矿井开采设计方法论文

矿井开采设计方法论文（共4篇）

矿井开采设计方法论文 篇1

1 方案比较法

1.1 方案比较的内容

煤矿开采的影响因素较多, 需要解决的问题的性质和涉及的范围各不相同, 在进行开拓方案设计时, 要按参加比较的方案特点、差别和复杂程度, 确定方案比较的具体项目、内容和重点。在一般情况下, 要比较的主要项目和内容有以下几类:一是工程量。要分别按实物单位计算。其中主要包括:井巷工程量、地面建筑工程量、机电设备的安装工程量和占用的农田面积、平整土地土石方数量等。二是基本建设投资。要分别按价值单位计算井巷和地面建筑、机电设备安装及其他工程的费用。在计算基建投资时, 要尤其注意初期投资。三是基本建设工期。四是生产经营费用, 要根据矿井生产过程计算出生产经营费用。五是矿井生产能力, 煤炭采出率, 巷道掘进率, 生产过程机械化程度, 机电设备和主要材料需要量等。

1.2 方案比较法的步骤

一是提出切实可行的方案并进行技术比较。二是经济比较。将几种方案详细地进行经济计算与比较。三是综合技术经济比较结果, 确定合理的矿井开拓方案在方案。四是按设计任务的要求, 编写出方案的详细文字说明, 绘出说明方案的相关图纸等等。

1.3 在进行方案比较时, 要注意以下问题

一是认真全面地研究各种条件和因素;不可遗漏方案;对方案中要列入的对比项目, 要进行反复核对, 以免遗漏。二是在进行经济计算时, 主要考虑重要项目的费用。三是相同费用项目不进行比较。若比较的方案是专门研究通风或排水问题, 就要进行比较;关于某项费用是否相同的问题, 也要进行具体分析, 如:两方案采用相同的井底车场及地面设施, 在两方案井型相同时, 应看做相同的项目不予比较。四是生产经营费用, 通常按一个水平或全矿服务期间的消耗总值计算。五是在进行大的方案比较前, 先将一些相同类型的局部方案进行比较, 求出合理的局部方案后, 再进行整体的方案比较。六是在进行经济比较时, 要把基本建设费用与生产经营费用分别列出。七是把各方案的矿井建设期限分别计算出来, 作为方案比较的因素之一。因为缩短建设工期, 能够节约施工费用。八是各方案的差别以百分比表示, 把总费用最小的方案定为100%, 其他各方案的费用与其相比较。九是对方案进行最终综合评价时, 应正确估计各项影响因素在研究方案中的重要性程度, 以按给定的目标, 选取最优方案。要按具体情况, 综合分析研究各个影响因素的主次关系, 择优选用。

2 统计分析法

统计分析法是按现有生产矿井的实际情况, 针对需要解决的问题进行调查统计, 借以分析某些技术参数之间的关系, 某些参数的合理平均值或可取值范围。

统计分析法的理论基础是数理统计原理。因其采矿问题非常复杂, 要得到大量同类可比的统计资料很困难, 对条件多样、影响因素复杂的技术方案问题, 不适合采用统计分析法。可作为一种辅助方法。因统计数据是在原有的生产技术条件下取得的, 在采用新技术和新工艺时, 原有数据则不能适应新的情况, 为提高设计质量, 要重新调查, 得到新的参数。

