煤矿矿井热害防治技术与实践

煤矿矿井热害防治技术与实践勇于跨越追求卓越CONTENTS目录01矿井热害概述02热害成因分析03热害危害效应04通风降温技术CONTENTS目录05制冷降温系统06热源控制措施07个体防护体系08监测预警系统CONTENTS目录09工程案例分析01矿井热害概述热害定义与行业现状矿井热害的科学定义矿井热害是指矿井内环境气温超出人体正常热平衡承受范围，导致劳动效率下降、健康损害及安全事故的现象，主要由深井地热增温、机电设备散热、矿石氧化和热水活动等多因素引发。核心评价指标与安全标准国际通行将温度、湿度和风速作为核心评价指标，《金属非金属矿山安全规程》（GB16423-2020）规定：人员连续作业场所的湿球温度不高于27℃。我国矿井热害行业现状随着开采深度增加，我国矿井热害问题日益突出。深井开采中，地层散发的热量可占矿井总热源的40～50%，部分矿井岩温达50～60℃，高温高湿环境导致劳动效率仅为正常环境的30%～40%。热害核心评价指标

国际通行核心参数国际以温度、湿度和风速作为矿井热害评价核心指标，三者共同决定人体热平衡状态与作业舒适度。

我国法定安全限值《金属非金属矿山安全规程》（GB16423-2020）规定：人员连续作业场所湿球温度不得高于27℃。

综合性评价指标体系除基础参数外，还包括干/湿卡他度、等价温度、实感温度、热力指数等，用于量化高温高湿环境对人体的综合影响。01国内外技术发展历程20世纪中期：初步探索阶段20世纪中期起，南非、日本等国率先研发通风优化与制冷技术。南非金矿应用大型制冷系统，中国开发出移动式空气冷却装置。0220世纪后期：技术多元化发展随着开采深度增加，降温技术逐步形成地面与井下结合的多元模式，W型通风系统、热源隔离技术广泛应用。0321世纪以来：综合利用与创新21世纪以来，结合热害治理与地热资源利用的综合系统逐渐推广，例如缓冲发电装置和热泵技术实现降温与能源回收双重目标。04近年技术突破：绿色与协同2025年，中国化学工程第三建设有限公司在安徽省淮南市凤台县张集煤矿实施了全国首例跨临界CO₂制冷技术与煤矿热能回收利用示范项目，实现制冷与热能回收的协同模式。02热害成因分析

地热增温机制地温梯度与深度关系恒温带以下，地温随深度增加而升高，地温梯度（每100米岩温增量）因地区而异，如抚顺矿区约3.3℃/100m，吉林石咀子铜矿区约2℃/100m。

深井地热贡献占比1000m左右深井中，地层散热量占矿井总热源的40～50%，是深井高温的主要原因，联邦德国鲁尔煤田采深1000～1200m处岩温已达50～60℃。

地下热水活动影响地下水通过断层、裂隙与深部热源接触形成地热异常区，热水型高温矿井涌水放热显著，如中国平顶山八矿-273m东石门断层出水水温37℃，日本常磐煤矿涌水温度高达75℃。散热机理与热源占比机电设备散热特性机电设备全部无用功及部分有用功转化为热能，综合机械化采煤工作面设备功率常超1000kW，其散热可使工作面气温显著上升；在机械化矿井中，机电设备散热是重要热源，部分场景占矿井总热源的20%以上。不同设备散热差异截煤机械所耗功率约80%转化为热；下行运输时，所耗电能和势能变化量全部转化为热，上行运输时，所耗电能部分转化为势能，其余均转化为热；发热量大的机电硐室若不独立通风，热量易扩散至采掘区域。散热对环境影响案例某综合机械化采煤工作面因机电设备持续散热，在通风条件一定时，工作面气温较其他区域高5-6℃，影响矿工工作效率，增加中暑风险，需采取独立通风等措施控制其散热影响。其他热源影响因素入风气温过高入风气温过高是小型浅井和大型深井建井时期夏季高温的主要原因。中国南方大片地区七月平均最高气温超过33℃，有时高达40℃以上。氧化放热煤炭或硫化矿石氧化放热是采掘工作面高温的一个原因。有时这种放热量可占工作面风流带出热量的20%以上。中国向山硫铁矿分层崩落法采矿的工作面，单位氧化放热量约16kcal/(m·h)，个别高温工作面达53.7kcal/(m·h)。人体散热井下工作人员的放热量主要取决于所从事工作的繁重程度以及持续工作的时间。一般煤矿工作人员的能量代谢产生热量为：休息时每人的散热量为90-150W；轻度体力劳动时每人的散热量为250W；中等体力劳动时每人的散热量为275W；繁重体力劳动时（短时间内）每人的散热量为470W。其他次要热源爆破、充填料、生产用水等也会放热，其影响程度因具体条件而异，一般对矿井气温影响不大。

