第8章礦井熱害

1、魏連江魏連江 安全工程學(xué)院安全工程學(xué)院 Mine Ventilation and Safety中國礦業(yè)大學(xué)多媒體教學(xué)課件第八章第八章 礦井熱害礦井熱害中國礦業(yè)大學(xué)多媒體教學(xué)課件8.1 概述 隨著礦井開采深度逐漸增加，綜合機(jī)械化隨著礦井開采深度逐漸增加，綜合機(jī)械化程度不斷提高，地?zé)岷途略O(shè)備向井下空程度不斷提高，地?zé)岷途略O(shè)備向井下空氣散發(fā)的熱量顯著增加；氣散發(fā)的熱量顯著增加； 地處溫泉地帶的礦井，由于從巖石裂隙中地處溫泉地帶的礦井，由于從巖石裂隙中涌出的熱水或與熱水接觸的高溫圍巖放熱，涌出的熱水或與熱水接觸的高溫圍巖放熱，也都能使礦內(nèi)氣溫升高，濕度增大。也都能使礦內(nèi)氣溫升高，濕度增大。 礦內(nèi)高

2、溫、高濕環(huán)境嚴(yán)重影響井下作業(yè)人礦內(nèi)高溫、高濕環(huán)境嚴(yán)重影響井下作業(yè)人員的身體健康和生產(chǎn)效率，已造成災(zāi)害員的身體健康和生產(chǎn)效率，已造成災(zāi)害熱害。礦井熱害最終將成為制約礦物開熱害。礦井熱害最終將成為制約礦物開采深度的決定性因素。采深度的決定性因素。 8.2 礦井主要熱源及其散熱量 能引起礦井氣溫值升高的環(huán)境因素統(tǒng)稱為能引起礦井氣溫值升高的環(huán)境因素統(tǒng)稱為礦井熱源。礦井熱源。 礦井熱源包括：井巷圍巖傳熱、機(jī)電設(shè)備礦井熱源包括：井巷圍巖傳熱、機(jī)電設(shè)備放熱、煤炭與矸石放熱、礦物及其它有機(jī)放熱、煤炭與矸石放熱、礦物及其它有機(jī)物放熱、人員放熱和熱水放熱等。物放熱、人員放熱和熱水放熱等。一、井巷圍巖傳熱一、井巷圍

3、巖傳熱1 1圍巖原始溫度的測(cè)算圍巖原始溫度的測(cè)算圍巖原始溫度是指井巷周圍未被通風(fēng)冷卻的圍巖原始溫度是指井巷周圍未被通風(fēng)冷卻的原始巖層溫度。由于在地表大氣和大地?zé)崃鲌?chǎng)的原始巖層溫度。由于在地表大氣和大地?zé)崃鲌?chǎng)的共同作用下，巖層原始溫度沿垂直方向上大致可共同作用下，巖層原始溫度沿垂直方向上大致可劃分為三個(gè)層帶：劃分為三個(gè)層帶：變溫帶：在地表淺部由于受地表大氣的影響，變溫帶：在地表淺部由于受地表大氣的影響，巖層原始溫度隨地表大氣溫度的變化而呈周期性巖層原始溫度隨地表大氣溫度的變化而呈周期性地變化，稱變溫帶。地變化，稱變溫帶。恒溫帶：隨著深度的增加，巖溫常年基本保恒溫帶：隨著深度的增加，巖溫常年基本保

4、持不變，這一層帶稱為恒溫帶，恒溫帶的溫度約持不變，這一層帶稱為恒溫帶，恒溫帶的溫度約比當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁馗弑犬?dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁馗? 122。增溫帶：在恒溫帶以下，由于受大地?zé)崃鲌?chǎng)增溫帶：在恒溫帶以下，由于受大地?zé)崃鲌?chǎng)的影響，在一定的區(qū)域范圍內(nèi)，巖層原始溫度的影響，在一定的區(qū)域范圍內(nèi)，巖層原始溫度隨深度的增加而增加，大致呈線性的變化規(guī)律，隨深度的增加而增加，大致呈線性的變化規(guī)律，這一層帶稱為增溫帶。這一層帶稱為增溫帶。 地溫率：指恒溫帶以下巖層溫度每增加地溫率：指恒溫帶以下巖層溫度每增加11所增加垂直深度，即：所增加垂直深度，即： m/ m/ 00rrrttZZg地溫梯度：指恒溫帶以下，垂直深度每地溫梯