3 数学分析法

数学分析法一般采用以吨煤费用最低为准则, 列出吨煤费用与所求参数之间的函数关系, 采用微分法求极值的原理求解开采设计方案中一些参数的有利值。

运用数学分析法在解决具体问题时, 要设法列出目标函数与参变量之间的函数关系式, 再运用微分法求最高 (如产量、盈利和效率) 或最低 (如成本、材料消耗、能源消耗) 的极值, 此极值即是在经济上或其他指标最优参数值。此函数关系式可为单变量函数, 也可为多变量函数。此方法多用来研究合理的工作面长度、采区或盘区走向长度, 矿井生产能力等定量参数的最优值。变量的数目越多, 求解就越困难, 通常只用到三个数学分析法是以一定的技术方案为条件, 所拟定的技术方案不同, 其项目及编列的函数方程也不同。因此, 这种方法不能解决不同技术方案的对比, 只能用来研究某一方案的合理参数值。采矿问题非常复杂, 受多种因素影响, 为适应编列方程的需要, 在应用数学分析法时, 要把某些条件予以简化;数学分析方法不能全面考虑技术、安全和管理等因素, 因此, 只能将由数学分析法求得的参数值看做是相当大的合理值范围, 还要结合其他因素综合考虑。此方法虽然存在以上问题, 但是以数学形式反映各因素在量上的关系是非常简明的, 它是一种重要的研究方法, 作为方案比较法的重要补充。

4 经济数学规划法

随着应用数学的发展, 特别是电子计算机技术的应用, 为发展新的设计方法提供了有效的手段。经济数学规划法, 应用电子计算机解决矿井开采设矿井是复杂的煤炭生产工艺系统, 也是复杂的工程系统, 不但要使各分系统合理化, 还要使它们组成最优的矿井系统, 使整个系统实现最优, 可以运用规划论解决这一问题。经济数学模型由目标函数和约束条件组成。对矿井设计而言, 要按拟定的方案、设计要求来编列函数方程, 这就构成了规划论中的所谓目标函数;同时, 设计方案的某些技术参数, 则要满足一定的技术条件和“定额”的规定, 如果把其用数学式来描述, 便形成了规划论中的约束条件。生产实践表明, 多数矿井设计一般为非线性规划问题, 要设法求解多元目标函数在一定约束条件下的最大值 (如劳动生产率最高) 或最小值 (如吨煤费用最低) , 求出最佳配合的各项参数值。

采用经济数学规划法进行矿井开采设计的主要步骤如下: (1) 深入了解研究井田的地质条件和采矿技术条件, 提出各分系统技术上可行性的方案, 例如井田开拓方式、采准巷道布置方式、采煤方法、运输、提升和通风系统等。 (2) 按技术合理的要求编列各分系统的组合方式, 提出几个全矿井的工艺系统方案, 并绘制出各方案的草图。 (3) 论证最优化准则, 并确定实施方案的有关参数及其相关的费用项目, 例如与所求参数有关的基本建设费、运输费和生产经营费等。 (4) 按矿区地质条件、矿井参数、最优化准则和有关费用数值, 建立与方案对应的经济数学模型。 (5) 分析计算结果并选出最优方案和最佳参数值。

采用此方法进行矿井优化设计, 应结合层次分析法、模糊数学法来进行。采用系统工程的方法进行矿井优化设计, 因其影响矿井工艺系统的因素较多, 并随条件和时间而变化, 得到的最优结果是相对的, 还需要做大量的基础工作, 不断加以完善。

摘要：本文主要阐述了矿井开采设计的方案比较法、统计分析法、标准定额法、数学分析法和经济数学规划法等问题。

关键词：矿井,开采设计,方法

煤矿矿井边角煤的开采方法探讨 篇2

近几年来, 各个煤矿逐渐认识到呆滞的边角煤柱对今后开采可能会带来的难度, 甚至有可能会永远开采不出来, 给国家带来巨大的资源损失。煤矿资源需实现更高效率的开采, 提高煤矿的回收率, 才能给国家和企业带来更大的经济效益。

