矿井制冷降温技术

某金属矿山深部开采人工制冷降温技术方案分析石乃敏;潘爱民;沈雁醒【摘要】According to the actual survey ,the temperature of -200m mining level in a metal mine whose mining depth is about thousand meter has reached 33 .95℃ ,heat disaster in deep wells mining has become the main constraint on safe and effective mining and comprehensive exploitation on deep resources . Because of the ventilation measure taken by the mine at present ,its cooling effect is limited .Artificial refrigeration temperature drop measure must be adopted to improve the underground working condition .This paper analyzes the heat resources and theirdangers ,designs the artificial water cooling and ice‐making system on the ground station by theoretically calculating the heat dissipating capacity of the underground heat re sources and applying the air‐conditioning technology in the mine .The cooling system of cold water and ice solution were designed respectively . an economical and technical analysis of the cooling system with the above two cooling sources are also finished . Using ice as a cold source in the deep mine cooling system has already shown its economical and technological advantages .And it is also a development direction of deep mine cooling .%据实测，某金属矿井开采深度千米以下的－200m中段的气温高达33．950 C ，深井高温热害已严重制约了该矿的安全高效开采和深部资源开发。

矿井降温技术规范1 范围本标准规定了矿井热害防治技术的定义和术语、技术条件、适用范围、技术要求、降温系统测试及评价方法。

本标准适用于煤矿地下开采的矿井，包括生产、新建和改、扩建矿井。

2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。

凡是注明日期的引用文件，其随后所有的修改件(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究后确定，是否可使用这些文件的最新版本。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

GB/T 15586设备及管道保冷设计导则GB 50016 建筑设计防火规范GB 50019 采暖通风与空气调节设计规范GB 50050工业循环冷却水处理设计规范GB 50155 采暖通风与空气调节术语标准GB 50215 煤炭工业矿井设计规范3 术语和定义GB 50155及AQ/T 1067中确立的术语和定义以及下列术语和定义适用于本标准。

3.1矿井热害mine victims煤矿井下作业环境的空气温度超过国家规定的卫生和安全标准，从而对人体健康、生产和安全造成危害。

3.2矿井热害防治control of mine victims通过采用各种技术措施进行矿井热害的预防和治理，称之为矿井热害防治，又称矿井空气调节、矿井热害控制或矿井降温。

3.3矿用降温设备mine air conditioning equipment符合矿井特殊环境和安全要求的、为实现热害防治目的所需要的各种设备的统称。

3.4矿井制冷降温mine cooling采用人工制冷措施降低井下作业环境的空气温度。

3.5矿井制冷降温系统mine cooling system为达到冷却煤矿井下风流之目的，由制冷、输冷、传冷和排热四个基本环节构成的系统。

3.6地温场geothermal field地层中的温度分布。

3.7地温异常区temperature anomalies地温梯度值(或大地热流值)低于或高于正常值(1.6～3.0℃/100m)的地层区域。

矿井冰冷辐射与WAT制冷联合降温技术的应用杨绪龙（山东新巨龙能源有限责任公司，山东巨野274918）摘要该文可龙固矿生产过程中的高温状况进行了分析，概算了矿井制冷量，制定了降温技术与方案，对地面冰冷辐射系统与井下WAT集中制冷系统联合降温技术进行了设计与应用，产生了巨大的经济社会效益，对成功经验进行了总结与论述，为同类矿井“一通三防”建设提供了有益借鉴。

关键词矿井高温概况空气变热的加热源降温技术与方案实施效果经济社会效益中图分类号TD727+．5文献标识码BAbstract The main body of a book high temperature situation has carried out analysis in strengthening an ore from the dragon producing practice process，rough estimate the shaft refrigerating output，has worked out the technology and scheme cooling down，ice－cold lay down system and in the pit WAT have concentrated refrigerating system to the floor allying self with the technology cooling down having carried out design and application，has produced gi-gantic economic and social benefits，has carried out a summary on useful experience and has commented that，"three guard against construction for the same kind shaft one"provide have benefit to draw lessons．Key words mine temperature profile hot air heating source cooling technology and solutions the effects economic and social benefits．1矿井高温概况龙固矿井为新矿集团特大型矿井，设计能力600万t。

关于尽快组织实施矿井制冷降温的报告公司领导：XX公司主要通风机为ANN-2884/1400N型对旋式轴流通风机，电机功率1250kw，主要通风机最大扇叶可调角度为51°最，最大风量为290 m3/s。