5、度：指恒溫帶以下，垂直深度每增加增加100m100m時(shí)，原始巖溫的升高值，它與地溫時(shí)，原始巖溫的升高值，它與地溫率之間的關(guān)系為：率之間的關(guān)系為： G Gr r=100=100/g/gr r /100m /100m 式中式中g(shù) gr r地溫率，地溫率，m/m/；G Gr r地溫梯度，地溫梯度，/100m/100m； Z Z0 0、ZZ恒溫帶深度和巖層溫度測(cè)算處的恒溫帶深度和巖層溫度測(cè)算處的深度，深度，m m； t tr0r0、t tr r恒溫帶溫度和巖層原始溫度，恒溫帶溫度和巖層原始溫度，。 礦區(qū)名稱礦區(qū)名稱 恒溫帶深度恒溫帶深度 Z Z0 0(m)(m) 恒溫帶溫度恒溫帶溫度t tr0r0()

6、()地溫率地溫率 g gr r(m/)(m/) 遼寧撫順遼寧撫順 山東棗莊山東棗莊 平頂山礦區(qū)平頂山礦區(qū) 羅河鐵礦區(qū)羅河鐵礦區(qū)安徽淮南潘集安徽淮南潘集遼寧北票臺(tái)吉遼寧北票臺(tái)吉 廣西合山廣西合山 浙江長廣浙江長廣 湖北黃石湖北黃石 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

7、 40 40373740404444 43.3 43.339.8 39.8 表表 1 1 我國部分礦區(qū)恒溫帶參數(shù)我國部分礦區(qū)恒溫帶參數(shù) 2 2圍巖與風(fēng)流間傳熱量圍巖與風(fēng)流間傳熱量 井巷圍巖與風(fēng)流間的傳熱是一個(gè)復(fù)雜的不穩(wěn)定傳井巷圍巖與風(fēng)流間的傳熱是一個(gè)復(fù)雜的不穩(wěn)定傳熱過程。常將復(fù)雜的影響因素歸結(jié)到傳熱系數(shù)中討論。熱過程。常將復(fù)雜的影響因素歸結(jié)到傳熱系數(shù)中討論。因此，井巷圍巖與風(fēng)流間的傳熱量可按下式計(jì)算：因此，井巷圍巖與風(fēng)流間的傳熱量可按下式計(jì)算： Q Qr rK KUL(tUL(trmrm- -t)t)， kW kW 式中式中Q Qr r井巷圍巖傳熱量，井巷圍巖傳熱量，kWkW； K K圍巖與風(fēng)

8、流間的不穩(wěn)定換熱系數(shù)，圍巖與風(fēng)流間的不穩(wěn)定換熱系數(shù)，kW/(mkW/(m2 2)； UU井巷周長，井巷周長，m m； LL井巷長度，井巷長度，m m； t trmrm平均原始巖溫，平均原始巖溫，； tt井巷中平均風(fēng)溫，井巷中平均風(fēng)溫，。二、機(jī)電設(shè)備放熱二、機(jī)電設(shè)備放熱1.1.采掘設(shè)備放熱采掘設(shè)備放熱 采掘設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)所消耗的電能最終都將轉(zhuǎn)化為熱采掘設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)所消耗的電能最終都將轉(zhuǎn)化為熱能，其中大部分將被采掘工作面風(fēng)流所吸收。風(fēng)能，其中大部分將被采掘工作面風(fēng)流所吸收。風(fēng)流所吸收的熱能中小部分能引起風(fēng)流的溫升，其流所吸收的熱能中小部分能引起風(fēng)流的溫升，其中大部分轉(zhuǎn)化成汽化潛熱引起焓增。采掘設(shè)備運(yùn)中大部分

9、轉(zhuǎn)化成汽化潛熱引起焓增。采掘設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)放熱一般可按下式計(jì)算：轉(zhuǎn)放熱一般可按下式計(jì)算： Q Qc cNN， kWkW其中其中Q Qc c風(fēng)流所吸收的熱量，風(fēng)流所吸收的熱量，kWkW； 采掘設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)放熱中風(fēng)流的吸熱比例系采掘設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)放熱中風(fēng)流的吸熱比例系數(shù)；數(shù)；值可通過實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)來確定。值可通過實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)來確定。 N N采掘設(shè)備實(shí)耗功率，采掘設(shè)備實(shí)耗功率，kWkW。 2.2.其它電動(dòng)設(shè)備放熱其它電動(dòng)設(shè)備放熱電動(dòng)設(shè)備放熱量一般可按下式計(jì)算：電動(dòng)設(shè)備放熱量一般可按下式計(jì)算： Q Qe e(1-(1-t t) )m mN N， kW kW 其中其中Q Qe e電動(dòng)設(shè)備放熱量，電動(dòng)設(shè)備放熱量，KWKW； N N