1 兴隆庄煤矿、立新煤矿的边角煤现状

兴隆庄煤矿是我国“六五”期间自行设计并建设的第一座年生产能力达300万吨的大型现代化矿井。近年来, 开采强度不断加大, 起初投产的采区生产将要结束, 然而在许多地方形成了大量的不规则边角煤, 如采区边界、采区上下山附近、断层、村庄保护煤柱及开采上限防水煤柱附近, 造成此现象的原因主要有长期的长壁综采、综放工作面开采以及地质、开采技术条件及村庄压煤的影响。而且随着矿井的进一步开采, 会有更多的残采煤柱和小块煤, 导致边角煤进一步增加。如果不能及时有效地开采出边角煤, 老矿区无法封闭, 那么就需要各种费用来维持, 而且会有一定的安全隐患, 不利于经济效益的提高和安全生产。

立新煤矿是个地方小型煤矿, 位于安徽铜陵市区往东4 km处, 其在50年代末就建设成了, 但是在1998年破产。立新煤矿矿井开采范围内, 有很多的区域是在六、七十年代采过的, 形成多处采空区, 其中也有很大的区域还没有开采。矿井恢复开采后, 采区开采布置正规工作面之后必然留下不规则的边角煤, 这些边角煤数量多, 煤炭储量可观, 边角煤的开采还是有很大的经济效益的。

2 边角煤自身所具有的特点分析

边角煤块段开采与正规综采、综放工作面开采相比有很大的区别。

1) 边角煤的开采基本上不能够像正规那样等长布置, 因为它的工作面短而且短距离变化大, 开采过程中要经常增减支架, 综采、综放设备很难在其中施展, 实现高效机械化非常难。

2) 在开采过程中, 每次只能开采很短的工作面, 回采的效率不高, 可采储量较少, 工作设备要经常撤除、搬家移面。

3) 边角煤各处都有, 而且它有不同的大小以及各种各样的形状。有许多不整齐的边角煤给开采工作面的布置带来一定的困难, 这些边角煤块边缘是一些不规则的形状, 使得巷道只能短距离布置。边角煤的工作面受到邻近的已采区或者地质破碎带的不安全因素影响大, 它的矿压和其他的正规工作面有很大的区别。

4) 边角煤绝大多数在断层、开切眼或者停采线附近, 被采空区、断层等包围, 周围的地质条件相对复杂, 断层、水、火及瓦斯等有害气体的威胁会对开采造成麻烦, 给工作面安全生产带来困难和问题。

3 边角煤的开采原则及开采方法

3.1 边角煤的开采原则

1) 用好现有的生产系统, 务必做到资本投入少、经济合理利用、安全有保障、管理和生产都能集中。

2) 在进行新的开采时, 工作面的开切眼边上就很有可能会出现以后没有办法开采的块段, 所以我们要设法先将边角煤开采出来, 然后再进行正规工作面的开采。

3) 在目前的开采系统下, 有些边角煤能够开采的, 就先做好计划并落实。

4) 仔细研究各个边角煤的块段存在的状况以及它们的特点, 开采之前要对煤矿的情况进行调研和认证, 要做到技术可行、安全有保障、经济效益合理, 研究并选择合适的开采方案, 提高回采率。

5) 由于煤矿的各种情况不同, 应当合理地布置不同的工作面, 才能有效地开采出煤炭资源。

6) 由于工作面较短且不规则, 尽量采用简单、轻便、灵活、易搬运工作面设备的开采方法, 适合其开采过程中添减设备及搬家移面。

3.2 边角煤的开采方法

1) 小型壁式工作面开采方法:对于一些大部分边角煤面积大、数量多的矿井, 可以布置许多个小壁式不规则工作面。工作面采用调采法, 但是此方法也有不足之处:在开采时工作面不能准确保证, 一端推进快使得工作面长度快速变化, 如果不进行适当的管理, 设备事故很可能发生。另外还有定长缩尾, 推进维护后出口法。

