本發(fā)明涉及礦井井下熱環(huán)境的處理方法，具體涉及一種礦井熱害防治方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》生產(chǎn)礦井采掘工作面空氣溫度超過(guò)30℃，機(jī)電設(shè)備硐室的空氣溫度超過(guò)34℃，必須停止作業(yè)。由于礦井開采深度不斷增加，礦井熱害已成為深部開采發(fā)展必須解決的重大問題，解決高溫問題，創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，既關(guān)系到礦井的安全高效發(fā)展，又直接關(guān)系到職工的身心健康。
目前礦井熱害處理主要通過(guò)機(jī)械制冷給井下風(fēng)流降溫，如通過(guò)制冷機(jī)組制備冷卻水，用冷凍水作為冷媒，依靠安裝在采掘工作面的空氣冷卻器冷卻工作面進(jìn)風(fēng)流，實(shí)現(xiàn)降溫或者使用冰冷低溫礦井降溫技術(shù)，采用成套制冰設(shè)備生產(chǎn)片冰，以片冰為載冷源輸送到井下，與水混合后產(chǎn)生低溫冷水輸送到采掘工作面，依靠安裝在采掘工作面的空氣冷卻器冷卻工作面進(jìn)風(fēng)流，達(dá)到降溫。以上兩種方式給礦井降溫工程的投資和運(yùn)行費(fèi)用都很高，并且這些費(fèi)用隨著礦井制冷降溫負(fù)荷和采掘水平的延伸不斷增加；并且這兩種方式的效率低，投資大，能耗大并且維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用高，如何在井下環(huán)境溫度上升至允許范圍之前進(jìn)行積極有效的預(yù)防和控制，最大限度的減少投資，提高效率，節(jié)約能源，改善井下生產(chǎn)環(huán)境，促進(jìn)安全生產(chǎn)是礦井熱害防治技術(shù)的研究重點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種礦井熱害防治方法。
本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
改變礦井由一處(礦井地面廣場(chǎng)主、副井)進(jìn)風(fēng)，供整個(gè)井下用風(fēng)的通風(fēng)方式，將礦井用風(fēng)分為數(shù)個(gè)用風(fēng)段，采用多處進(jìn)風(fēng)井向井下分段進(jìn)冷風(fēng)的方式給井下供風(fēng)。
礦井設(shè)置數(shù)個(gè)進(jìn)風(fēng)井，將井下用風(fēng)工作地點(diǎn)分為數(shù)個(gè)用風(fēng)段，每個(gè)用風(fēng)段設(shè)有至少一個(gè)進(jìn)風(fēng)井供該用風(fēng)段內(nèi)的用風(fēng)工作地點(diǎn)用風(fēng)。采用多處進(jìn)風(fēng)井向井下分段進(jìn)冷風(fēng)的通風(fēng)方式，給井下各用風(fēng)工作地點(diǎn)供風(fēng)。
所述礦井用風(fēng)段根據(jù)井下風(fēng)流溫度變化，可以設(shè)二段，也可以設(shè)三段，甚至多段；每個(gè)用風(fēng)段的進(jìn)風(fēng)井可以設(shè)在一處，也可以分二處、三處，甚至多處；每處進(jìn)風(fēng)井可以設(shè)一個(gè)，也可以設(shè)二個(gè)，甚至多個(gè)。
具體包括下述步驟
①礦井第一用風(fēng)段供風(fēng)由原進(jìn)風(fēng)井進(jìn)風(fēng)，井下風(fēng)流溫度隨著通風(fēng)距離的加長(zhǎng)而不斷增加，當(dāng)井下風(fēng)流溫度到達(dá)臨界溫度26℃前，設(shè)下一個(gè)用風(fēng)段和下一段進(jìn)風(fēng)井。改由下一段進(jìn)風(fēng)井進(jìn)冷風(fēng)為下一個(gè)用風(fēng)段供風(fēng)。
②重復(fù)步驟①直至礦井井下所有用風(fēng)地點(diǎn)均供得冷風(fēng)；