10、電動(dòng)機(jī)的額定功率，電動(dòng)機(jī)的額定功率，kWkW； t t提升設(shè)備的機(jī)械效率，非提升設(shè)備提升設(shè)備的機(jī)械效率，非提升設(shè)備或下放物料或下放物料t t=0=0； m m電動(dòng)機(jī)的綜合效率，包括負(fù)荷率、電動(dòng)機(jī)的綜合效率，包括負(fù)荷率、每日運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間和電動(dòng)機(jī)效率等因素。每日運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間和電動(dòng)機(jī)效率等因素。 三、運(yùn)輸中煤炭及矸石的放熱 在以運(yùn)輸機(jī)巷作為進(jìn)風(fēng)巷的采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)中，運(yùn)輸中在以運(yùn)輸機(jī)巷作為進(jìn)風(fēng)巷的采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)中，運(yùn)輸中煤炭及矸石的放熱是一種比較重要的熱源，其放熱量一煤炭及矸石的放熱是一種比較重要的熱源，其放熱量一般可用下式近似計(jì)算：般可用下式近似計(jì)算： KWKWQ Qk k運(yùn)輸中煤炭或矸石的放熱量，運(yùn)輸中煤炭或

11、矸石的放熱量，KWKW；mm煤炭或矸石的運(yùn)輸量，煤炭或矸石的運(yùn)輸量，Kg/sKg/s；C Cm m煤炭或矸石的比熱，煤炭或矸石的比熱，KJ/(KgKJ/(Kg)；tt煤或矸石與空氣溫差，煤或矸石與空氣溫差，。可由實(shí)測(cè)確定，也。可由實(shí)測(cè)確定，也可用下式估算：可用下式估算：LL運(yùn)輸距離，運(yùn)輸距離，m m； t tr r運(yùn)輸中煤炭或矸石的平均溫度，一般較回采工運(yùn)輸中煤炭或矸石的平均溫度，一般較回采工作面的原始巖溫低作面的原始巖溫低4 488；t twmwm運(yùn)輸巷道中風(fēng)流的平均濕球溫度，運(yùn)輸巷道中風(fēng)流的平均濕球溫度，。)(0024. 08 . 0wmrttLtKmQmCt四、礦物及其它有機(jī)物的氧化放熱

12、四、礦物及其它有機(jī)物的氧化放熱 井下礦物及其它有機(jī)物的氧化放熱是一個(gè)十分井下礦物及其它有機(jī)物的氧化放熱是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，很難將它與其它熱源分離開來單獨(dú)復(fù)雜的過程，很難將它與其它熱源分離開來單獨(dú)計(jì) 算 ， 現(xiàn) 一 般 采 用 下 式 估 算 ：計(jì) 算 ， 現(xiàn) 一 般 采 用 下 式 估 算 ： kWkW式中式中 Q Q0 0氧化放熱量，氧化放熱量，kWkW V V巷道中平均風(fēng)速，巷道中平均風(fēng)速，m/sm/s； q q0 0當(dāng)當(dāng)V V1m/s1m/s 時(shí)單位面積氧化放熱量，時(shí)單位面積氧化放熱量，kW/mkW/m2 2；在無實(shí)測(cè)資料時(shí)，可??；在無實(shí)測(cè)資料時(shí)，可取3 34.64.61010-3 -

13、3 kW/mkW/m2 2。ULVqQ8 . 000五、人員放熱五、人員放熱在人員比較集中的采掘工作面，人員放熱在人員比較集中的采掘工作面，人員放熱對(duì)工作面的氣候條件也有一定的影響。人員對(duì)工作面的氣候條件也有一定的影響。人員放熱與勞動(dòng)強(qiáng)度和個(gè)人體質(zhì)有關(guān)，現(xiàn)一般按放熱與勞動(dòng)強(qiáng)度和個(gè)人體質(zhì)有關(guān)，現(xiàn)一般按下式進(jìn)行計(jì)算：下式進(jìn)行計(jì)算： kWkW Q Qw0w0人員放熱量，人員放熱量，kWkW n n工作面總?cè)藬?shù)；工作面總?cè)藬?shù)； qq每人發(fā)熱量，一般參考以下數(shù)據(jù)取每人發(fā)熱量，一般參考以下數(shù)據(jù)取值；靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)取值；靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)取0.090.090.12kW0.12kW；輕度體；輕度體力勞動(dòng)時(shí)取力勞動(dòng)時(shí)取0.

