矿井制冷降温系统的研究与应用

科技创新与应用Ｉ　２０１３年第２５期　工业技术　浅谈矿井降温技术　

黄新生　（亭南煤业有限责任公司，陕西长武７１３６０２）　摘要：随着浅部矿产资源的开发殆尽，矿井采深的增加和机械化水平的提高，地温高、采掘工作面气温高的现象不可避免，矿井热　害将成为继顶板、瓦斯、水、火、粉尘五大灾害的又一大灾害。当前矿井高温热害日趋严重，已经成为严重制约矿井正常生产，影响矿　井经济效益的重大问题之一。本文针对矿井高温热害这一客观存在的现状，着重对机械集中降温制冷技术进行了探讨和研究。　关键词：矿井降温；矿井热害；降温措施　１引言　我国南方地区在夏季地面空气温度高达４０℃，直接影响井下空　气温度。此外，由于开采深度大（据我国煤田地温观测资料统计，地　温梯度为２－４￣Ｃ／ｌＯＯｍ）ｔ”，岩层温度，井下涌水温度高，运输过程中的　煤炭放热，开采出来的煤炭温度高，其在运输过程中对风流强烈加　热，机电设备散热等原因，也会使采掘工作面出现高温、高湿的气候　条件。　许多煤矿在夏季生产过程中，矿井热害严重影响工人的作业效　率同时威胁着他们的身心健康，甚至可能导致一些矿井事故的发　生，给煤矿的安全生产及其正常管理带来了极大的不便，创造井下　舒适的劳动环境是目前亟待解决的问题。　２矿井降温措施　２．１杜绝热源及减弱其散热强度　在矿井热平衡中，氧化放热和局部热源放热占很大的比例。应　尽量利用岩石巷道进风，防止煤氧化生热的交换；避开局部热源；尽　量减少巷道的煤尘和不用的木料，放止暴晒的防尘水进入进行和暴　晒的矿车、材料、设备下井。考虑到运输煤炭时，由被运煤炭释放热　量引起风流温度上升，电机车本身放热，应尽可能的将运输设备移　到回风水平　。设法引导机械设备排出风流进入总回风流而不随新　鲜风流进入工作面，便可以减弱机械散热引起的风流温度增高。　２．２通风降温　目前在对高温矿井掘进工作面的降温、除湿及提高含氧量所采　用的非人工制冷降温措施中，最常用的是通风降温技术。该技术主　要是提高矿井进风量，加大巷道和采掘工作面的风速，缩短进风路　线；建立合理的通风系统，采取并联通风，尽量避免和减少串联通　风；采取下行风、ｗ形通风等有利于通风降温的布置方式　。　２．３机械集中制冷降温技术　在矿井极深处开采或地处热带及氧化放热特别严重的浅部开　采的矿井，必须采取机械制冷来实现矿井降温。该种降温技术主要　有井下集中制冷机制冷、地面集中制冷机制冷及井下地面联合集中　制冷。　地面集中制冷降温将制冷站设在地面工业广场，一般制取０—　５℃的低温冷媒，通过保温管道输送至井下。在井下制冷硐室中，来　自地面的高压冷媒需要经过一次高低压转换，将高压冷媒转换为低　压冷媒，再通过保温管道输送至采掘工作面及其他降温地点附近的　空冷器进行换热，达到降温的目的。系统可由多台冷水机组、多台溴　化锂吸收式制冷机组或者两者组合构成　，可实现制冰、制冷水等多　种冷媒，制冷量可达到几兆瓦至几十兆瓦，系统的排热在地面通过　冷却塔实现，主要用于矿井总制冷量２．３～５．ＯＭＷ的情况，如图１所　刁　。　