2) 穿采:在开采中会遇到许多区段面积小、储量少的边角煤, 构成不了壁式开采面, 此时, 就可以用掘进穿采的方式。根据软岩的特性, 即顶板会有可能破碎、其本身造成的压力大, 容易冒落, 在穿采过程中, 要时刻注意观察巷道顶底板和两帮的状态, 当出现安全状况时, 可以及时补救, 比如对棚距的加密、变形这段棚梁的修复, 穿好柱鞋等, 可以减少安全事故的发生。此方法经过立新煤矿十余年的实践, 只要加强穿采的技术管理, 并及时有效地采取措施, 采用穿采的方法回采边角煤, 效果是显著的。

3) 带采:受地质构造和设计影响, 靠工作面回风巷的一些区段小煤柱, 在后期可能会很难开采, 因此在工作面开采过程中, 针对顶板的情况, 在回风巷带采5~10 m, 将小煤柱采出、支口, 通风上采用导风板或导风帘通风, 这种方法也是由立新煤矿试采, 并已采出煤炭。

此外, 兴隆庄煤矿分析了自身特点, 它属于厚煤层边角煤。这种边角煤主要有高落式巷柱采煤法、短壁式分层开采、短壁式放顶煤开采。第一种资源开采效率比较低, 实现现代机械化有一定的难度, 生产工艺相对落后, 而且由于通风系统不完善, 安全问题严重, 可能会引发安全事故;短壁分层式与之相比, 煤炭资源回采率有明显提高, 大大地改善了安全和劳动条件, 尤其是短壁式综采分层开采, 现在的厚煤层开采对它应用较普遍, 技术经验也比较成熟。但是因为它的工作程序要复杂一些, 生产也不集中化, 效率比较低, 巷道往里掘进所需要的工程大, 工作面技术不经济, 在现在的开采技术下, 突破比较困难。而放顶煤开采技术是在近几年发展迅猛, 尤其综采放顶煤采煤法是我国在厚煤层开采的重大改革, 它是沿着煤层的底板布置出一个比较长的工作面。一方面用采煤机把落煤截割下来;另一方面矿压作用以及人工破碎的顶部的煤可以经过放顶煤支架放落下来。这种方法在兴隆庄煤矿成功运用, 比前两者有更大的优越性。表现在: (1) 能很好地适应一些变化大的煤层以及一些中小断层。 (2) 往里挖掘的工程总量减少, 减少了费用。 (3) 回收采集的工艺比较简单, 没有了铺网的过程, 减少许多材料和维护费用。 (4) 不用多次搬工作面, 节省了许多安装和搬迁的人力、物力、财力。 (5) 能够使矿井减面、集中生产、减人, 而且大大提高了工作效率。 (6) 不需要多次的切割和揭露煤层, 使自然发火的概率减少。 (7) 这些工作面的单位产量高, 成本相对低, 能得到较高的经济效益。

4 结语

边角煤的开采有着很大的意义, 开采方法更是多种多样。每个煤矿应该结合自己的煤矿特点, 选择最适合自己煤矿的方法, 而且务必要根据实际情况进行一定的改善。兴隆庄煤矿和立新煤矿找到了适合他们自己的方法, 这为其他煤矿在选择开采边角煤的方法上提供了更多的范例。

参考文献

[1]樊明, 丁言露, 刘飞, 等.采区边角煤开采方案研究[J].煤炭技术, 2011 (8) .

[2]褚红伟, 王洪存, 郭志伟.关于煤矿通风系统优化的研究[J].山东煤炭科技, 2011 (4) .

[3]关建闯, 李涛, 张继生.米村煤矿边角煤柱开采优化设计与应用[J].中州煤炭, 2010 (11) .