矿井供风现配备开掘工作面17个（5条煤巷12条岩巷），采煤工作面一个，配风量共计272m3/s，主要通风机叶片角度47.5°，风压2850Pa。

鉴于以下原因，矿井集中制冷降温工程应尽快实施，刻不容缓。

㈠XXXX年7月份实测矿井采掘工作面温度，矿井受热害热影响严重，如下表所示：日期：XXXX年7月25日㈡XX公司为受地质热害严重矿井，井田一级高温区一般在400～530m，二级深度一般在570～750m。

现开发的己二采区深度在700m以下，XXXX年7月份实测开掘工作面回风流最高温度为36℃，采煤工作面最高温度为31℃。

实测-600m水平与-760m水平水文观测孔水温，温度为41℃～45℃。

后期要开发的己三、己四采区，标高在-1000m左右，预计工作面温度将高达40℃左右。

㈢矿井受地温热害影响严重，仅靠单一的增大风量，进行通风降温已不能达到预期效果，且现矿井主要通风机运行角度为47.6度，与最终可调51度相比，采取通过调整矿井主要通风机运行工况，进而增加工作面配风而达到降温已不可取。

㈣进入夏季以来空气温度升高，加之地温热害影响，作业环境十分恶劣，致使多名职工出现精神恍惚、中暑、心衰、湿疹等现象。

给职工的身心造成极大伤害，直接影响了安全生产。

㈤高温采掘工作面职工出勤率大幅下降，基本无法正常生产，甚至停产，降低了劳动生产率。

㈥矿井井下生产环境不符合《煤矿安全规程》的要求，使矿井经营成本增加，严重制约了矿井安全高效生产。

综上所述：对矿井进行热害治理，采取机械制冷降温是提高劳动生产力、降低职工劳动强度、维护职工队伍稳定、实现可持续发展的重要民心工程，围绕建设长远、安全、高效矿井的目标，矿井机械制冷降温势在必行。

概述矿井制冷降温技术发展一、矿井制冷降温的起源为了保障煤矿生产的安全，改善井下工作人员的工作环境，有关矿井制冷降温的技术得以不断发展。

由最开始的改善通风及减少热源放热这些非人工制冷降温技术发展到后来的空调制冷降温技术，但是非人工制冷降温技术并不能从根本上解决热害问题，因此，针对目前我国矿井热害情况，矿井制冷空调技术成为矿井降温主要手段。

二、矿井制冷降温的种类目前矿井降温技术主要包括非人工制冷降温技术及空调制冷降温技术。

2.1 非人工制冷非人工制冷的降温方法包括：改善通风及减少各种热源放热。

2.2 矿井空调制冷根据载冷剂的不同将目前矿井空调制冷技术分为蒸汽压缩式、空气压缩式、人工制冷水以及人工制冰空调降温技术。

（1）蒸汽压缩制冷.利用低沸点的制冷剂在气化过程的吸热现象及液化过程的放热现象，借助压缩的抽吸增压、冷凝器的冷凝放热、节流阀的节流作用、蒸发器的吸热气化，且不停的循环上述过程，使被冷对象温度下降。

（2）空气压缩制冷.空气用作为制冷装置的工质时，其吸热及放热过程为定压过程。

外界消耗机械功驱动压气机工作，来自冷藏库内换热器的空气被吸入压气机进行绝热压缩。

从压气机出来的空气进入冷却器，在其中进行定压冷却，其温度降低到冷却介质的温度。

然后，空气进入膨胀机，在其中进行绝热膨胀而降压、降温。

温度低于冷藏库温度的空气被引入冷藏库内的换热器中，从其周围物体吸热，在定压下其温度升高到冷库温度，最后又被压气机吸出重复上述循环。

（3）人工制冷水.人工制冷水降温技术是矿井降温的主要手段，其主要包括以下几种形式：分布式、地面集中式、井下集中式、地面井下联合集中式。

实践表明，负荷不同时采用不同形式的人工制冷水降温技术，能提高制冷效率：负荷小的矿井宜采用分布式，负荷大的矿井则宜采用集中式。

而在采用集中式人工制冷水降温技术时，井下集中式的问题是冷凝水排放难，而地面集中式和地面井下联合集中式均须采用高低压转换设备，会遇到温度跃升的问题。

矿井集中降温技术矿井空调虽然已有80余年的历史，仅在近30年才得到较为广泛的应用。

1920年在巴西的莫劳·约理赫金矿建立了世界上第一个矿井空调系统，在地面建立了集中制冷站。

英国是世界上最早在井下实施空调技术的国家，1923年英国的彭德尔顿煤矿第一个在采区安设制冷机，冷却采面风流。

德国于1924年在拉德博德(Radlod)煤矿的地面安设一台冷冻机，1953年在洛伯尔格矿井下安装大型风流冷却设备。

巴西莫罗维罗(Morro Velno)矿和南非的鲁滨逊深井于20世纪30年代采用集中冷却井筒入风流的方法降温，60年代南非便开始了大型矿井集中式空调降温，70年代苏联、日本等国矿井开始应用制冷降温。

