風線路溫升的根源。2019 年以來，蘇橋煤礦通過對礦井一采區(qū)、二采區(qū)2 條主要回風線路進行巡查，發(fā)現(xiàn)均不同程度地存在著外部漏風（風井口碹體封堵不密漏風）、內(nèi)部線路構筑物不密漏風（老巷密閉、水溝、風門漏風）、及通風線路局部掉渣增加通風阻力等問題。通過通風構筑物堵漏治理及通風線路維護，兩條主要回風線路各均堵漏多于300 m3/min 風量，礦井有效風量率從原來不足80%提升至90.3%。（2）優(yōu)化進風線路，縮短進風線路減少溫升。礦井通過現(xiàn)場實測分析及實踐，盡可能縮短進風路線長度為礦井高溫治理的主方案，其有著2 ℃～3 ℃的降溫空間和潛力。從降溫角度出發(fā)，礦井通風系統(tǒng)應盡可能減少進風路線的長度。在井巷熱環(huán)境條件和風量不變的情況下，井巷進風的溫升是隨其流程加長而增大，風路越長，風流沿途吸熱量越大，溫升也越大。經(jīng)實測，2019 年，夏天最熱時間段礦井地表風流經(jīng)+360 m 主平硐及+360 排水平硐恒溫層后，進風溫度降至24 ℃，經(jīng)主、副斜井至0 m 水平大巷溫升至26 ℃，進入-200 m 大巷溫升至29℃。礦井目前在-200 m～0 m 水平開采，若按常理從-200 m 大巷進風，則經(jīng)-200 m 大巷上行至工作面，最低風溫都將達到30 ℃。若從0 水平大巷進風下行至工作面，則進風溫度總體可控制在27 ℃以內(nèi)。因而，受高溫影響的礦井，進風取較高水平大巷做為進風大巷更為合理。（3）改造回風線路，確保行人處于進風環(huán)境。①盡可能正規(guī)開采實現(xiàn)負壓通風；②改造實現(xiàn)采區(qū)每一翼（或塊段）邊界均要有專用回風上山，以確保采掘作業(yè)點面污風流直接進入回風系統(tǒng)，從而縮短回風線路長度，盡可能減少作業(yè)人員暴露于高溫回風流中；③所有機房硐室包括片盤配電點等局部熱源，均要實現(xiàn)專用回風巷直接引流至回風系統(tǒng)，解決局部熱源加熱進風流問題。2019 年以來，蘇橋煤礦通過不斷對通風系統(tǒng)進行優(yōu)化改造，完善了采區(qū)邊界回風上山，完成了201 采區(qū)絞車房、203 采區(qū)車房、-200 中央泵房3 個機房硐室的回風引流，生產(chǎn)采區(qū)猴車上山均改回風流為進風流，有效地改善了生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境。

3.2 推廣應用高壓微霧，預冷進風流降低風溫

蘇橋煤礦為平硐-斜井開拓，+360 m 主平硐、+360 m 排水平硐總體為恒溫巖層，冬暖夏涼，地表進風流進入平硐，冬升夏降。由于平硐長度有限且進風量大，冬季進風未溫升至恒溫巖層溫度即進入生產(chǎn)水平（0 m 水平），利于礦井降溫；反之，夏季進風未降至恒溫巖層溫度即進入生產(chǎn)水平（0 m 水平），不利于礦井降溫。因此，夏季在無法加長進風預冷巷道長度的情況下，必須采取噴淋水霧措施，利用蒸發(fā)降溫原理，促進礦井進風流盡快降溫，以取得最佳進風溫度。由于平硐生產(chǎn)運輸繁忙，常規(guī)噴霧設施易淋濕運輸作業(yè)人員，常被關掉，安裝后難于正常使用。2019 年以來，蘇橋煤礦工程技術人員經(jīng)多方探索，創(chuàng)造性地在井下應用了高壓微霧系統(tǒng)，來應對和緩解作業(yè)場所的呼吸性粉塵、礦井地熱、有毒有害氣體等有害物對從業(yè)人員的危害。經(jīng)過一年來的運行，體驗效果良好，井下作業(yè)環(huán)境得到了明顯的改善。

3.2.1 高壓微霧應用機理

（1）降低呼吸性粉塵。根據(jù)美國《煤炭時代雜志》發(fā)表的《科羅拉多礦業(yè)學院解決可吸入塵埃的控制》論文：當水霧顆粒與塵埃顆粒大小相近時，吸附、過濾、凝結的機率為最大；塵埃顆粒隨氣流運動時與水霧顆粒發(fā)生碰撞、吸附、凝結，形成的塵埃團將在重力作用下降落，從而達到最佳的除塵效果。對10 μm 以下肉眼看不見的呼吸性粉塵，其除塵率可以達到70%以上。

（2）快速降低周邊溫度。由于水的比熱大，高壓微霧霧點小、擴散范圍大，能很快蒸發(fā)并吸收周圍環(huán)境的熱量，從而使周圍環(huán)境溫度明顯降低。北京奧運會、上海世博會的室外降溫就是利用了微霧降溫的技術。

（3）有效消減有害氣體。硝氨炸藥放炮后產(chǎn)生氮氧化物、一氧化碳、二氧化硫、硫化氫、氨等有毒有害氣體擴散在空氣中。大部分有毒有害氣體當遇到高壓微霧，能夠被溶解稀釋，降低有毒有害氣體的濃度。

（4）產(chǎn)生大量的負氧離子。在高壓制霧的同時，由于水分子高速的碰撞，會產(chǎn)生大量的負氧離子，被稱為“空氣中的維生素”。每毫升的空氣可產(chǎn)生50 萬個負氧離子，超量的負氧離子讓人感覺猶如處在深山瀑布邊的清新涼爽。負離子還具有殺菌、除臭、清除一氧化碳、氨氣的作用。

3.2.2 高壓微霧應用效果

鑒于高壓微霧應用機理，礦井全面推廣應用于井下進回風巷、采掘作業(yè)點面及地面篩選系統(tǒng)。由于高壓微霧不會淋濕生產(chǎn)作業(yè)人員，不影響生產(chǎn)作業(yè)，得到生產(chǎn)作業(yè)人員的一致認可并得于正常使用。井上、下生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境得到了明顯的改善，采掘工作面粉塵得于有效治理，礦井進風流及采掘作業(yè)點面的溫度亦不同程度地下降了2 ℃～3 ℃，進一步提升了礦井高溫治理成效。

4 礦井高溫治理成效

2019 年以來，蘇橋煤礦通過對礦井通風系統(tǒng)的進一步優(yōu)化完善及高壓微霧的全面推廣應用，礦井高溫治理工作取得了突破性的進展。在治理過程中，不但完善了礦井通風及噴霧降塵系統(tǒng)，實現(xiàn)了高溫治理目的。同時也促進了礦井粉塵問題的有效治理，生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境得以有效改善，對提高采掘工效、穩(wěn)定職工隊伍、降低職業(yè)病取到了積極的作用，有效促進了企業(yè)安全健康發(fā)展。

5 結語

礦井深部地熱源體的存在，為礦井高溫的主要根源。高溫治理是一項長久、系統(tǒng)而復雜的工作。礦井各級管理人員需形成共識，在優(yōu)化完善礦井通風系統(tǒng)、增大風量及采取高壓微霧降溫的同時，在開拓設計、生產(chǎn)布局、采掘布置等各環(huán)節(jié)上都必須綜合考慮，注意與通風系統(tǒng)相結合，盡可能形成負壓通風及邊界對角式回風，并避免進風巷布置在高溫巖層中，不必加長進風路線的長度，以加劇礦井高溫問題。