煤层对比方法在矿井开采中的应用 篇3

对于勘探阶段煤层对比, 前人研究的比较多, 技术也比较成熟。如何针对不同矿井不同情况, 寻找适合的煤层对比方法, 是矿井地质工作中的非常实际和重要的问题。本文就结合华亭煤业集团山寨煤矿开采期间煤层对比方法进行探讨。

1 概况

山寨井田的含煤地层为中侏罗统延安组, 总的平均厚度为153.81m。主要赋存5个煤层 (组) , 共7层煤。自上而下为煤1、煤2-1、煤2-2、煤2-3、煤3、煤4和煤5。煤5层系全区可采煤层, 煤3层属大部分可采煤层, 其它煤层均为零星可采或不可采煤层。

2 煤层对比

2.1 标志层对比

标志层对比是煤层对比工作中的最常用, 最有效的方法之一。山寨井田标志层如下:

(1) 主要标志层 (K3) -“似鲕状”砂岩:位于延安组第一段下部, 系煤5层底板。主要岩性为灰褐、灰黑色含石英细砾的砂岩及砂质泥岩。具有俗称的“似鲕状”结构, 层位稳定, 全区分布, 特征明显, 是确定煤5层的可靠标志。

(2) 局部标志层:系劣质油页岩, 条痕褐色, 页理较发育, 含油率极低。一般为二层, 第一层 (K1) 位于延安组第二段上部, 发育在距煤1顶板以上5~10m处, 厚度0.05~1.60m, 平均0.43m, 时而相变为灰黑色含炭泥岩, 层位较稳定, 是确定煤1的良好标志;第二层 (K2) 位于第二段Ⅱ旋回顶部, 煤4层之下, 厚度较K1大, 可达数米。在本井田特征明显, 作为对比煤4层和划分Ⅱ旋回顶界的局部标志层。

2.2 煤层层间距对比

层间距是指上一层煤底板与下一层煤顶板之间的垂直距离。通过研究, 山寨井田内发育的各煤层层间距分别为:煤1与煤2-1以及煤2-1和煤2-2间一般保持在11m左右, 而煤2-2与煤2-3及煤2-3和煤3间的间距较小, 一般为7m左右;煤1至煤3层的间距也较稳定, 一般在40m;煤3层与煤4层的间距由北向南明显增大, 一般两者相距10m左右;煤4与煤5间距变化大, 平均38m。总体讲各煤层层间距相对较稳定, 但由北向南、自西向东有增大的趋势, 差异性较明显, 有利于煤层对比。

2.3 煤层本身特征对比

煤层本身特征对比法, 是根据煤层的厚度、稳定性和结构复杂程度、煤的物理性质、煤岩特征和煤质资料等不同及其共有的组合关系等进行煤层对比的一种方法。

山寨井田煤层的发育特征及其组合规律极为明显, 因此利用煤层厚度, 结合煤层所处的剖面位置及整体变化趋势, 亦是区内煤层对比的主要方法之一。

山寨井田从含煤岩系垂向沉积的宏观方面看, 因煤系沉积环境的演变, 使主要含煤段、复含煤段以及不含煤段截然分离, 自成体系, 加之局部标志层相映, 泾渭分明, 互不混淆。这给段与旋回的划分和各煤层的对比提供了较好的地质依据。

煤1层:系全区层位稳定煤层, 无论其它煤层存在与否, 煤1层或层位总是存在的, 这为对比其它煤层起了提纲携领的作用。煤1层厚度较小, 仅零星可采, 含2~3层夹矸, 最多达4层, 特征明显易对比。

煤2层 (组) :虽称煤组, 但以三层单独煤层出现, 从上到下为煤2-1、煤2-2、煤2-3, 其稳定性依次变好, 厚度也有增大之趋势。煤2-2与煤2-3多相伴出现。

煤3层:为第二段中厚度最大, 层位最稳定的一层煤。除4勘探线以南尖灭外, 基本可见及。结构简单, 且煤层上下多发育炭质泥岩。系复合含煤段的主干煤层, 也极易对比。

煤4层:厚度小, 层位较稳定, 有时分层较多, 位于煤3和煤5之间, 亦较易确定其层位。

煤5层:层位稳定, 厚度大, 一般为特厚煤层, 属基本遍及全区的较稳定煤层, 上部结构复杂, 下部相对较简单, 且居于煤系地层之下部, 其本身特征就是良好的对比标志。

