礦井地熱

礦井內圍岩散發出來的地球內部熱量。它是礦井內空氣增溫的主要熱源，既是礦井熱害的根源，又是一種寶貴的地下熱源。研究礦井地熱的主要任務是，查明礦區(礦井)地溫狀況，對出現的熱異常區段或熱異常點進行調查並測量有關地熱參數，查明熱異常區的分布及其地質背景，為防治井下熱害或利用地熱提供方案。

各礦的地溫梯度大小不一，由1～2℃/100m到4.1℃/100m不等。地溫梯度小的礦井在800m深度條件下，正常通風后井下溫度不超過26℃;而地溫梯度大的礦井，深度在500m以內氣溫即可超過30℃，在井下濕度大的條件下工人勞動條件惡化，構成熱害。

基本介紹

• 中文名：礦井地熱
• 外文名：mine geothermal 
• 學科：地質資源與地質工程
• 地熱分帶：變溫帶、恆溫帶和增溫帶
• 影響因素：大地構造性質、岩石熱物理性質
• 研究方法：地溫測量、恆溫帶確定等

地殼淺部地熱分帶

在地殼近地表的淺部，一方面把地球深處傳導上來的熱流散發到空間; 另一方面又接受來自太陽的輻射熱。這种放熱與吸熱的相互作用，構成地殼淺部的地溫場。據地溫測量資料，地殼淺部地溫場呈現分帶現象，由上而下可分為變溫帶、恆溫帶和增溫帶等三帶 (圖1、圖2)。

變溫帶位於地殼最上部，主要受太陽輻射熱影響，溫度發生周期性變化的層帶。它可分為日變溫帶和年變溫帶。一般。日變溫帶深度僅1～2m;年變溫帶則可達15～30m。變溫帶內地溫場的變化特點是，地溫隨地表氣溫呈近似正弦曲線的周期變化，但是兩者變化不同步，地溫比氣溫滯後一段時間，同時地溫的變化幅度小於氣溫的變化幅度，並隨深度增加而銳減(圖3)。

恆溫帶位於變溫帶之下，太陽輻射熱與地球內部熱相互作用達到平衡、溫度常年不變的層帶。恆溫帶一般很薄。它的溫度約比當地年平均氣溫高0.5～2℃。恆溫帶的深度多數在地表下15～30m。恆溫帶的深度和溫度，在一定程度上反映一個地區的熱狀況和熱歷史，對評價深部地溫、地熱資源有參考意義。　　

增溫帶位於恆溫帶之下，主要受地球內部熱流控制，溫度隨深度增加而增高的層帶。增溫帶的溫度隨深度的變化率，用地溫梯度或地溫率表示。地溫梯度又稱地熱梯度，是由地表向地心方向單位距離內溫度增加的數值，通常用每100m或1000m深度內溫度增加的數值表示(℃/100m或℃/1000m)。地溫率是地溫梯度的倒數。

地溫梯度受多種因素影響。不同地區或同一地區不同深度的地溫梯度均存在變化，但由地表向深部，地溫梯度有變小的趨勢，因而不能用淺部的地溫梯度無限下推。實測的地溫曲線可以反映一個地區的地熱狀況並計算相應的地溫梯度 (圖4)。

礦區地溫場影響因素

一個礦區(礦井)的地溫場是當地長期地質歷史發展的結果，它受大地構造性質、岩石熱物理性質、基底起伏與褶皺構造、深大斷裂、地下水活動的狀況、局部熱源等多種地質條件的影響。

大地構造性質在中、新生代造山帶等地殼強烈活動區，地溫場的特徵是熱流值大，地溫高，平均地溫梯度大; 而在古老的地盾和地台區等地殼運動相對穩定區，地溫場的特徵則正好相反，熱流值小，地溫梯度小，地溫低。但地台區在中、新生代有由伸展運動引起的斷裂帶，地溫偏高。

岩石熱物理性質岩石熱物理性質包括熱導率、比熱和導溫係數等。它們決定著岩石傳導、儲存和擴散地熱的能力，是評價礦區地溫場不可缺少的重要參數。熱導率低的岩石，地溫梯度大;熱導率高的岩石，地溫梯度小。沉積岩中，煤的熱導率低，在煤層較厚或煤層集中分布的地段，地溫梯度大。

基底起伏與褶皺構造在深度相同的條件下，基底隆起區比相鄰拗陷區，背斜部位比相鄰向斜部位的地溫高，地溫梯度大 (圖5)。

深大斷裂通達上地幔的深大斷裂，是深部岩漿、熱水等熱載體的上升通道。因此，鄰近深大斷裂的煤田，熱流值偏大，地溫偏高。但深大斷裂各段的力學性質及圍岩的熱物理性質有差異，熱載體活動不均勻，深大斷裂兩側的地熱狀況也存在差別。

地下水活動在地下水由地表向下強烈活動區，地下水起降溫作用，形成低地溫區。地下水在深部被地溫加熱後，又流向淺部，使附近地溫升高，把礦井變為高溫礦井。重慶北碚的北溫泉，廣西合山煤礦的熱水，就屬這種成因。

局部熱源①礦山附近有近期的岩漿活動時，火成岩體在冷卻過程中釋放的熱量，可使附近地溫升高。②礦山附近岩層和岩體內有放射性元素富集時，它們的衰變熱可使地溫升高。③金屬硫化物的氧化，也可使局部地溫升高。

中國礦山地溫類型

中國科學院地質研究所通過對中國東部各類礦山的地溫狀況的研究，於1978年提出了礦山地溫類型的初步劃分方案，1988年又作了修訂，把礦山分為低地溫梯度類(包括深源低熱型、地下水循環冷卻型)、中常地溫梯度類、高地溫梯度類(包括深源高熱型、局部聚熱型及基底隆起亞型和高熱阻岩蓋亞型以及高熱導岩帶亞型、附加熱源型及岩石高產熱亞型及熱水循環亞型)等三類、五型、五亞型，並提出了各類型礦山地溫場研究方法和礦山高溫對策的原則性考慮。

礦區地溫研究方法

包括地溫測量、恆溫帶確定、地溫梯度計算，岩石熱物理性質測定，熱流值計算和礦區深部地溫預測等。

地溫測量通過鑽孔或炮眼，利用測溫儀器測定地溫。鑽孔測溫方法分為穩態測溫和非穩態測溫兩種。穩態測溫是指沖洗液溫度與圍岩溫度已達平衡，孔內溫度處於完全穩定狀態，鑽孔所測各段沖洗液溫度即代表圍岩溫度。非穩態測溫是沖洗液溫度與圍岩溫度尚未達到完全平衡狀態時的鑽孔測溫。

恆溫帶確定恆溫帶的深度與溫度，一般通過恆溫帶觀測孔來確定，在冬季和夏季分別測溫，頂部的交點即恆溫帶 (圖2)。在沒有觀測孔的條件下，可根據地面氣象資料確定，即用當地年平均氣溫加0.5～2℃。深度用一般測溫孔的曲線標定。