潘三矿热害调查及风温预测研究

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1、潘三矿热害调查及风温预测研究1绪论1.1研究背景及意义近20年我国经济蓬勃发展，对于能源的依赖越来越强烈，由于我国是以煤炭为主要能源的国家，煤炭对于我国的经济建设起到了无法估量的作用。近几年随着国家对能源机构的调整使得煤炭生产受到一定的限制，在能源结构中的比重在下降，但是煤炭作为我国主要能源这一状况不会改变。然而，随着煤炭开采深度的不断增加，地温也随之升高，煤矿生产开始面临着高温、高湿的挑战⑴。本文对我国部分地区煤矿热害状况统计，统计了河南、安徽、江苏、山东等地部分煤矿，如表1。从表中结果来看开采深度从由550m到1100m不等，但是原岩地

2、温以及地温梯度普遍较高，热害已成为矿井生产必须面临的问题。在国外一些矿业比较发达的西方国家，如法国、德国、美国等由于煤矿开采较早加之技术成熟，煤矿开采深度早已突破千米，开采深度大，热害问题突出。法国劳伦煤矿釆深超过l000m，地温为30°C~45.5°C;德国伊本比伦煤矿采深达1530m，井底岩温为60°C[2].。我国面临矿井热害问题同样严峻。根据统计，我国已有将近150对矿井出现了不同程度的热害[2]。以淮南矿务局为例，自九龙岗煤矿开釆到-630m水平出现高温问题以来，高温矿井的数量增加较快，危害程度逐步加深。热

3、害程度严重地区主要集中淮河以北地区的矿井，其中绝大部分矿井在釆深-600m标高地温已超过3rC，局部矿井地温甚至超过37°C。顾桥、丁集、潘集矿区等都属于这类地温异常的高温矿区。..1.2热害问题研究现状热害产生是由于煤矿幵采深度的增加所致，即开釆深度越大，地温就越高，热害就越严重。国外最早描述矿井高温现象的文献可追溯到十六世纪[8]。最早对地温进行观测的时间是十八世纪中期，法国人对Belfort金属矿地温进行了记录。而系统性的对井下地温进行研究的时间是十八世纪末，英国人对多个矿井井下地温进行实地测量和记录，总结出地温与深度具有线性

4、正相关关系。随着时间的推移，科学技术的不断进步，尤其是钻孔测温技术的应用，使人们对地温的研究更加深入。钻孔测量地温始于19世纪后半叶，期间欧洲曾经利用钻孔打了两个深孔，一个深1959m，孔底温度为69.3°C;另一个深达2221m,孔底温度为83.4°C。两个钻孔的全孔增温梯度约为3.12°C/hm[9]。后来，随着钻孔测温资料不断增加以及测试技术的不断革新，这一概念才得以修正。我国对地温研究起步较晚，在70年代以前地温热害问题并没有引起国内工所注意，因此，无论是在煤矿开釆还是金属矿山开采中并没有认知到地温热害的重要

5、性，我国的矿山地温研究处于空白阶段。直到70年代，随着矿山开釆的加深，出现热害问题之后，中国煤炭部开始注意到热害问题，并与中国科学院合作成立了专门的热害治理的研究小组一中国科学院地热研究室。1975年中国科学院地质研究所地热组针对钻孔温度测量方法中所使用最高温度计、电子温度计以及电阻温度计进行对比研究，得出电阻温度计更加适合我国地热工作。1976年中国科学院地质研究所地热组对我国煤矿地温特征及研究方法进行了研究，指出了矿区煤矿地温的分布一般特征及类型[11]。1981年中国学者阁如隧对我国矿床地温类型进行了较为详细的划分，指出矿床地温类型初

6、步划分为热水、岩温、混合三种类型，为我国地温工作作出了杰出贡献[12]。1984年，阎如隧在中国科学院地质研究所地热室配合下，对罗河铁矿的地温分布规律进行了系统研究，指出矿区地温的地质影响因素，为以后学者研究地温的影响因素提供了研究方向[13]。2井下热源分析及计算2.1井下热源分析造成井下风温温度升高的因素很多，一种是相对热源，包括高温围岩和高温热水等这种热源的散热量与周围温度差值有很大关系；另一种是绝对热源，包括机电设备散热、各种化学反应以及风流自压缩热等，这些热源的散热量受周围环境温度的影响很小[37][38]。通过文献的调查结果来看

7、，井下热源主要由地热、空气自压缩热、机电设备散热、运输矿物和奸石放热、氧化散热以及井下人员散热六种热源构成。地热在所有热源中是最重要的热源，这是由于开釆深度的加深，地温升高所致，在我国中、北部地区大部分高温矿井都是由于此类原因所致[35]。由于地热传导方向是由内向外的，所以原岩地温会随着深度的加深而增加，原岩地温增加的快慢取决于地温梯度的大小。随着矿井开釆深度的加深，井下巷道围岩地温普遍较髙，因而在井下开掘巷道后流经巷道风流的温度一般低于围岩地温，此时两者之间必然会发生热量的交换。巷道围岩地温高是由于两个方面的原因引起：一是深部原岩通过热传

8、导的方式对巷道围岩进行热传递，二是深部裂隙水对流将热量传递给巷道围岩。围岩散热往往是井巷风流不可避免的重要热源。当矿井深度达到一定程度时，围岩散热甚至超过其他热源散热量之和。.2