14、2kW0.2kW；中等體力勞動(dòng)時(shí)??；中等體力勞動(dòng)時(shí)取0.275kW0.275kW；繁重體力勞動(dòng)時(shí)取；繁重體力勞動(dòng)時(shí)取0.47kW0.47kW。nqQ0W六、熱水放熱井下熱水放熱主要取決于水溫、水量和排水方式。井下熱水放熱主要取決于水溫、水量和排水方式。當(dāng)采用有蓋水溝或管道排水時(shí)，其傳熱量可按下式計(jì)當(dāng)采用有蓋水溝或管道排水時(shí)，其傳熱量可按下式計(jì)算：算： kWkW Q Qw w熱水傳熱量，熱水傳熱量，J J； K Kw w水溝蓋板或管道的傳熱系數(shù)，水溝蓋板或管道的傳熱系數(shù)，kW/(mkW/(m2 2)； SS水與空氣間的傳熱面積。水溝排水水與空氣間的傳熱面積。水溝排水:S:SB Bw wL L，m

15、 m2 2；管道排水管道排水:S:S m m2 2 L L，m m2 2； B Bw w水溝寬度，水溝寬度，m m；D D2 2管道外徑，管道外徑，m m；LL水溝長度，水溝長度，m m； t tw w 水溝或管道中水的平均溫度，水溝或管道中水的平均溫度，； tt巷道中風(fēng)流的平均溫度，巷道中風(fēng)流的平均溫度，。 水溝蓋板的傳熱系數(shù)可按下式確定：水溝蓋板的傳熱系數(shù)可按下式確定： )(ttSKQwwW)11/(1K21w管道傳熱系數(shù)可按下式確定: kW/(m2) 1 1水與水溝蓋板或管道內(nèi)壁的對(duì)流換熱系數(shù)，水與水溝蓋板或管道內(nèi)壁的對(duì)流換熱系數(shù)，kW/(mkW/(m2 2)；2 2水溝蓋板或管道外壁與

16、巷道空水溝蓋板或管道外壁與巷道空氣對(duì)流換熱系數(shù)，氣對(duì)流換熱系數(shù)，kW/(mkW/(m2 2)；蓋板厚度，蓋板厚度，m m；蓋板或管壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)，蓋板或管壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)，kW/(mkW/(m2 2)；D D1 1管道內(nèi)徑，管道內(nèi)徑，m m；D D2 2管道外徑，管道外徑，m m。)1ddln2ddd/(1K2122112w8.3 8.3 礦山熱環(huán)境礦山熱環(huán)境 一、人體與礦內(nèi)熱環(huán)境的關(guān)系一、人體與礦內(nèi)熱環(huán)境的關(guān)系井下作業(yè)不僅是一項(xiàng)高耗能作業(yè)，而且井下作業(yè)不僅是一項(xiàng)高耗能作業(yè)，而且其危險(xiǎn)性很大。研究人體與熱環(huán)境的關(guān)系有其危險(xiǎn)性很大。研究人體與熱環(huán)境的關(guān)系有利于采取適當(dāng)?shù)拇胧┮员Ｗo(hù)礦工的身體健康

17、利于采取適當(dāng)?shù)拇胧┮员Ｗo(hù)礦工的身體健康和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。人體熱平衡和舒適感、人體的散熱、礦人體熱平衡和舒適感、人體的散熱、礦內(nèi)熱環(huán)境對(duì)人的影響內(nèi)熱環(huán)境對(duì)人的影響。1 1、礦井熱環(huán)境對(duì)工人身體健康的影響、礦井熱環(huán)境對(duì)工人身體健康的影響 u高溫高濕的氣候環(huán)境不僅會(huì)使人感到不舒適，高溫高濕的氣候環(huán)境不僅會(huì)使人感到不舒適，產(chǎn)生過高的熱應(yīng)力破壞人體的熱平衡，而且可能產(chǎn)生過高的熱應(yīng)力破壞人體的熱平衡，而且可能導(dǎo)致中暑，使人的心理、生理反應(yīng)失常，從而降導(dǎo)致中暑，使人的心理、生理反應(yīng)失常，從而降低勞動(dòng)生產(chǎn)率，增大事故率。低勞動(dòng)生產(chǎn)率，增大事故率。 u新陳代謝產(chǎn)熱量主要與體力勞動(dòng)強(qiáng)度成正比，新

