礦井熱源

礦井熱源（source of heat in mine）是指礦井內能夠產生熱的地方。如礦石自熱和自燃、沼氣煤塵爆炸、放炮作業、機械摩擦、電流短路、吸菸（金屬礦）、焊接以及其他明火、電氣設備、壓氣管道、人員等散熱及採掘過程中物理化學反應放熱。

基本介紹

• 中文名：礦井熱源
• 外文名：source of heat in mine
• 主要熱源：岩體散熱
• 主要包括：岩體、空氣自然壓縮
• 套用：採礦
• 控制方法：採用隔熱物質噴塗岩壁等

簡介

能引起礦井氣溫值升高的環境因素統稱為礦井熱源。在眾多的礦內熱源中，有些熱源所散發熱量主要取決於流經該熱源的風流溫度及其水蒸氣分壓力，如岩體散熱和水與風流間的熱濕交換就屬於這種類型，一般稱它們為相對熱源或自然熱源；另一類熱源所散發的熱量並不取決於風流的溫度、濕度，而僅取決於它們在生產中所起的作用，如機電設備的放熱，所以也稱它們為絕對熱源或人為熱源。

礦井主要熱源大致分為以下幾類：地表大氣、空氣的自壓縮、圍岩散熱、機電設備放熱、運輸中煤炭及矸石的散熱、熱水散熱、其他熱源等。

地表大氣

井下的風流是從地表流入的，因而地表大氣溫度、濕度與氣壓的El變化和季節性變化勢必影響到井下。

地表大氣溫度在一晝夜內的波動稱為氣溫的日變化，它是由地球每天接受太陽輻射熱和散發的熱量變化造成的。雖然地表大氣溫度的日變化幅度很大，但是當它流入井下時，井巷圍岩將產生吸熱或散熱作用，使風溫和巷壁溫度達到平衡，井下空氣溫度變化的幅度就逐漸地衰減。因此，在採掘工作面上，基本上察覺不到風溫的Et變化情況。當地表大氣溫度發生持續數日的變化時，這種變化才能在採掘工作面上察覺到。

地表大氣的溫、濕度的季節性變化對井下氣候的影響要比日變化深遠得多。研究表明，在給定風量的條件下，無論是日變化還是季節性變化，氣候參量的變化率均與其流經的井巷距離成正比，與井巷的截面積成反比。

空氣的自壓縮

流體的自壓縮是指空氣在重力作用下將其位能經摩擦轉換為焓，因而引起溫度升高。如果沒有和其周圍介質進行熱、濕交換時，每垂直向下流動100m，其溫升約為1℃，則千米井筒里流動的風流的自壓縮溫升可達10℃。煤礦的井巷並不是完全乾燥的，存在濕交換過程，水分的蒸發是要消耗相當數量的熱量，從而抵消部分的風流乾球溫升，使風流實際的乾球溫升值沒有計值那么大。但是，水分的蒸發會使風流含濕量增大，對井下的氣候條件也是不利的。

風流的自壓縮是無法消除的，對於像南非那樣的近4000m的特深金礦來說，其危害更為突出。在無熱、濕交換的井筒里，其井底車場中風流的乾球溫升可達40℃，增焓達40kJ/kg。如進風量為200m³/s，則意味著其熱量可達10 MW，這是一個相當巨大的熱源，而且進風量越大，其熱量的總增量也越高。在此情況下，增大風量已不是一個降低井下風溫的有效措施，反而成為負擔。

圍岩散熱

當流經井巷風流的溫度不同於原始岩溫時，就要產生換熱，即使是在不太深的礦井裡，原始岩溫也要比風溫高，因而熱流往往是從圍岩傳給風流。在深礦井裡，這種熱流是很大的，甚至於超過其他熱源的熱流量之和。

原始岩溫場的分布規律取決於地球的內部熱源和太陽對大地的輻射熱，內熱與外熱共同作用，形成了地殼特有的溫度場。根據地溫隨深度變化特點，自地表向下可將地殼淺層的地溫場分為3帶：變溫帶、恆溫帶和增溫帶。

