6矿井热害2.ppt

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1、Chap.6 矿井热害及其防治,content:,6.1 矿井热害的形成 6.2 矿内气候条件的舒适指标 6.3 矿内热环境对人体和劳动效率的影响 6.4 矿内气候条件的改善 6.5 空气预热,人体能量代谢产热过程是体内生物化学过程，而散热过程则是物理过程。在正常状况下，人体依靠自身的调节机能，使产热和散热保持动平伤状态，其平伤关系可用下式表示： M-WC R-E=S,应当指出：当产生和放散的热量能够保持平衡，即体温能维持在36.5-37时，人体感到舒适，否则，破坏了这种热平衡就会引起身体的不适。,6.1 矿井热害的形成,6.1.1 地面空气温度 6.1.2 空气受压缩或膨胀 6.1.3 岩石

2、温度的影响 6.1.4 矿岩氧化放热 6.1.5 矿内热水放热 6.1.6 其他热源放热 6.1.7 矿内水分蒸发吸热 6.1.8 井巷通风强度,6.1.1 地面空气温度,地面空气温度的高低，直接影响着矿内空气温度的变化。 我国地处北纬亚热带到寒温带，地面气温变化幅度很大，因而地面气温的影响不一。 但随着开采深度的增加，由于进风流与井巷岩壁内岩惨有较充分的热交换，气温影响较小。,南方矿井，夏季地表气温很高，一般都在35左右-40。夏季热空气进入矿井，会使井下温度升高，尤其是浅矿井和进风段较短的矿井，由于热空气与井巷岩壁热交换不充分，工作面附近会出现高气温，恶化劳动条件。这样需要对矿井进风流进行

3、预冷。,北方矿井，冬季地面气温很低，如东北的临江铜矿、小西林铅锌矿等，冬季地表气温为-30，个别矿山达-38，冷空气进入矿井后，往往导致进风井筒出现冰冻，进风段空气过冷，影响提升、运输和劳动条件。所以，一般需要对矿井进风流进行预热。,6.1.2 空气受压缩或膨胀,当空气沿井简下行时，由于气压增大而受压统，放出热量，使气温升高；相反当空气上行时就会因膨阳币降温。如果认为空气下行受压缩或上行膨胀的过程视为单纯的绝热过程，则这一过程引起气温增(或减)值为：,但实际上，上述过程井非绝热过程，何况空气中不但含有水分，而且含湿量还有变化，故每深百米气温增减值稍有变化。,6.1.3 岩石温度的影响,地球内部

4、蕴藏着巨大的热量，而且越深热能就越大。地表以下的岩石温度是变化的，可分为三个带： 变温带 这一带的岩(地)温是随地表季节温度而变化，冬天岩石向空气放热而降温，地温亦低，夏天则相反。 恒温带 这一带的地湿不受地表气温的影响而基本上保持不变，其温度比当地年平均气温略高l2，其深度距地表约2030m。 增温带 在恒温带以下岩石温度随深度增加而升高，增加温度大小与当地的地热增深率成正比。即：一定深度Z米处的岩石温度可表示：,地热增深率是指岩石温庞每升高l时所增加的垂直深度。其数值大小与当地的岩石成分、水文地质条件i山川地势等因素有关，因而各地不同。目镜我国许多金属矿区的g r值还有待测试和按集。,6.

5、1.4 矿岩氧化放热,在矿内某些矿岩中，主要指硫化矿石，如黄铁矿、磁黄铁矿等，容易和周围介质中氧结合放出大量的热。如黄铁矿在1015，开始氧化，其反应过程为： 黄铁矿在氧化时，若有水存在，则生成硫酸，变成酸性加使氧化加快；则生成二氧化硫和无水硫酸铁。 在开采过程中产生粉尘，由于其与空气接触面积大，故能助长氧化并放出热量。若采用加大通风量不但难以排除氧化放出的热量，反而会使氧化加剧。因此国内外一些硫化矿床开采的矿山，井下温度很高，如苏联乌拉尔铜矿采区内的空气温度达5860，我国某铜矿回采工作面空气温度达3240，最高达4560。,6.1.5 矿内热水放热,地处温泉地带的矿井，某些地点地下循环水温

