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1、第八章第八章 矿井热害矿井热害中国矿业大学多媒体教学课件8.1 概述随着矿井开采深度逐渐增加，综合机械化随着矿井开采深度逐渐增加，综合机械化程度不断提高，地热和井下设备向井下空程度不断提高，地热和井下设备向井下空气散发的热量显著增加；气散发的热量显著增加；地处温泉地带的矿井，由于从岩石裂隙中地处温泉地带的矿井，由于从岩石裂隙中涌出的热水或与热水接触的高温围岩放热，涌出的热水或与热水接触的高温围岩放热，也都能使矿内气温升高，湿度增大。也都能使矿内气温升高，湿度增大。矿内高温、高湿环境严重影响井下作业人矿内高温、高湿环境严重影响井下作业人员的身体健康和生产效率，已造成灾害员的身体健康和生产效率，已
2、造成灾害热害。矿井热害最终将成为制约矿物开热害。矿井热害最终将成为制约矿物开采深度的决定性因素。采深度的决定性因素。8.2 矿井主要热源及其散热量 能引起矿井气温值升高的环境因素统称为能引起矿井气温值升高的环境因素统称为矿井热源。矿井热源。矿井热源包括：井巷围岩传热、机电设备矿井热源包括：井巷围岩传热、机电设备放热、煤炭与矸石放热、矿物及其它有机放热、煤炭与矸石放热、矿物及其它有机物放热、人员放热和热水放热等。物放热、人员放热和热水放热等。一、井巷围岩传热一、井巷围岩传热1 1围岩原始温度的测算围岩原始温度的测算围岩原始温度是指井巷周围未被通风冷却的原围岩原始温度是指井巷周围未被通风冷却的原始
3、岩层温度。由于在地表大气和大地热流场的共同始岩层温度。由于在地表大气和大地热流场的共同作用下，岩层原始温度沿垂直方向上大致可划分为作用下，岩层原始温度沿垂直方向上大致可划分为三个层带：三个层带：变温带：在地表浅部由于受地表大气的影响，变温带：在地表浅部由于受地表大气的影响，岩层原始温度随地表大气温度的变化而呈周期性地岩层原始温度随地表大气温度的变化而呈周期性地变化，称变温带。变化，称变温带。恒温带：随着深度的增加，岩温常年基本保持恒温带：随着深度的增加，岩温常年基本保持不变，这一层带称为恒温带，恒温带的温度约比当不变，这一层带称为恒温带，恒温带的温度约比当地年平均气温高地年平均气温高1 122
4、。增温带：在恒温带以下，由于受大地热流场增温带：在恒温带以下，由于受大地热流场的影响，在一定的区域范围内，岩层原始温度的影响，在一定的区域范围内，岩层原始温度随深度的增加而增加，大致呈线性的变化规律，随深度的增加而增加，大致呈线性的变化规律，这一层带称为增温带。这一层带称为增温带。地温率：指恒温带以下岩层温度每增加地温率：指恒温带以下岩层温度每增加11所所增加垂直深度，即：增加垂直深度，即：m/m/地地温温梯梯度度：指指恒恒温温带带以以下下，垂垂直直深深度度每每增增加加100m100m时时，原原始始岩岩温温的的升升高高值值，它它与与地地温温率之间的关系为：率之间的关系为：G Gr r=100=
5、100/g/gr r /100m /100m 式中式中g gr r地温率，地温率，m/m/；G Gr r地温梯度，地温梯度，/100m/100m；Z Z0 0、ZZ恒恒温温带带深深度度和和岩岩层层温温度度测测算算处处的的深度，深度，m m；t tr0r0、t tr r恒温带温度和岩层原始温度，恒温带温度和岩层原始温度，。矿区名称矿区名称 恒温带深度恒温带深度 Z Z0 0(m)(m)恒温带温度恒温带温度t tr0r0()()地温率地温率 g gr r(m/)(m/)辽宁抚顺辽宁抚顺 山东枣庄山东枣庄 平顶山矿区平顶山矿区 罗河铁矿区罗河铁矿区安徽淮南潘集安徽淮南潘集辽宁北票台吉辽宁北票台吉 广
6、西合山广西合山 浙江长广浙江长广 湖北黄石湖北黄石 25253030 40 40 25 25 25 25 25 25 27 27 20 20 31 31 31 31 10.5 10.5 17.0 17.0 17.2 17.2 18.9 18.9 16.8 16.8 10.6 10.6 23.1 23.1 18.9 18.9 18.8 18.8 30304545 31 312121 59 5925 25 33.733.7 40 40373740404444 43.3 43.339.8 39.8 表表 1 1 我国部分矿区恒温带参数我国部分矿区恒温带参数 2 2围岩与风流间传热量围岩与风流间传热量