我国1964～1975年在淮南九龙岗使用第一个矿井局部制冷降温系统，1981—1985年在新汶矿务局孙村煤矿建立了我国第一个井下集中降温系统，制冷站制冷能力为2326 kW，选用重庆通用机器厂生产的II—JBF一500型离心式制冷机(制冷量为581 kW)。

1986年。

“平顶山八矿矿井降温技术研究”被列为国家第七个五年计划的科技攻关项目，该矿建立了我国第二个井下集中降温系统，制冷站制冷能力4 652 kW，采用III—JBF一100x0型离心式制冷机(制冷量为1163 kW)。

一、矿井空调的工作原理矿井空调技术就是应用各种空气热湿处理手段，调节和改善井下作业地点的气候条件，使之达到规定标准的技术。

矿井空调系统由制冷剂、载冷剂（冷水）和冷却水3个独立的循环系统组成。

1.制冷剂循环系统制冷机通过制冷剂的循环制取冷量。

制冷机循环系统是由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀及连接管道组成。

制冷剂的循环是由制冷机不停地工作来完成的。

如图1-1所示，制冷剂在蒸发器中吸收载冷剂（冷水）的热量而被汽化为低压低温的蒸汽。

该蒸汽被压缩机吸入，并经压缩升压升温。

高压高温蒸汽再进入冷凝器，并在其中将热量传递给冷却水而被冷凝成液体。

液体制冷剂经节流阀降压降温后又进入蒸发器中，继续吸收载冷剂的热量，由此达到制冷的目的。

矿井降温技术现状及问题探讨随着煤炭工业的发展,煤炭开采的矿井越来越向深部开采拓展,矿井开采的深度越大,热害问题也越严重。

减少和防止深井煤炭生产过程中的热害问题就成为重要的研究课题。

本文就矿井降温技术及问题作初步探讨。

目前矿井常用的降温方法有非人工制冷降温方法和人工制冷降温方法两类。

1. 人工制冷水的降温方法该降温技术已经成为矿井降温的主要手段。

该矿井降温技术主要有: 井下集中式、地面集中式、井下地面联合集中式、分布式。

在经济上地面集中式和井上下联合集中式具有其优越性; 而在技术上3种集中式系统各有特点: 井下集中式系统的致命弱点是冷凝热排放困难; 地面集中式和井上下联合集中式系统必须使用高低压转换设备, 此设备在冷冻水转换过程中会产生3~ 4 的温度跃升。

2. 人工制冰降温技术冷却系统的主要原理是利用冰的溶解热, 通过冰的溶解把水冷却到接近0 , 然后把冰冷却水送到各个工作面, 主要设备放置地面，系统由冰的制备,冰的运输和冰的溶解3个主要部分组成。

冰的融化是冰冷却系统中一个非常重要的环节, 它关系到能否获得稳定的低温水和稳定的水流量。

冰冷却降温技术仍处在试验研究阶段,特别是冰的输送和冰的融化技术目前还很不成熟。

由以上可见,目前的井下降温技术均有不足之处,研究系统简单,成本低,效率高,运行可靠的井下降温技术具有重要的意义。

地面制冷站获取低温冷冻水；输送给地下空冷器；采面上部采用喷淋降温；山东新雪公司两矿井降温新产品获奖2010 年度技术创新优秀新产品评选活动中由山东新雪矿井降温科技有限公司自主研发的两个高温矿井降温领域的新产品SSDR1300D 矿用节能型高温热泵机组和LS 连续快速输冰装置分别被评为技术创新优秀新产品一等奖和二等奖。

LS 连续快速输冰装置是高温矿井降温系统中的配套设备输送冰片能力为60t/h 具有输送倾角不大于20 易保温冷损小功耗低快速连续输冰等特点被专家组鉴定为技术指标达到国内领先水平填补高温矿井热害治理技术装备中的一项空白被评为优秀新产品二等奖。