热源叠加效应分析多热源协同升温机制矿井高温是地热、机电设备散热、氧化放热等多热源共同作用的结果。例如深井中，地热占总热源的40-50%，机电设备散热占比可达20%以上，叠加后导致工作面温度显著升高。

热害等级与热源强度关联根据地温梯度划分，一级热害区原始岩温高于31℃，二级热害区高于37℃。当采掘工作面机电功率超1000kW时，可使局部气温上升5-6℃，加剧热害等级。

典型案例：高湿环境下的热源叠加某矿热水型高温矿井，地下热水温度达48℃，叠加机电设备散热后，工作面湿球温度超32℃，相对劳动效率降至30-40%，事故率较常温环境高3.6倍。03热害危害效应

人体健康风险评估01生理功能损害高温环境导致人体体温调节障碍，出现水盐代谢紊乱、心率加快、呼吸急促等症状，严重时引发中暑、热射病，威胁生命安全。

02慢性疾病诱发长期暴露于高湿环境，易引发风湿病、皮肤病、消化及泌尿系统紊乱等慢性疾病，增加心脑血管疾病发病风险。

03劳动效率下降高温导致矿工中枢神经系统疲劳、注意力不集中，日本1979年调查显示，30-40℃工作面事故率较30℃以下高3.6倍，相对劳动效率仅30%-40%。

04心理问题影响长期高湿高温环境引发矿工烦躁、压抑等心理问题，导致精神不集中、思想紊乱，增加人为操作失误风险。生产效率影响数据高温环境下劳动效率衰减率在高温矿井中，生产率显著降低，部分矿井相对劳动效率仅为30％～40％，严重制约生产进度。温度与事故率相关性数据日本1979年全国调查显示，30～40℃工作面事故率比低于30℃时高3.6倍，高温环境显著增加安全风险。高温导致的工时损失统计长期高温作业使矿工体力下降、操作失误增多，每班有效作业时间缩短约20%，间接造成产量降低。

安全事故案例分析南非金矿热害事故（1956-1961年）据统计，在湿球温度32.8～33.8℃环境下，矿工千人中暑死亡率达0.57，凸显高温对生命安全的直接威胁。

日本常磐煤矿热水型热害该矿位于温泉地带，涌水温度高达75℃，热水直接加热风流并传导热量至巷壁，导致井下环境恶化，影响生产安全。

国内某矿通风不足致事故调查显示，我国部分煤矿长壁工作面供风量80%以上在200～800m³/min，风量偏低导致热量积聚，高温工作面事故率较30℃以下环境高3.6倍。04通风降温技术