6、度很高，甚至超过当地岩温，成为热水型矿井。从裂隙出来的热水向空气大量散热使气温升高而形成热害。 若排水沟没有加盖时，热水散热量可按下面经验公式计算： 若水沟有混凝土盖板，=60%。,6.1.6 其他热源放热,矿内机电设备的运转、电力照明、灯火燃烧、爆破、而散发到空气中。局部热源放热量可按下列各式确定： 采掘机械电动机散发热量，可按下式计算，即 Q1=3.6103N1K kJ/h 绞车提升散发的热量： Q2=3.6103N2（1-2）K2 kJ/h 变压器工作时散发的热量： Q3=3.6103N3m kJ/h 工人工作时散发的热量： Q4=4.2103qpnp kJ/h,6.1.7 矿内水分蒸发

7、吸热,矿内水分蒸发队可从空气中吸收热量而使气温降低。 水分蒸发的难易程度，“取决于当地空气的相对湿度和气温。空气相对湿度愈大，水分蒸发愈困难时，人体出汗来发热就比较困难。若空气中相对湿度达饱和状态，即相对湿度达100%，水分蒸发就完全停止。 矿内水分蒸发对气温的影响，可按下式计算，即,6.1.8 井巷通风强度,井巷通风强度对于风流与岩体之间热交换有显著的影响。 当进风流的气温低于岩温时，井巷周围岩体将向风流散热，而且散热量随着风速的增大而增加。岩体放出的热量将被加大了的风流所吸收，最终仍可使气温有所降低。 然而，借加大通风量来降低气温，在其他条件不变时，这种降温效果与进风原始气温关系很大，而且

8、风速增大也有一定限度，当风速超过这个限度时，井下气温不再显著下降。 如：某矿井760m水平的一条运输大巷的实测表明，正常情况下，巷道周壁岩石温度为32.5，巷道内气温为28.3，风速为1.35m/s。当风速增加到3m/s时，空气温度由28.3降到24.5；当风速增加到10m/s时，空气温度不再显著下降。 故，只有在一定风速范围内，通风强度对风流和岩体之间的热交换才有显著效果。,小结,综上所述，影响矿内热实形成的因素很多，矿内热源主要来自围岩放热、矿岩氧化放热以及矿内热水散热等方面。应当指出的是，围岩放热和矿井深度有关。一般来说，矿内岩石温度是随着开采深度的增加而升高的。如印度的科拉金矿开采深度

9、为l000m时，岩石温度为36；开采深度为2000m时，岩石温度增至49；当开采深度增加到2500m时，其岩石温度增至56。我国安微省某硫铁矿，矿内岩石温度为40；安微省某铜矿，矿内岩石温度则高达4060。 总之，随着矿井深度的不断增加，矿内热害问题也愈来愈突出，必须引起人们的严重注意。,6.2 矿内气候条件的舒适指标,矿内气候条件的好坏对维持人体的热平衡和不断提高劳动生产串起着重要的作用。因为矿内气候条件和人体散热方式有着密切的关系。通常，人体内的热量是通过对抗、辐射和蒸发三种方式向外散发的。 当空气中的温度低于人的体温时，对流、辐射作用使人体向外大量散热，由于人体散热过多就会感到寒冷不适；

10、当空气中的温度超过25并接近人的体温时大、相对湿度过人的体温时，人体蒸发散热也比较困难，甚至会导致从体外吸热，引起积热中暑。由此可见，相对湿度仅对蒸发有一定影响，风速对蒸发和对抗有钱大影响，而温度则对蒸发、辐射和对抗均有较大影响。由此亦可看出，矿内气候条件的实质是温度、湿度和风速三者的综合效应。而单独用某一要素是无法全面衡量矿内气候条件的优劣和散热条件的好坏。 关于矿内气候条件的舒适指标，尽管国内外学者进行了数十年的研究，因环境因素以及所研究的对象不同，迄今为止尚未取得统一的意见，广泛采用的几个矿内气候条件的舒适指标阐述如下：,6.2 矿内气候条件的舒适指标,6.2.1 湿球温度 6.2.2