為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，還可以采用以下技術(shù)方案：
優(yōu)選的，當(dāng)?shù)孛姝h(huán)境溫度≥22℃時(shí)，對(duì)進(jìn)入各段進(jìn)風(fēng)井的空氣進(jìn)行降溫處理，降溫處理的方案為：在地表下變溫層、恒溫層內(nèi)設(shè)置數(shù)條通風(fēng)降溫風(fēng)道，各段的進(jìn)風(fēng)井均連接至少一條或數(shù)條通風(fēng)降溫風(fēng)道，通風(fēng)降溫風(fēng)道的出風(fēng)溫度＜22℃，氣流由通風(fēng)降溫風(fēng)道進(jìn)入各段進(jìn)風(fēng)井入風(fēng)口；
所述通風(fēng)降溫風(fēng)道在地下的變溫層、恒溫層內(nèi)的排布方向?yàn)閮A斜、水平或者垂直；通風(fēng)降溫風(fēng)道在地下的變溫層、恒溫層內(nèi)的排布方式為直線、曲線或者結(jié)合。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
本發(fā)明的的熱害防治方法根據(jù)井下巷道圍巖、礦井涌水等散熱造成的環(huán)境溫度變化，改變礦井傳統(tǒng)一處(礦井地面廣場(chǎng)主、副井)進(jìn)風(fēng)，供整個(gè)井下用風(fēng)的通風(fēng)方式，將礦井用風(fēng)分為數(shù)個(gè)用風(fēng)段，采用多處進(jìn)風(fēng)井向井下分段進(jìn)冷風(fēng)的方式給井下供風(fēng)。這樣在井下溫度達(dá)到一定值前，由下一段進(jìn)風(fēng)井進(jìn)冷風(fēng)，能把礦井熱害環(huán)境扼制在生成之前，從而能有效的預(yù)防和控制礦井熱害的產(chǎn)生；
本發(fā)明的熱害防治方法由于采取多處進(jìn)風(fēng)井給井下分段供冷風(fēng)方式，縮短了空氣在井下的通風(fēng)距離和滯留時(shí)間，減少了井下風(fēng)流沿途的空氣污染，提高了井下，特別是采、掘工作面的空氣質(zhì)量，改善了井下生產(chǎn)環(huán)境；
本發(fā)明的熱害防治方法在地面溫度高于22℃時(shí)，對(duì)入井空氣采取降溫措施，在現(xiàn)有降溫技術(shù)之外，提出一種高效、節(jié)能、利用自然環(huán)境降溫的方案，即根據(jù)地殼溫度變化特性，利用地表淺層溫度較低的變溫層和恒溫層給礦井入井空氣吸熱降溫。即在地表下(水體下)變溫層至恒溫層做一傾斜、水平、垂直通風(fēng)降溫風(fēng)道，給礦井進(jìn)風(fēng)降溫。讓進(jìn)入礦井的空氣首先通過(guò)風(fēng)道降溫冷卻，然后給礦井供風(fēng)，使入井空氣溫度控制在22℃以下；
本發(fā)明的熱害防治方法投資少，僅需建設(shè)各采區(qū)進(jìn)風(fēng)井、降溫風(fēng)道，節(jié)省了井下制冷降溫系統(tǒng)供電、制冷、散熱、空冷和管路等大量裝備和能源消耗，有效節(jié)省了投資、運(yùn)行費(fèi)用和維修費(fèi)用；
本發(fā)明的熱害防治方法由于采用分段供風(fēng)，每段通風(fēng)的距離均小于原礦井通風(fēng)距離，通風(fēng)阻力相對(duì)減少，能改善礦井通風(fēng)狀況，保證礦井的安全生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
礦井設(shè)置數(shù)個(gè)進(jìn)風(fēng)井，將井下用風(fēng)工作地點(diǎn)分為數(shù)個(gè)用風(fēng)段，每個(gè)用風(fēng)段設(shè)有至少一個(gè)進(jìn)風(fēng)井供該用風(fēng)段內(nèi)的用風(fēng)工作地點(diǎn)用風(fēng)。采用多處進(jìn)風(fēng)井給井下分段進(jìn)冷風(fēng)的通風(fēng)方式，給井下各用風(fēng)工作地點(diǎn)供風(fēng)。