W型通风系统设计系统结构特点采用上下平巷进风、中间巷道回风的布置方式，缩短通风线路，减少风流沿途吸热，显著降低工作面气温。

适用条件与优势适用于回采工作面，尤其在高温矿井中，相比传统通风方式可有效增加风量，改善散热条件，符合《煤矿安全规程》要求。

应用效果案例中国部分矿井应用W型通风系统后，工作面温度较传统方式降低，有效提升作业环境舒适度，保障矿工健康与生产效率。

局部通风优化方案W型通风系统应用采用上下平巷进风、中间巷道回风的W型通风系统，可显著降低工作面气温，符合《煤矿安全规程》要求，提升通风效率。

局部引射器与小型局扇布置在采掘工作面人员集中高温点，使用引射器或小型局扇吹风，增加局部风速，改善人体散热条件，增强局部区域降温效果。

机电硐室独立通风设计发热量大的机电硐室实行独立通风，避免热量扩散至采掘区域，减少矿井整体温度上升，保障作业面环境安全。

通风路径与风量调控缩短通风线路，增加风量，提高风速，减少风流沿途吸热；根据工作面需求动态调整风量，确保有效降温与空气流通。技术原理与设计要求机电硐室独立通风技术

通过设置专用进回风系统，将机电硐室与采掘工作面风流隔离，防止设备散热扩散至作业区域。设计需符合《煤矿安全规程》，确保独立风道风速不低于1.0m/s，风量满足设备散热需求。典型通风系统配置

采用"压入式进风+抽出式回风"组合模式，配备防爆型局部通风机（功率≥11kW），进风侧设置空气过滤器，回风侧安装防火阀门。高发热设备区域（如变频器室）增设导流风障强化局部气流组织。散热效果与工程案例

某矿35kV变电所实施独立通风后，硐室温度由42℃降至28℃，设备故障率下降37%。山西同煤集团机电硐室改造项目显示，独立通风系统可使矿井总热负荷降低8-12%，投资回收期约2.3年。运行维护关键要点

每日监测风压（≥150Pa）及温湿度，每季度进行风道阻力测试；备用风机每月切换运行，电机轴承温度超75℃时自动启动声光报警；隔热材料（导热系数λ≤0.03W/m·K）每两年检测老化程度。05制冷降温系统固定式制冷设备配置地面集中式制冷系统制冷与冷却系统均设在地面，冷却总进风流。施工、维修和冷却水（用来冷却冷凝器中的致冷剂）处理方便，但冷空气往井下输送途中易吸收热量，降低冷却效果。地面制冷+井下冷却系统制冷系统设在地面，冷却系统设在井下。投资较大，但冷却水易于处理，冷却效果好，可用优质绝热材料防止冷水在输送过程中吸收热量，目前广泛采用。井下集中式制冷系统制冷和冷却系统均设在井下，要求妥善解决冷却水的循环处理问题。系统较为简洁，供冷管道短，无高低压转换装置，仅有冷水循环管路，但需在井下开凿大断面硐室。

移动式空调装置应用装置适用场景常用于采掘工作面等局部高温地点，可随工作面推进灵活移动，尤其适用于作业地点分散、人员较少的高温矿井。

设备组成特点制冷系统与冷却系统组装成一体，结构紧凑，重量轻，便于搬运安装，可与局扇配套使用，直接将冷却空气送至作业面。

国内应用案例中国武汉冷冻机厂制造的矿用移动式空气冷却设备，已在国内多个矿井成功应用，有效解决了局部高温区域的降温难题。

技术优势分析无需开凿专用硐室，基建投资小，冷量传输距离短，降温针对性强，能快速改善局部作业环境温度，提升矿工舒适度。

跨临界CO₂制冷技术创新技术原理与优势跨临界CO₂制冷技术利用液态CO₂在超临界状态下的相变特性进行制冷，具有环保性好（ODP=0，GWP低）、制冷效率高、安全性强等优势，可适应矿井高温高压环境。

国内应用案例2025年，中国化学工程第三建设有限公司在安徽省淮南市凤台县张集煤矿实施全国首例跨临界CO₂制冷技术与煤矿热能回收利用示范项目，实现“井下制冷”与“地面用热”协同。