11、实效温度 6.2.3 热应力指数 6.2.4 卡他度,6.2.1 湿球温度,湿球温度是衡量矿内空气潮湿程度的一个指标。 当空气温度高、湿度小时，说明空气干燥，水分蒸发较快，这时湿球温度比较低，进行体力劳动时就感到轻松。相反，当空气温度低、湿度大，说明空气潮湿，水分蒸发比较慢，这时湿球湿度就比较高，进行体力劳动就感到气闷，吃力。 因此，国外常用湿球温度来衡量劳动舒适程度的高低。（美国）,由表可见，人们不论是在高风速或低风速下劳动，劳动强度愈大，湿球温度愈低愈好。表中所列均为极限值。若超此值，人体就开始感到不适。,6.2.2 实效温度,实效温度： 指相对湿度为100%，空气静止时，人们感觉舒适的温

12、度；或者说，在不同的干球温度、湿球温度和风速下，人们的感觉与相对温度为100%，空气静止时感觉一样所对应的温度。,6.2.3 热应力指数,热应力指数是以热交换和个体热平衡为计算基础加入劳动强度因素在内的一个综合性舒适指标。 热应力指数(HSJ-Heat stress index)的表达式为：,6.2.3 热应力指数,热应力指数可用曲线图表示。 当A10.5m/s，重体力劳动； A21.25m/s，重体力劳动； A32.5m/s，重体力劳动； B1=0.5m/s，中体力劳动； B2=1.25m/s，中体力劳动； B32.5m/s，中体力劳动； C10.5m/s，轻体力劳动; C2=1.25m/s

13、，轻体力劳动； C32.5m/s，轻体力劳动。,该指标(HSJ)在欧美各国较为常用。,6.2.4 卡他度,卡他度是评价劳动条件舒适程度的一个综合性指标。 卡他度:卡他计的波球表面被平均加热到36时，其单位面积上，单位时间内所散发出来的热量，单位用4.2x103J/cm2s来表示。 卡他度分为湿卡他度和干卡他度两种。前者表示对流、辐射和蒸发三者的综合散热作用，后者仅表示对流利辐射的散热作用，一般情况下，卡他度愈大，散热条件愈好，不同劳动条件对卡他度的要求也不相同。,6.3 矿内热环境对人体和劳动效率的影响,6.3.1 微气候及其对人体热调节的影响 6.3.2 矿内热环境对人体的影响 6.3.3

14、矿内热环境对劳动效率的影响 6.3.4 热适应,6.3.1 微气候及其对人体热调节的影响,温度,微 气 候 四 要 素,湿度,热辐射,风速,在微气候的四要素中，气温是评价微气候的主要因素，对人体热调节起着主要作用。 当气温较低时，辐射和对流传导散热层人体主要散热方式； 当气温逐渐升高，人体汗腺活动越来越显著，汗液蒸发散热就逐渐成为主要散热方式，在一定范围内发汗速度与环境气温成正比。但在高温环境中时间过长发汗速度骤降（汗腺产生疾劳所致）。 据研究，当气温在32以上时，人体出汗开始显著增加，当气温在33以上时，出汗几乎成为人体唯一散热方式。,6.3.1 微气候及其对人体热调节的影响,温度,微 气

15、候 四 要 素,湿度,热辐射,风速,空气相对湿度对人体热平衡和温热感起重要作用。特别是在气温高的条件下，作用就更为明显。因高温时，人体主要靠汗液蒸发才能保持热平衡。 若环境气温很高，而相对湿度却较低，此时由于汗液蒸发较快，体热也易散发；如果相对湿度很大，即使气温不太高也将妨碍汗液蒸发，使人体散热受到阻碍。体热不早散失而蓄积于体内，于是对散热中枢刺激增强，结果使汗液分泌速度增加，大量发汗使汗液以成滴的汗珠淌下，这种情况下汗液所携带走的热量是甚少的，不能起到蒸发散热的作用。因为汗液只有在皮肤上蒸发的过程中吸收汽化潜热才能携带走较多的热量。（高温矿井）,6.3.1 微气候及其对人体热调节的影响,温度