7、 井井巷巷围围岩岩与与风风流流间间的的传传热热是是一一个个复复杂杂的的不不稳稳定定传传热热过过程程。常常将将复复杂杂的的影影响响因因素素归归结结到到传传热热系系数数中中讨讨论论。因此，井巷围岩与风流间的传热量可按下式计算：因此，井巷围岩与风流间的传热量可按下式计算：Q Qr rK KUL(tUL(trmrm-t)t)，kW kW 式中式中Q Qr r井巷围岩传热量，井巷围岩传热量，kWkW；K K围围 岩岩 与与 风风 流流 间间 的的 不不 稳稳 定定 换换 热热 系系 数数，kW/(mkW/(m2 2)；UU井巷周长，井巷周长，m m；LL井巷长度，井巷长度，m m；t trmrm平均原始
8、岩温，平均原始岩温，；tt井巷中平均风温，井巷中平均风温，。二、机电设备放热二、机电设备放热1.1.采掘设备放热采掘设备放热 采掘设备运转所消耗的电能最终都将转化为热采掘设备运转所消耗的电能最终都将转化为热能，其中大部分将被采掘工作面风流所吸收。风能，其中大部分将被采掘工作面风流所吸收。风流所吸收的热能中小部分能引起风流的温升，其流所吸收的热能中小部分能引起风流的温升，其中大部分转化成汽化潜热引起焓增。采掘设备运中大部分转化成汽化潜热引起焓增。采掘设备运转放热一般可按下式计算：转放热一般可按下式计算：Q Qc cNN，kWkW其中其中Q Qc c风流所吸收的热量，风流所吸收的热量，kWkW；采
9、采掘掘设设备备运运转转放放热热中中风风流流的的吸吸热热比比例例系系数；数；值可通过实测统计来确定。值可通过实测统计来确定。N N采掘设备实耗功率，采掘设备实耗功率，kWkW。2.2.其它电动设备放热其它电动设备放热电动设备放热量一般可按下式计算：电动设备放热量一般可按下式计算：Q Qe e(1-(1-t t)m mN N，kW kW 其中其中Q Qe e电动设备放热量，电动设备放热量，KWKW；N N电动机的额定功率，电动机的额定功率，kWkW；t t提提升升设设备备的的机机械械效效率率，非非提提升升设设备备或下放物料或下放物料t t=0=0；m m电电动动机机的的综综合合效效率率，包包括括负
10、负荷荷率率、每日运转时间和电动机效率等因素。每日运转时间和电动机效率等因素。三、运输中煤炭及矸石的放热 在在以以运运输输机机巷巷作作为为进进风风巷巷的的采采区区通通风风系系统统中中，运运输输中中煤煤炭炭及及矸矸石石的的放放热热是是一一种种比比较较重重要要的的热热源源，其其放放热热量量一一般可用下式近似计算：般可用下式近似计算：KWKWQ Qk k运输中煤炭或矸石的放热量，运输中煤炭或矸石的放热量，KWKW；mm煤炭或矸石的运输量，煤炭或矸石的运输量，Kg/sKg/s；C Cm m煤炭或矸石的比热，煤炭或矸石的比热，KJ/(KgKJ/(Kg)；tt煤煤或或矸矸石石与与空空气气温温差差，。可可由由
11、实实测测确确定定，也也可用下式估算：可用下式估算：LL运输距离，运输距离，m m；t tr r运运输输中中煤煤炭炭或或矸矸石石的的平平均均温温度度，一一般般较较回回采采工工作面的原始岩温低作面的原始岩温低4 488；t twmwm运输巷道中风流的平均湿球温度，运输巷道中风流的平均湿球温度，。四、矿物及其它有机物的氧化放热四、矿物及其它有机物的氧化放热 井井下下矿矿物物及及其其它它有有机机物物的的氧氧化化放放热热是是一一个个十十分分复复杂杂的的过过程程，很很难难将将它它与与其其它它热热源源分分离离开开来来单单独独计计算算，现现一一般般采采用用下下式式估估算算：kWkW式中式中 Q Q0 0氧化放