能源回收与绿色转型该技术与矿井余热回收系统结合，在降低工作面温度的同时，可回收利用冷凝热用于地面供暖或工业生产，实现节能降耗与减少碳排放，为煤矿行业绿色转型提供创新解决方案。冷热联供系统设计系统设计原则需综合考虑矿井地质条件、开拓开采系统、制冷降温范围、冷负荷及矿井涌水量等因素，进行技术经济论证后确定设计方案。典型系统构成主要由制冷系统、输冷系统、传冷系统和排热系统四个基本环节构成，实现“井下制冷”与“地面用热”的协同效应。布置方式选择包括地面集中式（制冷和冷却系统均在地面）、井下集中式（制冷和冷却系统均在井下）及地面与井下联合式，各有适用场景。关键技术参数制冷机冷负荷备用系数可取110〜120，制冷装备数量不宜少于2台；冷量传输管道温升不应高于0.6℃/1000m。环保与节能设计优先选用环保制冷剂，如跨临界CO₂制冷技术，结合矿井余热回收系统，实现能源梯级利用，减少环境污染。06热源控制措施

围岩隔热技术应用

巷道壁隔热材料选择采用喷涂型隔热材料覆盖巷壁，如硅酸盐类隔热涂料，可有效降低岩壁向风流的散热量，减少围岩放热量占矿井总热源的比例。

超前疏干排水隔热针对热水型高温矿井，实施超前疏干排水措施，将地下热水经回风井巷引至地面，减少热水通过对流和蒸发向矿井释放热量，如平顶山八矿-273m东石门断层热水处理案例。

隔热层施工工艺对巷道壁采用隔热材料喷涂或覆盖，形成连续封闭的隔热层，阻断围岩与空气的热交换，施工时需确保材料防火、防潮，符合井下安全标准。

地热异常区专项隔热方案在地热梯度超过3℃/100m的高温异常区，结合巷道支护设计复合隔热结构，如在锚杆支护外侧增设隔热板，降低热流传递效率，保障作业面温度符合《煤矿安全规程》要求。

热水疏干排水方案超前疏干排水技术针对热水型高温矿井，采用超前疏干排水措施，预先降低热水含水层水位，减少井下热水涌出量。如平顶山八矿-273m东石门断层出水水温37℃，通过超前疏干有效降低工作面温度。

热水输送与排放系统将井下热水经回风井巷引至地面，或通过设有隔热盖板的水沟导入水仓，避免热水在井巷漫流散热。日本常磐煤矿利用温泉地带涌水（水温75℃），通过专用管道排至地面处理。

热水资源化利用结合矿井余热回收技术，将疏干热水用于地面供暖或工业用途。如中国化学工程三化建在张集煤矿实施的跨临界CO₂制冷与热能回收项目，实现“井下制冷、地面用热”协同效应。

疏干效果监测与评估通过水位监测仪、水温传感器实时跟踪疏干效果，确保热水涌出量控制在设计范围。某矿通过超前疏干使工作面水温降低5-8℃，空气温度下降2-3℃，达到《煤矿安全规程》要求。设备散热优化策略

高效设备选型与能效提升优先选用低功耗、散热性能优良的矿用机电设备，如高效节能电机，其无用功转化率可降低至15%以下，减少热量产生。

机电硐室独立通风系统对采煤机、运输机等大功率设备所在硐室采用独立回风通道，避免热量扩散至采掘工作面，如某矿机电硐室独立通风后，周边区域温度降低3-5℃。

设备散热结构改良优化设备外壳散热鳍片设计，加装矿用防爆散热风扇，提升强制对流散热效率，某综采工作面设备经改良后散热能力提升40%。

液压系统热交换控制采用高效冷却器对液压系统进行降温，控制液压油温度不超过55℃，减少系统散热对环境的影响，某矿液压站冷却改造后年减少散热3.2×10⁵kcal。07个体防护体系

