[01644841]深部煤矿高温热害治理技术及其装备系统

煤炭是中国主要能源。由于长期开采，浅部煤炭资源日趋减少，大部分煤矿已相继进入深部开采阶段。深部煤矿开采工作面温度高达35℃-40℃，相对湿度达95%以上。这种高温高湿环境不但引起生产效率降低，而且使得井下工人体能下降，易产生高温中暑，严重影响身体健康和煤矿安全生产。中国《煤矿安全规程》第102条规定：“矿井采掘工作面空气温度超过26℃时，必须缩短超温点工人的工作时间，并给予高温保健待遇；空气温度超过30C，必须停止作业。”因此，深井高温热害已经成为制约深部煤矿安全的重大灾害，深井高温热害治理问题亟待解决。国际上深井高温热害治理主要有德国的集中制冷降温技术和南非的冰冷式降温技术。德国技术存在的主要问题：井下系统排热困难；混风降温模式，降温效果差，降湿不明显；地面系统投资太高，建设周期长，运行费用高。南非技术存在的主要问题：系统长，投资大；混风或喷淋降温，湿度增加；运行费用高。因此，研究一种降温降湿效果好、投资不大、运行费用低的深井高温热害治理技术及其相应的装备系统，已经成为深部煤矿安全生产的重大需求。该项目针对以上问题，结合煤矿生产工艺系统特点，综合运用工程地质和水文地质学、工程热物理学、地热学、采矿学、热力学等多学科理论，提出了以矿井涌水为冷源的深部煤矿高温热害治理技术原理，即：从现有矿井涌水中提取冷量，然后传输该冷量至深部工作面，与高温空气进行热交换，从而达到降低工作面温度的目的；研发了相应的装备系统，包括制冷工作站HEMS-I子系统、压力转换工作站HEMS-PT子系统和降温工作站HEMS-II子系统。这些装备系统全部拥有自主知识产权，已获国家发明专利授权5项。该项目技术具有如下特点：1．以井下矿井涌水为冷源，降温原理先进。2．纯风降温模式，降温效果好，同时可以降湿。3．投资小，能耗低，运行费用低。4．该项目技术并不仅仅是一个热害治理技术，它可以把从深井中置换出的热量以水为载体，通过泵站输送到地面工作站，升温后可以作为地面供热及洗浴的热源，从而形成井下降温采热、地面热能利用的热害资源化循环生产工艺系统，大大改善了井下工人的高温环境下的安全工作状况。项目技术已在中国典型的深井高温热害矿区徐州矿区成功应用。徐州矿区高温热害最严重的夹河矿和三河尖矿开采深度位于千米以下，夏季工作面温度高达35℃以上，湿度达到90%以上。应用该项目技术以前，每年都有百余人次晕倒中暑，严重影响安全生产。自2007年1月应用项目技术以来，工作面温度都能控制在30℃以内，相对湿度降低5%－15%。满足《煤矿安全规程》要求，避免了矿井停产，取得了显著的经济效益。同时，保障了井下工人身体健康和安全生产，社会效益显著。随着开采深度不断加深，中国大部分煤矿都会面临深部高温热害问题。因此，该项目将在深部煤矿高温热害治理中发挥重要作用，为中国深部煤矿安全生产做出应有贡献，具有广阔的推广应用前景。