地表淺層溫度分布圖

其他熱源

氧化放熱

煤炭的氧化放熱是一個相當複雜的問題，很難將煤礦井下氧化放熱量同井巷圍岩的散熱量區分開來。實測表明，正常情況下一個採煤工作面的煤炭氧化放熱量很少能超過30kW，所以不會對采面的氣候條件產生顯著的影響。但是，當煤層或其頂板中含有大量的硫化鐵時，其氧化放熱量可能達到相當可觀的程度。當井下發生火災時，根據火勢的強弱及範圍的大小，可能形成大小不等的熱源，但它一般只是個短期現象，在隱蔽的火區附近，則有可能使局部岩溫上升。

人員放熱

井下工作人員的放熱量主要取決於他們所從事工作的繁重程度以及持續工作的時間，一般煤礦工作人員的能量代謝產生熱量為：休息時每人的散熱量為90~115 W；輕度體力勞動時每人的散熱量為250W；中等體力勞動時每人的散熱量為275 W；繁重體力勞動時（短時間內）每人的散熱量為470W。雖然可以根據在一個工作地點工作的人員數及其勞動強度、持續時間計算出總放熱量，但其值很小，一般不會對井下的氣候條件產生顯著的影響，所以可忽略不計。

風動機具

壓縮空氣在膨脹時，除了做有用功外還有些冷卻作用，加上壓縮空氣的含濕量比較低，所以也能對工作地點補充一些較新鮮的空氣，但是壓縮空氣人井時的溫度普遍較高，且在煤礦中用量也較少，可忽略不計。

此外，如岩層的移動，炸藥的爆炸都有可能產生出一定數量的熱量，它們的作用時間一般很短，不會對井下氣候條件產生顯著的影響，故忽略不計。

礦井熱源控制

1、岩層熱的控制

主要方法有：針對掘進工作面的特點，採用隔熱物質噴塗岩壁，防止圍岩傳熱，巷道保持適當的乾濕，提高風速以提高空氣冷卻能力，預冷礦層等。

2、機械熱的控制

主要方法有：機電硐室獨立通風，選用輔助通風機並選擇適當的位置，避免使用低效率的機械等。

3、熱水及管道熱的控制

主要方法有：超前疏排熱水，並用隔熱管道排至地面，或經過有隔熱蓋板的水溝導入水倉，將高溫排水管和熱壓風管敷設於迴風道，或將壓縮空氣冷卻後再送入井下等。

4、氧化熱的控制。

煤或岩石在運輸的過程中，由於與巷道中的氣體發生氧化作用而對環境釋放熱量，為降低其影響可以用一層隔熱層將煤或岩石罩住，減少其對空氣的傳熱。

實例

德國魯爾煤田，采深1000~1200m處，岩溫達50~60℃。超過10m的深井，地層散熱量占礦井總熱源的40%一50%。空氣沿井筒下降時，由於受到井筒空氣柱的壓力而壓縮，垂深每增加100m，空氣溫度約升高。.97C。井下電鑽、裝載機、水平巷道輸送機等所作的功用於克服摩擦阻力，因此，全部機械功最終以熱能形式傳給空氣;克服重力作功的水泵、提升機械等所作的功，部分用於增加被提升物的位能，另一部分仍轉化為熱能。機電設備可成為個別地點的主要熱源。溫泉地帶礦井湧出的熱水散熱，硫化礦物和煤氧化生成的熱量，是礦井空氣溫度升高的主要原因。礦井各種熱源所占比例，隨礦井開採深度、範圍和機械化程度等因素而變化，不同礦井差別較大。南非威特沃特斯蘭（Wltwatersrand）金礦深1524m，井下各種熱源所占百分比為：岩體占46%、空氣壓縮占21%、機電設備占搶%、電石燈占7%、人體占14%。