18、陳代謝產(chǎn)熱量主要與體力勞動(dòng)強(qiáng)度成正比，而它的生理作用是決定于總的熱應(yīng)力。因此，人而它的生理作用是決定于總的熱應(yīng)力。因此，人體的總產(chǎn)熱量與人體的總散熱量之間要保持相互體的總產(chǎn)熱量與人體的總散熱量之間要保持相互平衡，以保證體溫恒定在正常范圍之內(nèi)。平衡，以保證體溫恒定在正常范圍之內(nèi)。2 2、熱環(huán)境對(duì)工人生理功能的影響、熱環(huán)境對(duì)工人生理功能的影響 u高溫高濕氣候?qū)ΦV工的影響是多方面的。惡劣高溫高濕氣候?qū)ΦV工的影響是多方面的。惡劣的氣候條件會(huì)降低人的體力和腦力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損傷的氣候條件會(huì)降低人的體力和腦力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損傷人身的健康，甚至危及生命。人身的健康，甚至危及生命。 u人體處在熱環(huán)境時(shí)，血管舒張，血流

19、量增多，人體處在熱環(huán)境時(shí)，血管舒張，血流量增多，由血液帶到皮膚的熱量增多，皮膚的溫度升高，從由血液帶到皮膚的熱量增多，皮膚的溫度升高，從而增大了與環(huán)境的對(duì)流和輻射換熱而增大了與環(huán)境的對(duì)流和輻射換熱。 3 3、不同氣候條件人體熱感覺和對(duì)人、不同氣候條件人體熱感覺和對(duì)人體健康的影響體健康的影響風(fēng)溫，風(fēng)溫，相對(duì)濕度，相對(duì)濕度，% %風(fēng)速，風(fēng)速，m/sm/s礦工感覺礦工感覺2121 282896960.50.5悶熱悶熱97970.50.5 2.02.0熱熱97972.02.0 2.52.5稍熱稍熱2828 292997971.033涼爽涼爽2929 303097971.54.04.0涼爽涼爽30309

20、5954.04.0熱熱有效溫度有效溫度（）熱感熱感覺覺生理學(xué)作用生理學(xué)作用肌體反應(yīng)肌體反應(yīng)4242 4040很熱很熱強(qiáng)烈的熱效應(yīng)力影強(qiáng)烈的熱效應(yīng)力影響出汗和血液循響出汗和血液循環(huán)環(huán)面臨極大的熱危害，妨面臨極大的熱危害，妨害心臟血管的血液害心臟血管的血液循環(huán)循環(huán)3535熱熱隨著勞動(dòng)強(qiáng)度增加，隨著勞動(dòng)強(qiáng)度增加，出汗量迅速增加出汗量迅速增加心臟負(fù)擔(dān)加重，水鹽代心臟負(fù)擔(dān)加重，水鹽代謝加快謝加快3232稍熱稍熱隨著勞動(dòng)強(qiáng)度的增隨著勞動(dòng)強(qiáng)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進(jìn)行正以出汗方式進(jìn)行正常的體溫調(diào)節(jié)常的體溫調(diào)節(jié)沒有明顯的不適感沒有明顯的不適感2525

21、舒適舒適靠肌肉的血液循環(huán)靠肌肉的血液循環(huán)來調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)正常正常2020涼快涼快利用衣服加強(qiáng)顯熱利用衣服加強(qiáng)顯熱散熱和調(diào)節(jié)作用散熱和調(diào)節(jié)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縮縮黏膜、皮膚干燥黏膜、皮膚干燥1010很冷很冷肌肉疼痛，妨礙表皮血肌肉疼痛，妨礙表皮血液循環(huán)液循環(huán)二、熱環(huán)境對(duì)井下生產(chǎn)效率的影響二、熱環(huán)境對(duì)井下生產(chǎn)效率的影響等效溫度與生產(chǎn)效率的關(guān)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（%）溫度（）體力勞動(dòng)工作效率與溫度和風(fēng)速關(guān)系 三、熱環(huán)境對(duì)安全生產(chǎn)的影響三、熱環(huán)境對(duì)安全生產(chǎn)的影響根據(jù)根據(jù)煤礦安全規(guī)程煤礦安全規(guī)程規(guī)定：規(guī)定：“生產(chǎn)礦井采掘生產(chǎn)礦井采掘工作面的空氣溫度不得超過工作面的空氣溫度不得超過2626”；“采掘工作面采掘工作面的空氣溫度超過的空氣溫度超過3030，必須采取降溫措施逐