１７８　。　ｊｊ；舛技　２０１３年第５期　矿井井下降温系统设计探讨　赵恩荣，王文全，李培云　・　（煤炭工业济南煤炭设计研究院有限公司，山东ｌ济南２５００３１）　摘要　目前我国大部分开采的煤矿，都处于深水平开采，随着深度的增加，岩温升高以及设备散热等因素影响，产生了矿井的高温热害问　题。该文主要介绍井下集中式水冷机械降温技术的特点及应用，为高温矿井降温系统的设计及应用提供参考。　关键词矿井降温　井下集中式水冷降温　中图分类号ＴＤ７２７　．２　文献标识码Ｂ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—２８０１．２０１３．０５．１０４　１矿井概况　陈蛮庄煤矿位于单县煤田的西部，矿井设计生产　能力为０．９０Ｍｔ／ａ。矿井采用立井开拓，设置主井、副　井、风井三个井筒，采掘工作面水平标高为一６００～　一１２００ｍ。　根据测温资料，本区恒温带深度为５０ｍ，温度为　１８．９￣Ｃ，本区地温梯度平均２．５９￣Ｃ／ｈｍ，属地温正常　区。煤层底板温度与埋深成正比关系，本区３煤层埋　深较大，经换算３煤层底板一７５０ｍ以深为地温大于　３７￣Ｃ的二级高温区。采用隔绝热源、加强通风等非机　械制冷措施不足以消除和减轻矿井热害的根本问题，　必须采取井下机械制冷降温措施。　２井下降温制冷量计算　本矿井设计按《煤矿安全规程》规定２６￣（２的标准　进行井下需冷量计算。　矿井投产前期，布置一个综采工作面和四个掘进　工作面；矿井投产后期，布置八个掘进工作面和二个综　采工作面。投产前期每个掘进工作面制冷量取　３５０ｋＷ，综采工作面制冷量取９００ｋＷ；投产后期每个掘　进工作面制冷量取４００ｋＷ，综采工作面制冷量取　１２００ｋＷ　收稿日期：２０１３—０８—０９　作者简介：赵恩荣（１９７９一），男，２００２年毕业与重庆大学城建学院　暖通空调专业，获工学学士学位，现在煤炭工业济南煤炭设计研究院　有限公司工作，从事暖通空调工程设计。　降温系统总需冷量还需考虑载冷剂传输管道的冷　量损失量、冷冻水的冷量损失量及其他输冷环节的冷　量损失量。根据《煤矿井下热害防治设计规范》　（ＧＢ５０４１８—２００７）的规定，降温冷负荷取１．２的附加　系数，则机械制冷降温系统总需冷量为：　投产前期：　Ｑ总＝（３５０×４＋９００）×１．２＝２７６０ｋＷ　矿井后期：　Ｑ总＝（４００×８＋１２００×２）×１．２＝６７２０ｋＷ　３　井下制冷系统的选择　３．１　机械制冷系统的划分　井下机械制冷降温一般采用压缩式制冷机，系统　的划分有下面几种形式：　（１）以制冷机组设置位置的不同，分为地面集中　式和井下集中式；　（２）以制冷机组生产冷媒载体的不同，分为水冷　式和冰冷式；　（３）以上两种划分方式的不同组合。　３．２　冰冷集中式机械制冷降温系统　冰冷式机械制冷降温系统，就是利用地面制冰车　间制取的冰水混合物，输送至井口，然后依靠重力作用　下到井下的融冰装置（融冰池等），在融冰池内冰与井　下降温空调回水直接混合换热，使空调回水的温度降　低，再输送到各采煤工作面或掘进工作面的空气冷却　器用于降温。由于冰冷系统存在以下问题，此在矿井　降温系统中较少采用：　（１）制冰机组制冷效率低，主机消耗电能较水冷　两端头之间压力相差不大，工作面在开采过程中存在　一定的台阶下沉现象，但不如典型浅埋煤层剧烈。　（２）２０３０６工作面周期来压步距为１４～２４ｍ，平均　为１７．３３ｍ；超前支承压力位于工作面前方０～４０ｍ范　围内，支承压力峰值大约位于前方１５～２２ｍ范围内。　参考文献：　［１］黄庆享．浅埋煤层的矿压特征与浅埋煤层定义［Ｊ］．岩石力学　与工程学报，２００２，２１（８）：１１７４～１１７７　［２］谭云亮，宁建国，顾士坦等．矿山压力与岩层控制（修订本）　［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社．２０１１　［３］曹明．近浅埋煤层长壁工作面顶板来压机理研究［Ｄ］．西安：　西安科技大学，２０１０　［４］刘洋，伍永平．近浅埋煤层开采顶板垮落步距分析［Ｊ］．煤矿　

２０１１年第３期（总１７８期）　安徽建筑　

水　、　电　、　暖　通　技　术　与　应　用　

安　

徽　

建　

筑　

一　对深部矿井机械制冷降温系统　塞握　

Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　Ｐｒｏｇｒａｍ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ　Ｃｏｏｌｉｎｇ　ｏｆ　Ｄｅｅｐ　Ｍｉｎｅ　