3 煤层对比方法的综合应用

以上煤层对比方法都是矿井开采期间的常用方法, 在山寨煤矿煤5层开采及煤3层的首次揭露过程中都得到了应用。尤其是在煤3层的首次揭露上, 效果非常明显。

在煤3层首次揭露期间, 由于揭露区距周边钻孔比较远 (均在200m以上) 。在该区附近的巷道掘进过程中就已经揭露了煤4层及其底板K2标志层 (如图1) 。通过对周边钻孔资料对比, 发现煤4与煤3的间距均在10~12m之间。通过计算, 两者的水平距离应在30~35m之间。而该区域煤3层底板等高线资料显示, 该段煤4与煤3层的水平距离在85m左右, 两者相差太大, 为巷道设计及施工带来困难。为了消除疑虑, 在该处打了一组探煤孔进行验证后发现, 在距离煤4层底板10.5m处有一厚度2.5m在煤层。故对原设计的25°上山揭露改为水平石门揭露, 结果在水平距离32.5m处揭露了一层真厚度为2.2m的煤层。为了进一步证实该煤层为煤3层, 采用了如下几种煤层对比方法:通过对煤层间距对比, 水平距离32.5m与之前预测的30~35m基本相符;揭露煤层的厚度与周边钻孔的平均厚度基本相符;煤3层的底板岩性为细砂岩, 与周边钻孔一致;煤层中夹矸及其煤层的煤岩特征与地质报告一直;煤4层底板K2标志层是一典型的劣质油页岩, 可以作为煤层对比的重要依据。通过以上方法的综合应用, 最后确定已揭露的煤层为目的层煤3层, 从而避免了设计上的一次较大的失误, 也为今后煤层揭露及对比提供了有力的技术支撑。

4 结论

(1) 从矿井地质条件及煤层赋存状况分析, 通过利用含煤段特征、煤层的标志层、结构、间距、厚度、顶底板岩性及化石特征等煤层对比方法, 可以准确地确定煤层群开采的层位。

(2) 通过煤层综合对比, 能够科学地指导煤层群开采的层位控制, 为矿井开采设计提供技术保障, 促进矿井的安全高效生产。

(3) 矿井开采期间的煤层对比, 应因矿井的不同, 开采区域的不同, 而采用不同的对比方法, 不能一概而论, 但总体来说必须尽可能地对比准确、可靠。

摘要：在矿井开采期间, 为了能够准确地对煤层进行揭露及开采, 减少因盲目揭露而造成的损失, 通过对已有地质资料的分析研究, 利用含煤段特征、煤层的标志层、结构、间距、厚度、顶底板岩性及化石特征等综合的煤层对比方法, 可以准确地确定煤层群开采的层位, 科学地指导煤层群开采的层位控制, 为矿井开采设计提供技术保障, 促进矿井的安全高效生产。

关键词：煤层群开采,煤层对比,标志层,顶底板

参考文献

[1]邹常玺, 张培础.煤田地质学[M].北京:煤炭工业出版社, 1989:224~244.

[2]赵鹏大, 李万亨.矿床勘查与评价[M].北京:地质出版社, 1995:206~208.

矿井深部开采热害治理 篇4

近年来, 伴随煤炭产业的迅猛发展, 浅层煤炭资源日益殆尽, 深部开采成为其未来发展不可避免的趋势之一。但伴随采深的逐渐增大, 井下回采工作面的温度会不断上升并超过国家所规定的26 ℃分界线, 以华北地区为例, 作为中国传统煤炭采区和热害重灾区, 其部分矿井开采深度已超过700 m, 井下煤岩体温度多处于40 ℃以上, 这对井下作业人员的生命健康有着致命威胁。鉴于此, 加强深部开采热害的原因分析与防治对于确保煤炭资源的安全、高效回采, 促进煤炭产业长久可持续发展意义重大。