12、热量，氧化放热量，kWkW V V巷道中平均风速，巷道中平均风速，m/sm/s；q q0 0当当V V1m/s1m/s 时时单单位位面面积积氧氧化化放放热热量量，kW/mkW/m2 2；在在无无实实测测资资料料时时，可可取取3 34.64.61010-3-3 kW/mkW/m2 2。五、人员放热五、人员放热在在人人员员比比较较集集中中的的采采掘掘工工作作面面，人人员员放放热热对对工工作作面面的的气气候候条条件件也也有有一一定定的的影影响响。人人员员放放热热与与劳劳动动强强度度和和个个人人体体质质有有关关，现现一一般般按按下式进行计算：下式进行计算：kWkW Q Qw0w0人员放热量，人员放热量
13、，kWkW n n工作面总人数；工作面总人数；qq每每人人发发热热量量，一一般般参参考考以以下下数数据据取取值值；静静止止状状态态时时取取0.090.090.12kW0.12kW；轻轻度度体体力力劳劳动动时时取取0.2kW0.2kW；中中等等体体力力劳劳动动时时取取0.275kW0.275kW；繁重体力劳动时取；繁重体力劳动时取0.47kW0.47kW。六、热水放热井下热水放热主要取决于水温、水量和排水方式。当井下热水放热主要取决于水温、水量和排水方式。当采用有盖水沟或管道排水时，其传热量可按下式计算：采用有盖水沟或管道排水时，其传热量可按下式计算：kWkW Q Qw w热水传热量，热水传热量
14、，J J；K Kw w水沟盖板或管道的传热系数，水沟盖板或管道的传热系数，kW/(mkW/(m2 2)；SS水与空气间的传热面积。水沟排水水与空气间的传热面积。水沟排水:S:SB Bw wL L，m m2 2；管道排水管道排水:S:S m m2 2 L L，m m2 2；B Bw w水沟宽度，水沟宽度，m m；D D2 2管道外径，管道外径，m m；LL水沟长度，水沟长度，m m；t tw w 水沟或管道中水的平均温度，水沟或管道中水的平均温度，；tt巷道中风流的平均温度，巷道中风流的平均温度，。水沟盖板的传热系数可按下式确定：水沟盖板的传热系数可按下式确定：管道传热系数可按下式确定:kW/(
15、m2)1 1水与水沟盖板或管道内壁的对流换热系数，水与水沟盖板或管道内壁的对流换热系数，kW/kW/(m(m2 2)；2 2水沟盖板或管道外壁与巷道空气对水沟盖板或管道外壁与巷道空气对流换热系数，流换热系数，kW/(mkW/(m2 2)；盖板厚度，盖板厚度，m m；盖板或管壁材料的导热系数，盖板或管壁材料的导热系数，kW/(mkW/(m2 2)；D D1 1管道内径，管道内径，m m；D D2 2管道外径，管道外径，m m。8.3 8.3 矿山热环境矿山热环境 一、人体与矿内热环境的关系一、人体与矿内热环境的关系井井下下作作业业不不仅仅是是一一项项高高耗耗能能作作业业，而而且且其其危危险险性性
16、很很大大。研研究究人人体体与与热热环环境境的的关关系系有有利利于于采采取取适适当当的的措措施施以以保保护护矿矿工工的的身身体体健健康康和提高劳动生产率。和提高劳动生产率。人人体体热热平平衡衡和和舒舒适适感感、人人体体的的散散热热、矿矿内热环境对人的影响内热环境对人的影响。1 1、矿井热环境对工人身体健康的影响、矿井热环境对工人身体健康的影响 u高温高湿的气候环境不仅会使人感到不舒适，高温高湿的气候环境不仅会使人感到不舒适，产生过高的热应力破坏人体的热平衡，而且可能导产生过高的热应力破坏人体的热平衡，而且可能导致中暑，使人的心理、生理反应失常，从而降低劳致中暑，使人的心理、生理反应失常，从而降低
17、劳动生产率，增大事故率。动生产率，增大事故率。u新陈代谢产热量主要与体力劳动强度成正比，新陈代谢产热量主要与体力劳动强度成正比，而它的生理作用是决定于总的热应力。因此，人体而它的生理作用是决定于总的热应力。因此，人体的总产热量与人体的总散热量之间要保持相互平衡，的总产热量与人体的总散热量之间要保持相互平衡，以保证体温恒定在正常范围之内。以保证体温恒定在正常范围之内。2 2、热环境对工人生理功能的影响、热环境对工人生理功能的影响 u高温高湿气候对矿工的影响是多方面的。恶劣高温高湿气候对矿工的影响是多方面的。恶劣的气候条件会降低人的体力和脑力，严重时会损伤的气候条件会降低人的体力和脑力，严重时会损