所述礦井用風(fēng)段根據(jù)井下風(fēng)流溫度變化，可以設(shè)二段，也可以設(shè)三段，甚至多段；
每個(gè)用風(fēng)段的進(jìn)風(fēng)井可以設(shè)在一處，也可以分二處、三處，甚至多處；
每處進(jìn)風(fēng)井可以設(shè)一個(gè)，也可以設(shè)二個(gè)，甚至多個(gè)。
具體包括下述步驟：
①礦井第一用風(fēng)段供風(fēng)由原進(jìn)風(fēng)井進(jìn)風(fēng)，井下風(fēng)流溫度隨著通風(fēng)距離的加長(zhǎng)而不斷增加，當(dāng)井下風(fēng)流溫度到達(dá)臨界溫度26℃前，設(shè)下一個(gè)用風(fēng)段和下一段進(jìn)風(fēng)井。改由下一段進(jìn)風(fēng)井進(jìn)冷風(fēng)為下一個(gè)用風(fēng)段供風(fēng)。
②重復(fù)步驟①直至礦井井下所有用風(fēng)地點(diǎn)均供得冷風(fēng)；
為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，還可以采用以下技術(shù)方案：
根據(jù)地面環(huán)境氣候變化：
在地面環(huán)境溫度＜22℃時(shí)，地面空氣可以直接從各段進(jìn)風(fēng)井入井，但各進(jìn)風(fēng)井口在冬季要采取保溫措施，防止井口結(jié)冰；
當(dāng)?shù)孛姝h(huán)境溫度≥22℃時(shí)，對(duì)入井空氣作降溫處理，使之低于22℃。除現(xiàn)有降溫技術(shù)之外，提出一種高效、節(jié)能、利用自然環(huán)境給礦井進(jìn)風(fēng)降溫的方案，即根據(jù)以下地殼溫度變化特征，利用地表淺層溫度較低的變溫層和恒溫層吸熱降溫，具體方案為：
在地表下變溫層、恒溫層內(nèi)設(shè)置數(shù)條通風(fēng)降溫風(fēng)道，主、副井和其他各段的進(jìn)風(fēng)井均連接至少一條或數(shù)條通風(fēng)降溫風(fēng)道，通風(fēng)降溫風(fēng)道的出風(fēng)溫度＜22℃，氣流由通風(fēng)降溫風(fēng)道進(jìn)入主副井和其他各段進(jìn)風(fēng)井的進(jìn)風(fēng)口；
所述通風(fēng)降溫風(fēng)道在地下的變溫層、恒溫層內(nèi)的排布方向?yàn)閮A斜、水平或者垂直；
通風(fēng)降溫風(fēng)道在地下的變溫層、恒溫層內(nèi)的排布方式為直線、曲線或者結(jié)合。
在地球地下三千米內(nèi)的地層按照溫度變化情況分為三層：
①變溫層：溫度主要受太陽(yáng)影響，溫度隨著季節(jié)、晝夜變化，一般在0.5～1.5米深，年變化影響深度達(dá)10～15米；
②恒溫層：受太陽(yáng)能和大地?zé)崃鞯木C合作用，地球內(nèi)熱和上層變溫帶影響達(dá)到平衡，溫度基本不變，該層溫度與當(dāng)年地平均氣溫大致相當(dāng)，四季基本恒定，平均18℃左右；
③增溫層：深度每增加1km，地溫增值的梯度全球平均為25～30℃/km。
該方法可以在金屬、非金屬礦井應(yīng)用。也可以在非熱害礦井應(yīng)用，以改善礦井通風(fēng)狀況和井下工作環(huán)境。
實(shí)施例1
某煤礦井田位于溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)區(qū)，屬海洋與大陸間過(guò)渡性氣候，礦區(qū)四季分明。年平均氣溫為13.6℃。多年平均最低氣溫-2℃。月平均氣溫最低為-4.1℃，日最低氣溫-21℃；月平均最高氣溫29℃，日最高氣溫41.6℃。
根據(jù)地質(zhì)資料，礦區(qū)恒溫帶深度50～55m、溫度18.2℃；平均地溫梯度2.76℃/100m。初期采區(qū)大部分塊段原始巖溫為40～45℃，處于二級(jí)熱害區(qū)。
該礦地面大氣環(huán)境溫度5-10月平均氣溫大于20℃，7、8、9三個(gè)月達(dá)到28℃以上，其余在18℃以下。
井下風(fēng)流平均百米升溫達(dá)1.59℃。
礦井采用一對(duì)立井開拓方式。