1 深井热害的形成原因

矿井高温是指井下温度超过30 ℃, 而其高温的产生主要来源于四方面:围岩散热、机电设备产热、空气的自压缩热及矿物的氧化散热。

1.1 围岩散热

井下原始岩温就是指井下尚未受到扰动的岩石温度, 这些岩石温度会随深度的增加而不断增高。中国地温梯度是100 m/3 ℃。而这种变化产生的原因是地心径向向外散发的热流扰动所致。这种变化速度即地温梯度变化速度, 受两个因素的影响:大地热流值及岩石导温系数, 而其变化的具体数值则由具体的埋深和地温梯度所决定。在生产实际中围岩散热的实现途径主要有两条:通过裂隙水的对流实现热传导及通过岩体自身热传导实现[1]。

1.2 机电设备的散热

中国井下生产设备, 其动力主要依靠电源, 这些机电设备在使用过程中不可能达到对电能的百分百应用, 所损耗电能就全部转化成了热量, 并散发到周围环境中, 成为高温环境形成的源头之一。

1.3 空气的自压缩热

准确而言空气的自压缩热并不是来自某一种热源, 其原由是因为空气在重力作用下会沿着巷道发生向下的流动, 在流动过程中空气势能转化为空气热能, 继而导致空气温度上升。这种现象在浅层矿井中并无多大影响, 但在深井中因为能量转换量的增多, 矿井回风系统中风流温度的升高主要就是由其自压缩放热所致。

1.4 矿石的氧化放热

煤矿、硫化矿等碎石矿体都会在与空气的接触中发生氧化而散发大量的热, 尤其是煤的氧化放热甚至可能造成煤炭自燃。而在平时的生产中, 工作面热量主要来源之一就是煤炭氧化散热。例如使用放顶煤进行开采的矿井, 其工作面所有热量的30%乃至一半以上均来自采空区煤氧化所产生的热。

此外, 使用炸药时也会产生大量的热。例如井下常用的2#岩石销铵炸药, 其爆炸时产生的热量可达3 639k J/kg, 因此进行爆破开采的工作面, 炸药的爆炸热也因是热害产生的源头之一[2]。

2 深井高温治理措施

2.1 非人工制冷降温

a) 控制热源降温。对热源的降温主要集中于热源隔离与设备散热两方面。其中对于源于井下高温岩层的地热热源可通过向岩壁喷涂有效的隔热、阻热材料的方法进行隔绝;对于井下机电设施的散热控制可通过科学、合理的设备选型选择功率最佳的机电设施, 并将其安设在井下回风巷等便于散热且不影响工作面的区域;

b) 通风降温。该措施的实施可通过下述三方面实施: (a) 合理调控井下风量, 适度增加工作面通风量, 以降低工作面环境温度; (b) 优化升级井下通风系统, 减少漏风现象, 降低风阻, 提升通风效果; (c) 科学规划井下通风方式, 提升通过回采面的有效风量;

c) 选择适当的开拓方式与回采工艺。通过对众多生产实践资料的分析可知, 井下开拓方式的选择同井下环境温度有着密切联系。分区式开拓能大幅削减井下进风路线, 从而尽可能避免风流在抵达工作面前的大幅增温;多巷道同时掘进也有助于增加通风量从而降低工作面温度;工作面回采工艺的改进, 如增加喷淋设备、增设局部风机、对煤壁进行预注水作业等, 都有助于实现回采工作面温度的有效控制;

d) 个体防护。对井下局部环境极为恶劣且分散的高温作业区, 由于不便于开展集中降温, 可通过个体防护避免工人遭受高温伤害。其中较为常见的手段是为井下作业人员配备专业且轻便的冷却服。这种装备不仅能有效隔绝高温环境对人体的负面影响, 同时还可对人体散热进行有效吸收, 从而增强工作人员的持续工作能力。多年来, 中国先后研制了多款井下专用冷却服, 在实际使用中获得了优良效果[3]。