井下WAT集中制冷降温技术山东新巨龙能源有限责任公司一、使用情况及效果2009年11月至2013年6月期间，新巨龙公司在井下两个制冷硐室安装了两期共9台WAT冷水机组，形成两套井下集中制冷降温系统，为井下所有采掘工作面及部分机电硐室提供制冷。

WAT冷水机组单台制冷量为3300kW，一期WAT制冷系统安装3台机组，两用一备；二期WAT制冷系统6台机组4用2备，为井下提供18000kW以上有效制冷量。

WAT冷水机组具有出水温度低，流量大等特点，平均出水温度3.5℃，总制冷水量达1140m3/h。

配合高效空冷器使用，能将风流温度降至20℃，采掘工作面温度控制在26℃以下，极大的改善了矿井生产环境，确保了矿井的安全生产。

二、主要技术性能WAT井下集中制冷降温系统采用井下制冷、地面散热模式，冷冻水在井下WAT机组的蒸发器中直接与氟利昂进行热交换，去除了中间环节，机组能效比高达4.2。

同时冷却水通过立管直接排至地面，达到降温排热效果。

它主要有WAT冷水机组、冷冻水循环泵、冷冻水管网、冷却水循环泵、冷却水立排管、地面冷却塔等组成。

其中WAT冷水机组包含由螺杆式压缩机、油分离器（油收集器）、冷凝器、油冷器、预和主的蒸发器，具有制冷效率高，出水温度低，运行温度等特点。

WAT冷水机组参数如下：制冷量：3300kW冷冻水进回水温度范围：3-18℃冷冻水流量：180m3/h冷缺水进回水温度范围：32-48℃冷冻水流量：380 m3/h配套电机功率：900kW三、技改说明1. 新巨龙公司WAT制冷系统采取分区供冷新模式，一期和二期WAT制冷系统分别靠近二采区及三采区，就近供冷，减少供冷距离和沿途冷量损耗，实现了制冷系统和采场的有效结合。

同时WAT制冷系统可随采场的改变而实现“迈步”移动，确保冷负荷中心始终靠近采区，实现就近供冷。

2. 同时为提高夏季制冷效率，从降温原理着手，增加大功率冷却塔，由配套2套冷却功率为3750kW的冷却塔增加到3套，有效的降低了冷却水温度，提升机组运行效率。

高地温深井WAT井下集中制冷降温技术研究周升举;韩力;刘善勇【摘要】介绍了地面埋管式WAT井下集中制冷降温系统,该系统主要由冷却水循环系统、冷冻水循环系统、散冷系统等组成.该降温技术显著特点是制冷机组布置在井下,置换出的热量通过钻孔排到地面,能够降低井下冷量损失和井下散热量,并建立了制冷余热利用系统.【期刊名称】《中国煤炭》【年(卷),期】2012(038)010【总页数】3页(P115-117)【关键词】深井高温;井下制冷;地面排热;余热利用【作者】周升举;韩力;刘善勇【作者单位】山东新巨龙能源有限责任公司,山东省巨野县,274918;中国矿业大学安全工程学院,江苏省徐州市,221008;山东新巨龙能源有限责任公司,山东省巨野县,274918;山东新巨龙能源有限责任公司,山东省巨野县,274918【正文语种】中文【中图分类】TD727新巨龙能源有限责任公司位于鲁西南巨野煤田的中南部，井田面积180km2，设计生产能力600万t／a，主要开采水平为－810m，具有高地热特征。

根据矿井地质资料，本区恒温带深度50m、温度18.9℃；平均地温梯度2.88℃／100m，其中非煤系地层平均地温梯度2.52℃／100m，煤系地层平均地温梯度3.23℃／100m。

矿井主采3＃煤层，底板温度平均41.38℃，3＃煤层全部处于一级或二级高温区。

集中式制冷降温系统按照冷媒介质分为冷水降温和冰水降温两种。

冰制冷降温系统耗能较大，且冰输送到井下还需要加水溶解，制冷效率较低，水消耗量较大，所以选用冷水降温方式。

集中式制冷降温系统按照制冷机的布置和组合方式不同，主要有地面集中式制冷降温系统和井下集中式制冷降温系统两种，其基本原理都是制冷机组制备冷冻水，用冷水作为冷媒输送到井下，达到降温的目的，其制冷效率较高。

地面集中式制冷降温系统主要优点为可选用大机组，适合于制冷量30MW以上的矿井降温系统；易于排除冷凝热。

其主要缺点为需在井下设高低压转换设备，以解决井上、井下高差而产生的高压差。