根據(jù)礦井實(shí)際，將礦井通風(fēng)改為二段三處進(jìn)風(fēng)井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)井總回風(fēng)。方案如下：
第一段
進(jìn)風(fēng)井：原主、副井；
位置：地面廣場(chǎng)；
供風(fēng)范圍：井底車場(chǎng)至一、二采區(qū)進(jìn)風(fēng)巷二段進(jìn)風(fēng)井(鉆孔)之間沿途的機(jī)電硐室、運(yùn)輸巷道等用風(fēng)地點(diǎn)。
第二段：設(shè)二段1和二段2兩處；
在兩個(gè)采區(qū)進(jìn)風(fēng)巷至地面各建兩個(gè)垂直進(jìn)風(fēng)井(鉆孔)為二段1和二段2進(jìn)風(fēng)井。
二段1
進(jìn)風(fēng)井：二段1進(jìn)風(fēng)井(鉆孔)兩井；
位置：一采區(qū)進(jìn)風(fēng)巷地面標(biāo)高位置；
供風(fēng)范圍：二段1進(jìn)風(fēng)井(鉆孔)井底至一采區(qū)回風(fēng)巷之間，一采區(qū)范圍內(nèi)機(jī)電硐室、運(yùn)輸巷道及采、掘工作面用風(fēng)地點(diǎn)用風(fēng)。
二段2
進(jìn)風(fēng)井：二段2進(jìn)風(fēng)井(鉆孔)兩井；
位置：二采區(qū)進(jìn)風(fēng)巷地面標(biāo)高位置；
供風(fēng)范圍：二段2進(jìn)風(fēng)井(鉆孔)井底至二采區(qū)回風(fēng)巷之間，二采區(qū)范圍內(nèi)機(jī)電硐室、運(yùn)輸巷道及采、掘工作面用風(fēng)地點(diǎn)用風(fēng)。
在6、7、8、9、10幾個(gè)月，地面氣溫較高，對(duì)入井空氣采用機(jī)械制冷降溫技術(shù)進(jìn)行降溫處理，使礦井入井空氣溫度低于22℃，然后給礦井供風(fēng)。
在其他月份，地面氣溫較低，地面空氣直接由主、副井和二段進(jìn)風(fēng)井(鉆孔)進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)井回風(fēng)。
礦井通風(fēng)線路如下：
第一段：供風(fēng)通過(guò)地面廣場(chǎng)→主、副井井筒→運(yùn)輸大巷、輔助運(yùn)輸巷及沿途機(jī)電硐室→一、二采區(qū)進(jìn)風(fēng)巷→總回風(fēng)巷→回風(fēng)井。
第二段：一、二采區(qū)供風(fēng)通過(guò)一、二采區(qū)進(jìn)風(fēng)井(鉆孔)→一、二采區(qū)進(jìn)風(fēng)巷→一、二采區(qū)采、掘工作面→采區(qū)回風(fēng)巷→總回風(fēng)巷→回風(fēng)井。
實(shí)施該方案后，消除了礦井熱害，改善了礦井生產(chǎn)環(huán)境，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。
實(shí)施例2
某煤礦礦區(qū)氣候溫和，四季分明，屬溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)區(qū)海洋～大陸性氣候，據(jù)氣象觀測(cè)資料，年平均氣溫13.9℃，月平均最高氣溫32.4℃，月最低平均氣溫-5.2℃，每年的6、7、8三個(gè)月最熱。年平均相對(duì)濕度為72.53％，年平均氣壓101.21kPa。
根據(jù)地質(zhì)資料，該區(qū)恒溫帶深度50m、溫度18.9℃；平均地溫梯度2.88℃/100m，其中非煤系地層平均地溫梯度2.52℃/100m，煤系地層平均地溫梯度3.23℃/100m；礦井3煤層底板溫度平均41.38℃，處于一或二級(jí)高溫區(qū)，大部分為二級(jí)高溫區(qū)；礦井存在超大高水溫涌水，經(jīng)實(shí)測(cè)，井下水溫比同水平巖溫高4～6.3℃，
該礦地面大氣環(huán)境溫度5-10月平均氣溫大于20℃，7、8、9三個(gè)月達(dá)到28℃以上，其余在18℃以下。