2.2 人工制冷降温技术

随着井下开采深度的进一步增加和热害现象进一步加剧, 常规热害治理措施所起到的效果越发有限, 对此就需配备专业制冷设备进行人工制冷。目前较为常见的井下人工制冷方法有压缩空气制冷与人工制冷水空调系统两种。

2.2.1 压缩空气制冷

压缩空气制冷系统示意图如图1所示。先由压缩机对空气进行吸收、压缩并经冷却器冷却后, 再通过减压机减压膨胀后由管道输送到采掘工作面, 通过引射器均匀喷向工作面, 吸收工作面风流的热量达到降温目的。1989年南非一金矿建成了压缩空气制冷系统, 利用压缩空气作为供冷媒质, 直接向采掘工作面喷射制冷。该系统采用压缩空气作为载冷介质, 大大减小了输气管道断面积, 能有效解决中国当前矿井集中降温中存在的实际问题;可用金属或橡胶软管沿工作面布置, 使工作面上冷量均匀分布, 降温效果好, 且系统简单, 应用灵活。由于压缩空气吸热量有限, 该方法只能应用于需冷量不大的小型矿井降温系统。1993年, 平顶山矿务局和609研究所研制成KKL- 101无氟空气压缩机, 为中国矿井空调开辟了一条新途径[4]。

2.2.2 人工制冷水空调系统

从20世纪70年代以来, 人工制冷水矿井空调系统开始迅速发展。根据制冷站的安装位置, 该系统主要分为:地面集中式空调系统、井下集中式空调系统。

a) 地面集中式空调系统。地面集中式空调系统如图2所示。主要工艺是将制冷站设在地面工业场地内, 安装冷水机组若干台, 制冷机组出来的冷水通过保冷管道送至设置在井下开采水平的高低压换热器中, 由高低压换热器转换的二次低压冷水, 用泵送至各采掘工作面空冷器冷却风流, 冷凝热由地面冷却塔排放;

b) 井下集中式空调系统。井下集中制冷降温系统如图3所示。主要工艺是在井下设置1个集中制冷站, 根据需要安装冷水机组若干台, 保证全矿井井下采掘工作面的冷量需要。制冷机蒸发器蒸发出来的低温冷水通过保冷管道, 送至各采掘工作面的空冷器冷却风流, 在井下排放冷凝热。该系统仅有冷水循环管路, 这种布置形式只适用于需冷量和开采深度不太大的矿井[5]。

3 结语

随着中国煤炭行业的不断发展和煤炭需求量的不断增长, 煤矿开采深度将会不断加深, 高温矿井数量也将会越来越多。如何有效解决深井热害成为每位矿山科研人员所关注的问题。加强对深井热害治理技术的研究, 深化和加强已有技术的同时开拓创新, 增强对冷却服风新技术的探究和研发, 为中国未来深井开采的普及奠定良好基础和有力技术保障, 为中国煤炭行业的长久发展保驾护航。

摘要：叙述了开展热害治理的必要性, 分析了深部热害的形成原因, 并在此基础上从非人工制冷与人工制冷两个角度对当前常用的热害治理措施展开论述, 从而为井下热害的有效治理提供一定的借鉴与参考。

关键词：矿井,深部开采,热害,原因分析,治理措施

参考文献

[1]罗威, 宋选民, 刘成.千米深井热害防治技术[J].煤矿安全, 2014 (8) :88-91.

[2]武海滨.深部矿井热害的分析与研究[J].山东煤炭科技, 2014 (7) :74-75.

[3]王伟宁, 许光泉, 李佩全, 等.丁集矿区地温变化规律及深部热害预测[J].煤矿安全, 2010 (6) :103-105.

[4]郭平业, 秦飞.张双楼煤矿深井热害控制及其资源化利用技术应用[J].煤炭学报, 2013 (S2) :393-398.