18、伤人身的健康，甚至危及生命。人身的健康，甚至危及生命。u人体处在热环境时，血管舒张，血流量增多，人体处在热环境时，血管舒张，血流量增多，由血液带到皮肤的热量增多，皮肤的温度升高，从由血液带到皮肤的热量增多，皮肤的温度升高，从而增大了与环境的对流和辐射换热而增大了与环境的对流和辐射换热。3 3、不同气候条件人体热感觉和对人、不同气候条件人体热感觉和对人体健康的影响体健康的影响风温，风温，相对湿度，相对湿度，%风速，风速，m/sm/s矿工感觉矿工感觉2121 282896960.50.5闷热闷热97970.50.5 2.02.0热热97972.02.0 2.52.5稍热稍热2828 2929979
19、71.033凉爽凉爽2929 303097971.54.04.0凉爽凉爽303095954.04.0热热有效温度有效温度（）热感热感觉觉生理学作用生理学作用肌体反应肌体反应4242 4040很热很热强烈的热效应力影强烈的热效应力影响出汗和血液循响出汗和血液循环环面临极大的热危害，妨面临极大的热危害，妨害心脏血管的血液害心脏血管的血液循环循环3535热热随着劳动强度增加，随着劳动强度增加，出汗量迅速增加出汗量迅速增加心脏负担加重，水盐代心脏负担加重，水盐代谢加快谢加快3232稍热稍热随着劳动强度的增随着劳动强度的增加出汗量增加加出汗量增加心跳增加，稍有心跳增加，稍有3030暖和暖和以出汗方式进行
20、正以出汗方式进行正常的体温调节常的体温调节没有明显的不适感没有明显的不适感2525舒适舒适靠肌肉的血液循环靠肌肉的血液循环来调节来调节正常正常2020凉快凉快利用衣服加强显热利用衣服加强显热散热和调节作用散热和调节作用正常正常1515冷冷鼻子和手的血管收鼻子和手的血管收缩缩黏膜、皮肤干燥黏膜、皮肤干燥1010很冷很冷肌肉疼痛，妨碍表皮血肌肉疼痛，妨碍表皮血液循环液循环二、热环境对井下生产效率的影响二、热环境对井下生产效率的影响等效温度与生产效率的关系 804002.0 m/s 100602027 28 29 30 31 32 33 34 35 364.1 m/s0.5 m/s 工作效率（%）温
21、度（）体力劳动工作效率与温度和风速关系 三、热环境对安全生产的影响三、热环境对安全生产的影响根据根据煤矿安全规程煤矿安全规程规定：规定：“生产矿井采掘工生产矿井采掘工作面的空气温度不得超过作面的空气温度不得超过2626”；“采掘工作面的采掘工作面的空气温度超过空气温度超过3030，必须采取降温措施逐步解决，必须采取降温措施逐步解决”。高温高湿环境不仅严重地危害了人体的身体健高温高湿环境不仅严重地危害了人体的身体健康，而且时刻威胁着生产的正常进行。因为人体在康，而且时刻威胁着生产的正常进行。因为人体在热环境中，中枢神经系统受到抑制，使注意力分散，热环境中，中枢神经系统受到抑制，使注意力分散，降低
22、了动作的准确性和协调性。高温高湿的环境容降低了动作的准确性和协调性。高温高湿的环境容易使工人处于昏昏欲睡的状态，且工人心理上易烦易使工人处于昏昏欲睡的状态，且工人心理上易烦躁不安，加上繁重的体力劳动，工人的机警能力降躁不安，加上繁重的体力劳动，工人的机警能力降低，从而使事故的发生率上升。低，从而使事故的发生率上升。8.4 矿井降温的一般技术措施矿矿井井降降温温的的一一般般技技术术措措施施包包括括：通通风风降降温、隔温、隔热热疏疏导导、个体防、个体防护护等几种主要措施。等几种主要措施。一、通风降温一、通风降温1 1）加大风量）加大风量2 2）选择合理的矿井通风系统）选择合理的矿井通风系统二、隔热疏导二、隔热疏导 所所谓谓隔隔热热疏疏导导就就是是采采取取各各种种有有效效措措施施将将矿矿井井热热源源与与风风流流隔隔离离开开来来，或或将将热热流流直直接接引引入入矿矿井井回回风风流流中中，避避免免矿矿井井热热源源对对风风流流的的直直接接加加热热，从从而而达达到到矿矿井井降降温温的的目目的的。隔隔热热疏疏导导的的措施主要有：措施主要有：1 1）巷道隔热）巷道隔热 2 2）管道和水沟隔热）管道和水沟隔热 3 3）井下发热量大的大型机电硐室应独立回风）井下发热量大的大型机电硐室应独立回风三、个体防护三、个体防护