16、,微 气 候 四 要 素,湿度,热辐射,风速,风速显著地影响着人体对流散热。 当空气温度低于人体温时，风速越大，汗液越容易蒸发，人体散热量越大。当空气温度高于体温时，人体反而从空气中得到对流热，此时风速越大，人体得到的对流热越多。 实际上风速是与气温、相对湿度共同影响人体散热的，应综合考虑三者之间的影响。,6.3.1 微气候及其对人体热调节的影响,温度,微 气 候 四 要 素,湿度,热辐射,风速,人周围物体表面温度对人体散热有很大影响。周围物体表面温度高于人体表面温度队则向人体发射热量，称为正辐射；反之，称为负辐射。,微气候的四要素对人体散热的影响可归纳为下表。,6.3.2 矿内热环境对人体的

17、影响,人在矿内热环境中作业，其一系列生理功能都发生变化，主要表现在体温调节、水盐代谢、循环系统、消化系统和泌尿系统等方面。这些变化在一定程度内是适应性反应，但超过限度则可产生不良的影响。,(1)体温调节 人在矿内热环境中作业，由于产热、受热总量大于散热量，人体热平衡受到破坏多余的热量在体内蓄积起来。当体内蓄热量超过机体所能耐受的限度时，体温调节紊乱，表现为体温升高。据测：当环境温度38的人数比例显著增多，如右图所示。但总体温升高有一定限度，上升到41者较罕见。,6.3.2 矿内热环境对人体的影响,皮肤温度也可以反映出热环境对人的作用，据研究表明，皮肤湿度随气温升高而增加，如下图所示。 当皮肤湿

18、度接近人体内脏温度时体表甚至可以完全失去散热作用。,6.3.2 矿内热环境对人体的影响,不同体温下产生的症状表,6.3.2 矿内热环境对人体的影响,(2)水盐代谢 人在热环境中作业时，汗腺活动增加，大量分泌汗瓶其分路员与劳动强度成正比。 据测定：里兰矿井工人每班每人失水量高达3.85kg，平均为2.1kg。汗液是低渗溶掖，水分占99.299.7%，其余大部分为氯化钠。大量出汗亦必然损失大量盐分，如不及时补充水分、盐分，将使人体严重脱水、缺盐引起水盐平衡失调，大量水盐损失，使尿液浓缩，加重肾脏负担；还可导致循环衰竭和热痉孪及热衰竭。1976年里兰矿井下工人作业就发生多起中暑晕倒病例。由此可见，人

19、体靠蒸发散热虽然可以调节维持人体热平衡，但它是以机体付出代价才保持平衡的，而且这种平衡状态只维持一定时间，一旦汗腺疲劳，出汗停止，即发生中暑。,6.3.2 矿内热环境对人体的影响,(3)循环系统 循环系统在体放分布和体温调节方而起着重要作用。在矿内热环境作业，皮肤血管高度扩张，流经体表的循环血量成倍地增加，因而能把大量的热带到体表，以便散发出去。 为了完成这种调节，必须增加的血液输出量达2倍以上。这就使心脏负担加重心肌收缩的频率和强度，每搏输出量和每分钟输出量均增加。如心血管系统经常处于紧张状态，久之可使心肌发生生理性肥大，也可转为病理状态。 此外，热环境对心血管系统的影响，还反映在血压方面，

20、据报告，长期在热环境中工作的工人血压较高，高血压患者也比较多。,6.3.2 矿内热环境对人体的影响,(4)消化系统 人在热环境中，由于体内血液重新分配，引起消化系统相对贫血，出现抑制反应，胃的排空时间延长收缩放型变小，收缩曲线不规则。同时，由于大量出汗带走盐分以及大量饮水致使消化液分泌减弱，肾液酸度下降。这些因素均可引起食欲减退消化不良，增加胃肠道疾患。,6.3.2 矿内热环境对人体的影响,(5)神经系统 在矿内热环境中，人的中枢神经系统出现抑制，大脑皮层兴奋过程减弱，条件反射潜伏期延长出现注意力不易集中以及嗜睡、共济协调较长等现象，使肌肉工作能力降低。 这种抑制作用，使肌体产热量因肌肉活动减