冷却服技术参数01核心制冷性能采用相变材料或强制对流技术，制冷功率通常为50-150W，可使体表温度降低4-8℃，持续工作时间2-6小时（取决于制冷方式）。

02安全与舒适性设计材质需满足煤矿防爆要求，重量≤3kg，具备防水、透气性能，穿戴后活动自由度不受限制，符合GB29510-2013《个体防护装备选用规范》。

03电源与续航配置采用本质安全型锂电池供电，工作电压≤12V，续航时间3-8小时，支持快速充电，电池防爆等级不低于ExibIMb。

04适用环境参数适用温度范围-5℃~60℃，相对湿度≤95%，在高湿、粉尘环境下仍能稳定运行，满足《煤矿安全规程》对井下个体防护装备的要求。

防护装备使用规范防护装备选型标准根据井下热害等级和作业环境温度，选择符合《煤矿安全规程》的防热服、冷却头盔等装备，优先选用轻便透气、隔热性能达标的产品。

装备佩戴与检查要求作业前检查装备完整性，确保冷却系统（如冰袋、循环水管）功能正常；佩戴时需贴合身体，无松动漏风，防热服拉链、魔术贴等配件完好。

使用过程中的维护定期更换冷却介质（如冰盒每2-4小时更换一次），保持装备清洁干燥；避免尖锐物体划破防热层，发现破损立即停止使用并更换。

个体防护配合措施防护装备需与通风降温、人员轮换等措施协同使用；作业人员应随身携带防暑药品，每工作1-2小时到指定凉爽区域休息，补充电解质饮料。作业轮换制度设计

高温作业时长限制标准依据《煤矿安全规程》，井下采掘工作面空气温度超过26℃时，单个班次连续作业时间不应超过4小时；机电硐室超过30℃时，作业时长需缩短至3小时以内。动态轮换模式设计采用"高温区域-常温区域"交替作业模式，如采掘面每2小时轮换至通风良好的运输巷休息30分钟，日均累计高温暴露时间不超过6小时。轮换周期与强度匹配原则根据劳动强度分级调整轮换频率：重体力劳动（如综采）每90分钟轮换一次，轻体力劳动（如巡检）可延长至150分钟，确保人体热应激恢复时间充足。特殊时段作业安排夏季高温时段（地表温度≥35℃）应调整班次，将主要作业安排在5:00-10:00及16:00-20:00，避开地面高温空气影响井下的峰值时段。08监测预警系统

温湿度实时监测技术传感器选型与部署选用矿用本安型温湿度传感器，具备抗粉尘、耐腐蚀特性，测量范围温度-20℃~80℃，湿度0~100%RH，精度±0.5℃/±3%RH。重点部署于采掘工作面、机电硐室、回风巷等关键区域，间距不大于50米。

数据传输与处理系统采用工业以太网或ZigBee无线传输技术，实现监测数据实时上传（传输延迟≤10秒）。地面监控中心配置数据服务器，通过滤波算法处理原始数据，生成温湿度变化趋势曲线及热力分布图。

阈值预警机制依据《煤矿安全规程》设定预警阈值：采掘工作面湿球温度≥27℃、机电硐室干球温度≥30℃时触发声光报警，并自动推送预警信息至管理人员移动端。系统具备三级预警响应机制，支持自定义阈值调整。

典型应用案例淮南张集煤矿应用分布式光纤传感技术，实现沿巷道3km范围连续测温，空间分辨率达1m，成功预警2处隐蔽热水涌突点，响应时间较传统点式传感器提升80%。热害预警模型构建

多源数据采集与融合整合地温梯度、机电设备功率、通风参数、井下温湿度等实时监测数据，建立包含10万+监测点的数据库，数据采样频率达1分钟/次，确保数据时效性与完整性。预警指标体系设计依据《金属非金属矿山安全规程》，设定湿球温度≥27℃为一级预警阈值，结合风速＜1.5m/s、相对湿度＞85%等辅助指标