党晓社　（煤炭工业合肥设计研究院，安徽合肥２３００４１）　

摘　要：在阐述降温方式分类、实施机械制冷降温系统的必要性和可行性的基础上，通过对各类机械制冷降温系统优缺点的比较，指出各种机械　

降温系统的特点及其应用环境。　关键词：深部矿井；机械制冷；降温系统；降温方式　

中图分类号：ＴＤ７２７￣．５　文献标识码：Ｂ　文章编号：１　００７－７３５９（２０１　１）０３－０１　５４—０３　

１　概述　

近年来，随着煤矿开采不断向深部延伸和井下生产机械化　

水平的逐步提高，我国矿井热害问题日趋突出，严重危害矿工　的身体健康，制约着矿井生产效率的进一步提高。同时井下热　

害对安全生产的影响也在逐步增加，以往的加大矿井通风量和　

局部降温小系统已经不能满足《煤炭安全规程》（２０１０）所制定　

的井下劳动卫生要求，因此目前矿井集中降温设备也不断被采　

用。但由于在国内，矿井集中降温还处于起步阶段，已建成的降　

温系统种类繁多，甚至有的降温系统性价比很低，使得系统初　

投资和运行费用都很高，造成很大的浪费。因此大力开展矿井　

降温系统方案的调研和研究，对各系统进行综合比较，总结出　

其特点和适应场合，对指导矿井降温系统建设有着重大的意　

义　

２降温方式的确定　

２．１降温方式的分类　

治理矿井热害的措施归纳分析主要有两种类型：一种是非　

机械制冷降温措施，另一种是采用机械制冷降温措施。两种方　式都是在矿井通风的基础上，使矿井井下作业地点气象条件达　

到规定标准而采取的降温措施。前者又称开采技术措施，主要　

包括增大通风量、选择合理的开拓和通风系统、改革通风方式、　采煤工艺、煤层注水等，但主要是指通风措施；后者是在前者无　

５０　东瞧晨舛技　２０１０年第６期　

特大型高地热矿井机械降温系统的建立与应用　

李伟，周升举，韩力　

（新巨龙能源有限责任公司，山东巨野２７４９１８）　

摘要阐述了新巨龙公司龙固矿井作为高地热矿井采取机械降温的必要性，并通过比较选择了冰冷降温系统。介绍了建立冰冷低温辐射降　温系统的情况，以及应用冰冷低温辐射降温系统后的效果。　关键词特大型高地热矿井　冰冷低温　制冷降温　中图分类号ＴＤ７２７　．２　文献标识码Ｂ　

Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ　Ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｃｏｏｌｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　

ｈ　Ｏｖｅｒｓｉｚｅ　Ａｎｄ　Ｈｉｇｈ　Ｇｒｏｕｎｄ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｍｉｎｅ　

Ｌｉ　Ｗｅｉ，Ｚｈｏｕ　Ｓｈｅｎｇ—ｊｔｌ，Ｈａｒｔ　Ｌｉ　（ＮＥＷ　ＪＵＬＯＮＧ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｊｕｙｅ　２７４９１８，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｔｈｅ　Ｌｏｎｇｇｕ　ｍｉｎｅ　ｏｆ　ＮＥＷ］ＵＬＯＮＧ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　Ｃｏ．．Ｌｔｄ．ａｓ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒｓｉｚｅ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｇｒｏｕｎｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｍｉｎｅ　ａｓ　ｔｈｅ　ｎｅｅｄ　ｆｏｒ　ｍ＠－　ｅｈａｎｉｅａｌ　ｃｏｏｌｉｎｇ，ａｎｄ　ｂｙ　ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆｃｏｌｄ　ａｎｄ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｔｈｅ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ　ｏｆｌｅｅ—ｃｏｌｄ　ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ　ｃｏｏｌｉｎｇ　Ｗｓｔｅｍ　ｏｆｒａｄｉａｔｉｏｎ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｃｅ—ｃｏｌｄ　ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｒａｄｉａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　Ｏｖｅｍｉｚ￣ａｎｄ　ｈｉ　ｇｒｏｕｎｄ．ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｉｎｅ　ｉｃｅ—ｃｏｌｄ　ｓｙｓｔｅｍ　Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙｆｏｒ　ｒｅｄｕｃｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