21、少而降低，具保护性质。但从另一方面来看，由于注意力不集中，肌内工作能力降队使作业动作的准确性与协调性及反应速度降低，易发生事故。,6.3.2 矿内热环境对人体的影响,(6)泌尿系统 人在热环境中排出大量水分，使肾脏徘出的水分大大减少，尿液浓缩，肾脏负担加重，会出现肾功能不全等。 人体在外界高温作用下，生理-病理变化可综合如图。图中实线表示正常生理反应，虚线表示不良反应，说明外界热量已超过了人体正常的调节范围。,6.3.3 矿内热环境对劳动效率的影响,人在热环境中作业劳动生产串将显著降低，这是由于人体在热环境中可出现中枢神经系统紊乱使肌肉活动能力下降。 高温对工作效率的影响，大体有几个阶段： 在

22、温度达2732范围时，主要影响是局部用力工作效率下降，并且促使用力工作的疲劳加速， 当温度高达32以上时，需较大注意的工作及精密性工作的频率也开始受影响。,6.3.3 矿内热环境对劳动效率的影响,日本北海道7个矿井调查表明：气温在30-37以上时，工作面事故率较30以下增加l.5-2.3倍。 据我国里兰矿及长广煤矿的调查，井下工人在热环境中劳动效率大大下降，长广煤矿改为四班制，工人也难于坚持。 据苏联学者报告：矿内空气温度超过标准l，工人劳动生产率便降低6-8。在50年代国外就有学者提出：不论工作的复杂性如何，当实效温度在27至30之间，人工作的能力就显著下降，这一结论后来又被一些学者的实验研

23、究所证实，如图6-7所示。,6.3.3 矿内热环境对劳动效率的影响,从图6-7中可见，实效温度由27增高到30时，生产效率明显下降，当实效温度为34.5时，生产效率下降到实效温度为27时的25%。 图6-8是日本学者官崎团作的研究结果，反映了相对劳动效率和湿卡他度的关系。,6.3.3 矿内热环境对劳动效率的影响,图6-9中直线和曲线是Hasse和W.H.Carrier的研究结果反映相对劳动效率和实效温度的关系。 由于高温对矿山劳动生产率的影响，矿山生产定额也就降低，从而最终导致采矿费用的增加，可由下式表示：,6.3.3 矿内热环境对劳动效率的影响,日本学者在煤矿实际调查的结果,反映了相对劳动效

24、率和湿球温度的关系,总之，为了保护劳动安全和工人的使危提高劳动生产率，提高经济效益，改善矿井气候条件是很有必要的。,6.3.4 热适应,热适应不但可提高热环境中的作业能力，而且也可防止中暑和其他疾病，但热适应是自然逐渐形成的。适应后其适应能力能保持一段时间，离开热环境后，适应性又逐渐消失。值得强调的是人体的热适应是有一定限度的；如超出适应能力的范围仍可以引起正常生理机能紊乱。,6.4 矿内气候条件的改善,6.4.1 不采用冷冻机械的降温调节方法 6.4.2 采用冷冻机械设备的降温方法,6.4 矿内气候条件的改善,改善矿内气候条件的目的，在于将井下各作业地点的空气温度、湿度和风速调配得当，创造一

25、个良好的劳动环境，从而保证矿工的身体健康并为不断地提高劳动生产率创造应采取哪些改善措施经济效益更好，一直是人们所关心和研究的问题。例如从实效温度这个舒适指标来看，要达到满意的实效温度低可以采取不同的干球温度、湿球温度以及不同风速相互配合来实现。但究竟采取改变气温或者改变风速哪一种措施经济效果更合适，是一个值得研究的问题。又如，在冬季冷空气预热措施中，是采取设备预瓶还是采用巷道预热，都是值得深入研究的课题。 改善矿内气候条件，一般包括采用降温、预热、防冻等措施。由于我国幅员辽阔，南北气温相差悬殊，各地区矿山反映出来的问题并不相同，而且还有些特殊矿井，如高硫矿井、热水型矿井，有其本身特有的热害问题