經(jīng)實(shí)測(cè)，井下風(fēng)流平均百米升溫達(dá)到1.68℃。
礦井采用立井、主要石門和集中大巷的開拓方式。
根據(jù)礦井實(shí)際，將礦井通風(fēng)改為二段三處進(jìn)風(fēng)井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)井總回風(fēng)。方案如下：
第一段
進(jìn)風(fēng)井：原主、副井進(jìn)風(fēng)；
位置：地面廣場(chǎng)；
供風(fēng)范圍：井底車場(chǎng)至一、二采區(qū)進(jìn)風(fēng)巷二段1、二段2進(jìn)風(fēng)井(鉆孔)之間沿途的機(jī)電硐室、運(yùn)輸巷道等用風(fēng)地點(diǎn)。
第二段：設(shè)二段1和二段2兩處；
二段1
進(jìn)風(fēng)井：二段1進(jìn)風(fēng)井(鉆孔)兩井；
位置：一采區(qū)進(jìn)風(fēng)巷地面標(biāo)高位置；
供風(fēng)范圍：二段1進(jìn)風(fēng)井(鉆孔)井底至一采區(qū)回風(fēng)巷之間，一采區(qū)范圍內(nèi)機(jī)電硐室、運(yùn)輸巷道及采、掘工作面用風(fēng)地點(diǎn)用風(fēng)。
二段2
進(jìn)風(fēng)井：二段2進(jìn)風(fēng)井(鉆孔)兩井；
位置：二采區(qū)進(jìn)風(fēng)巷地面標(biāo)高位置；
供風(fēng)范圍：二段2進(jìn)風(fēng)井(鉆孔)井底至二采區(qū)回風(fēng)巷之間，二采區(qū)范圍內(nèi)機(jī)電硐室、運(yùn)輸巷道及采、掘工作面用風(fēng)地點(diǎn)用風(fēng)。
在兩個(gè)采區(qū)進(jìn)風(fēng)巷至地面各建兩條垂直進(jìn)風(fēng)井(鉆孔)為二段1和二段2進(jìn)風(fēng)井。
在地面廣場(chǎng)通過(guò)變溫層、恒溫層分別為主、副井各建兩條降溫風(fēng)道與主、副井進(jìn)風(fēng)口聯(lián)通。同時(shí)，從礦井地面廣場(chǎng)至二段1和二段2進(jìn)風(fēng)鉆孔通過(guò)變溫層、恒溫層各建四條(為增大散熱面積，提高降溫效果，各建四條)降溫風(fēng)道，每?jī)蓷l通風(fēng)降溫風(fēng)道分別與一條立井鉆孔進(jìn)風(fēng)口聯(lián)通，給一、二采區(qū)單獨(dú)供風(fēng)。
在5～10月份地面氣溫較高，地面空氣通過(guò)地表淺層變溫層、恒溫層降溫風(fēng)道降溫后入井。礦井通風(fēng)線路：
第一段：
供風(fēng)通過(guò)地面廣場(chǎng)→恒溫帶風(fēng)道→主、副井井筒→運(yùn)輸大巷、輔助運(yùn)輸巷及沿途機(jī)電硐室→一、二采區(qū)進(jìn)風(fēng)巷→總回風(fēng)巷→回風(fēng)井。
第二段：
二段1：一采區(qū)供風(fēng)通過(guò)地面廣場(chǎng)→恒溫帶風(fēng)道→二段1進(jìn)風(fēng)鉆孔→一采區(qū)進(jìn)風(fēng)巷→一采區(qū)采、掘工作面→一采區(qū)回風(fēng)巷→總回風(fēng)巷→回風(fēng)井。
二段2：二采區(qū)供風(fēng)通過(guò)地面廣場(chǎng)→恒溫帶風(fēng)道→二段2進(jìn)風(fēng)鉆孔→二采區(qū)進(jìn)風(fēng)巷→二采區(qū)采、掘工作面→二采區(qū)回風(fēng)巷→總回風(fēng)巷→回風(fēng)井。
其他月份，地面氣溫較低，井下通風(fēng)，直接由主、副井和一、二采區(qū)進(jìn)風(fēng)井(鉆孔)進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)井回風(fēng)。
實(shí)施該方案后，消除了礦井熱害，改善了礦井生產(chǎn)環(huán)境，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。同時(shí)實(shí)現(xiàn)礦井無(wú)動(dòng)力熱害治理。