浅析影响矿井地温异常的因素及危害

李浩哲

（陕西省一九四煤田地质有限公司，陕西 铜川 727000）

在矿产资源生产中，随着开采深度的增加，井下气温不断升高，湿度不断增大，我国不少矿的井下气温已超过井下安全作业规定温度26oC，有的矿井下温度甚至达到44 oC，成为不同程度遭受热害的高温矿井。我国东部部分矿山浅层矿产资源开采已近枯竭，因而深部矿产资源开发与矿井地热之间的矛盾将更加突出，这个问题已成为影响矿产资源生产的一个不可忽视的因素，应引起高度重视[1]。

1 地壳浅部状况

地球本身蕴藏着巨大的热量，并由地球的内部不断向外发散。其对地下温度的影响是越接近地表影响越小。根据温度状况，地壳上部可分为变温带、恒温带、增温带三部分。地壳上部的平均正常地热增温率为深度每增加100m地温增加3oC。各地区由于地质条件不同，地热增温率也不尽相同。

2 影响矿井温度异常的因素

一般矿井随着开采深度的增加，温度呈梯度增高，但也有不少矿区，开采深度并不大，地温却有显著增高，甚至在同一深度的不同地点，地温也有明显差异，出现了地温异常现象。根据资料统计分析，影响地温异常的因素主要有以下几个方面。

2.1 矿区所处大地构造位置

在激烈的地壳活动区域,如中生代和新生代造山带,由于强烈地震,岩浆喷发和入侵活动在这些区域,高温热泉是广泛分布的,所以这个地带热流值大,高地热温度、地温梯度大,并有剧烈的变化。在地壳相对稳定的区域，地热状况正好相反，热流值小，地温低，地热梯度小，而且均一。

2.2 岩石的导热性

地球内部的热能是通过岩石向外传导的，不同岩石具有不同的导热能力。大多数火成岩、石灰岩、砂岩等导热性强，传热快，在这些岩石分布的地区表现出地温的低异常；而泥岩、页岩、煤等，导热性差，传热慢，在这些岩石分布的地区表现出地温的高异常[2,3]。

2.3 矿床基底起伏与褶皱构造

在一定深度的范围内，基底隆起区大于邻近沉陷区，背斜区大于邻近向斜区，地温梯度大。这主要与岩石的导热性和各向异性有关。基底隆起区古老岩系的岩性密度相比相邻的沉陷区沉积覆盖的岩层岩性密度大,隆起区岩层具有高导热性，热阻率小，热流向隆起区流动，因此基底隆起区岩层温度、地温梯度和热流值高于沉陷区。褶皱区,沉积岩石顺层面方向相对于垂直层面方向具有较高的热传导率，热流从下往上进行传导，由向斜区向背斜区汇集，因此，褶皱构造背斜区岩层温度、地温梯度和热流值高于邻近向斜区。

图1 褶皱构造及热流传导方向示意图

2.4 矿区临近深大断裂

深大断裂延伸至上地幔，是地层深部炽热物质-热载体的上升通道。因此，深大断裂两侧围岩往往具有较高的热流值和地层温度，从而产生大量的泉水。然而,由于深大断裂的各段具有不同的力学性质，每段围岩的热物理性质不同,热载体沿深大断裂上升至不同的位置，因此，深大断裂两侧岩层并非到处呈现出高温异常。

2.5 矿区地下水活动

地下水活动引起围岩温度降低型。一些中小型盆地及某些大型盆地的边缘部位，从补给区进入的温度较低的地下水，在快速流动过程中不断把围岩热量带走，从而降低了地热。

地下水与围岩温度平衡型。地下水不能及时补给循环，交替性较弱，致使地下水与围岩之间的热交换趋于平衡，水温与岩层温度相同，地层温度和地温梯度具有恒定的温度值。

深循环地下水上升引起局部地热增温异常型。地表或浅层地下水渗透到深层地下，与高温围岩进行换热获得热量，成为热容大的热载体——高压高温水。在高角度断裂带、岩层倾角大的透水层等合适的地质构造作用下，地下热水就会沿断裂带通道或岩层间隙上升到浅层或地表。因为水温高于浅部地层岩层温度，所以在热水上升通道周围会呈现出局部高温异常。

表1 常见岩石组成（成分）矿物性质

2.6 局部热源影响

岩浆侵入体的余热。岩浆余热对现代地热场是否仍有影响，主要取决于岩浆侵入的时间，同时，还需要注意侵入体的大小、形状、初始温度和围岩的热物理性。

放射性元素的富集。虽然放射性元素的衰变是整个地球地热的主要热源之一，但地壳浅层放射性元素富集矿床产生的热量是非常小的，采矿过程中不会出现明显的热异常。

硫化物矿床氧化热。近地表硫化物矿床与氧气接触会发生氧化反应，产生大量热量，是一种不可忽视的局部热源。但是，这类矿床在氧化带以下更深的地层赋存处，地层温度则可以恢复正常。

图2 硫化物矿床埋藏深度对地温影响示意图

2.7 人为因素影响

矿井通风、排水、大功率机电设备运行、钻探施工中钻头摩擦发热、钻井液循环等人为因素对地表温度和测温数据有一定的影响。

3 矿井地热的主要危害

高温环境对人体健康、劳动效率和安全生产有着重要的影响。在高温环境下，人的中枢神经系统容易紊乱，从而感觉恍惚、身体疲劳虚弱、易昏睡，这种精神状态成为安全事故发生的主要原因。在高温矿井作业中，必须降低生产效率，缩短工人作业时长。

4 结语

在矿井生产中，应重视地温的影响，特别是在深部矿井开拓和开采施工中，高温异常极易发生，尤其是在高温地下水涌出区，情况更为严重，高温高湿的地下作业环境会对人体造成不利影响和损害，从而产生较大安全隐患，引发安全事故。在矿井生产初期，要做好地层温度的测量和预测工作，确保安全生产。