26、。所以在改善矿内气候条件，解决矿内热害问题时，应因地制宜地针对热害的特点选择技术上可行、经济上合理的技术措施。,6.4.1 不采用冷冻机械的降温调节方法,建立合理的开拓系统和通风系统 适当加大通风置 利用调热井巷降温 其他方法降温,6.4 矿内气候条件的改善,6.4.1 不采用冷冻机械的降温调节方法 6.4.2 采用冷冻机械设备的降温方法,6.4.2 采用冷冻机械设备的降温方法,1.冷冻机工作原理,6.4.2 采用冷冻机械设备的降温方法,2.矿井制冷降温的布置方案 (1)空气冷却设备布置在地而的冷却系统 采用这种冷却系统，可以使矿井采倔工作面获得足够的降温效果，但这时必须大幅度降低地面入风温度

27、(不能低于零度，以防井筒结冻)，否则必须大量增加风量，从而增加开采费用。,6.4.2 采用冷冻机械设备的降温方法,2.矿井制冷降温的布置方案 (2)在地面布置制冷机在深水平冷却空气的冷却系统,6.4.2 采用冷冻机械设备的降温方法,2.矿井制冷降温的布置方案 (3) 在深水平布置制冷机在地面排除冷凝热的冷却系统,制冷机布置在深水平可以减少沿途管道的冷损，因而可以提高制冷剂的蒸发温度，并可利用水来代替盐水作载冷剂。但是，必须供应冷却冷凝器的冷却水，冷却水回水往往要在地面喷雾水池中或冷却塔中冷却。如图6-17。,6.4.2 采用冷冻机械设备的降温方法,2.矿井制冷降温的布置方案 (4) 在深水平排

28、除冷凝热的冷却系统,6.4.2 采用冷冻机械设备的降温方法,2.矿井制冷降温的布置方案 (5) 联合制冷冷却空气系统,6.5 空气预热,我国北方许多矿区冬季地面气温很低，在进风井巷中，当其周壁有水时，会出现冰冻现象，将给运输、提升装置的正常运行带来因沧威胁安全生产，影响工人健康。因此，安全规程规定：为保证进风风流温度不低于2，应对矿井进风流采取预热措施。 预热矿井进风流的空气，目前常采用锅炉预热和地温预热方法。,6.5 空气预热,6.5.1 锅炉蒸汽预热法 6.5.2 地温预热法,6.5.1 锅炉蒸汽预热法,锅炉蒸汽预热的典型装置，如图6-20所示。从锅炉房产生的蒸汽用隔热管道送到进风井旁的暖

29、风峒，进入加热器(翅片管道)，将小风机送入其间的冷空气加热，通常加热到7080以后的热空气由连络道切向地流入进风井筒内，与流人井筒的冷空气温备使混合后的空气温度达到2。,6.5.2 地温预热法,地温预热亦即利用调热巷道预热，利用废旧巷道或采空区(有一定的长度)改作为冬季矿井的进风道，使进风流在其中进行比较充分的热交换，提高进风温度，防止井筒结冰。,利用地温预热的几点注意事项,选择预热线路时，应尽量采用采空区或多分支并联的废旧巷道，以增大预热面积，提高预热效果，降低通风阻力。 为了保证风流风质，对所选用的采空区和预热巷道，应提前清洗粉尘和堆积，然后再投入生产，对含铀较高的采空区或废旧坑道，不宜作为预热坑道。 为了提高地温预热的效果，应尽量选用距地表较深的采空区和废旧巷道进行预热，而且预热井巷与生产井巷之间应进行隔离，以提高预热井巷的预热效果。 当预热风量较大时每秒(几十立方米)，单靠自然通风达不到目的。因此，可在预热系统中安设风机送风，而且风机应安装在预热系统的末端，在岩石稳定、安全可靠、人员出入方便的地方。 对所选用的预热巷道，经过冬季冷却后，由于散失热量大，为保证下年冬季使用时的预热效果，夏天可让地表的热空气不断地进入预热井巷，以提高岩体温度，储备更多的热量。春、秋两季时，可将预热巷道临时封闭起来，待冬季时再用。,重点、难点,了解矿井热害 掌握矿井降温的方法及原理,