高温热害矿井采煤工作面合理配风的研究与应用

２００８年煤矿信息化技术专刊＾未娃差斜｜枝１３Ｉ

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高温热害矿井采煤工作面合理配风的研究与应用

孙京凯，王坚志，刘增平

（山东唐口堞业有限公司，山东济宁２７２１００）

籀薹通足在高晷熟害矿井中具有重要砖伟用，合理的凤量是矿井安全生产的缳摩。采用燕力掌、缓藏学簪理论对机棱｛摹湿茁、后风量与冷ｔ之筒酌关系进行了研究．确定了球倒冷前、后鼍优风■的计算方法。确定了适风摩漫的极限．通过在山束唐口煤业有限公雷Ｉ栗煤工作面曲应用失践．取得了较好的降温效果和经济效益。关键司呆煤工作面；风ｔ：温度；配置中圈俞娄号ＴＩ）７２４文献标识码Ｂ

随着矿井开采深度的增加，高温热害已成为继水、

火、瓦斯、煤尘、顶板五大自然灾害之后的第六大自然

灾害，越来越多的矿井采用人工制冷降温系统，矿井人

工制冷降温系统主要有地面集中式、井下集中式、并下移动式和井下局部供冷式等几种形式。

采用人工制冷降温前，增加风量能够降低工作面

的温度，当风量增加到一定的程度，风量对降温的作用

就不明显或无降温作用，风量增加，会引起工作面需冷量的增加；采用人工制冷降温后，在一定程度上缓解了

工作面的高温状况，风量也有所降低，但随着风量的降

低，降温效果不理想，特别是降温成本增高。

山东唐口煤业有限公司是淄矿集团在济北煤田投资新建的一座现代化大型矿井，设计年产量为３００万

ｔ，开采水平已达一１０００ｍ左右，原始岩温３７℃，夏季

７、８，９三个月，井下热害问题极为突出。２００６年，公司采用了地面冰制冷方式对高温工作面进行降温。但降

温效果不理想，降温费用高。因此，进行工作面的合理

配风研究，提高降温效果，降低降温成本，具有重要的

理论意义和实践意义。

１采煤工作面温度与风量之间的关系研究

１．Ｉ冰寺ｊ冷降温翦温度与风量之问的关系研究

采煤工作面窘然的进风温度ｔｏ随着风量的增加而

减少．采煤工作面降温极限人风温度ｔ随风量的增加

而提高，两条入风温度曲线随风量增加而逐渐靠近，如

果将这两条曲线绘制在同一坐标系中，就可能出现三

种情况：（１）两条曲线的交点在采煤工作面所允许的最大风量之前；（２）两条曲线的交点在采煤工作面所允许

的最大风量之后；（３）两条曲线没有交点。

・收Ｉ舅日期：２０隅一１１．一１０２００８—０９—２５作者筒介；孙京觊（】卿一）。男。汉族。】９８２年毕业于山东矿业学院．学士学位．高缓工翟师。现为山东唐口爆业公司通防副总工程师。施

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囤１％、ｔｏ、ｔ、加的关系示意图（１）当两条曲线的交点在采煤工作面所允许的最

大风量之前时，交点风量即为采煤工作面所需的合理风量。口＝碲兀丽｛争硼

姆譬ｆＬ‰ｏ－一譬兰１＋糊，‘．４面ｎ孓ｉｉ可百嘲（１）

式中：ｔｌ一采煤工作面进风温度，℃；

ｆ２一采煤工作面回风温度，℃；墨一工作面固岩不稳定换热系数Ⅻ矗・ｈ℃；卜工作面国岩传热表面积。叠；

Ｉ一一工作面围岩原始温度平均值。℃：五叼，～工作面绝对热源显热传热量之和，ｋｄ／ｈ；Ｉｒ空气密度，ｋ∥矗；

ｃｐ一空气的定压比热。１．０１Ⅻｌ【ｇ℃；凹＝乙一ｚ。－－Ｔ作面回风端标高（历）与进风端

标高（ｚＩ）的代数和，ｍ；旷工作面（或巷道）显热与全热比，可按下式测

算：串＝ＣＡ｜＆

式中：△ｆ一工作面（或巷道）进回风断面空气的焓差１３２＾毒撼晨斜技２００８年煤矿信息化技术专刊

（Ⅻｌｑｇ）；

△ｔ一温差（℃）。

（２）当两条曲线的交点在采煤工作面所允许的最大风量之后时，即交点风量是工作面不允许的风量，说

明该工作面通风不能满足降温的要求，需要采用机械降温。

（３）当两曲线没有交点时，如果由于原岩温度上

升，通风距离加长，致使ｔｏ较高，而工作面热源散热量

又较大，要求的ｔ又较低，两曲线没有交点，在这种情

况下，当风量增加一定程度时，ｔｏ和ｔ几乎不再变化，

即ｔｏ—ｔ—ｃｏｎｓｔ，因此冷量随风量的变化曲线，开始时

呈单调下降，而后逐渐变缓，到达一定程度时，冷量随

风量几乎呈线性增加，此时，需要采用机械降温。如图

２所示。

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图２％、幻、ｔ、加的关系示意图

１．２冰制冷降温后温度与风量之问的关系研究

高温工作面采用机械制冷降温后，风量与冷量的

最优搭配，是在维持工作面回风不超过最高允许温度

及保证必要劳动环境要求的风速条件下，降温费用最

少的风量和冷量。高温工作面的降温成本是由机械降温成本和通风成本共同决定的：

％＝ＱＪ０＋Ｑ，Ｃｖ（２）式中：ｃｚ一降温总成本，元；

口．，一满足允许进风温度时需要的冷量，ｋＷ／ｈ

Ｃ，一每提供ｌｋｗ的冷量所需要的费用，元／ｋＷ

饰一工作面所需的风量，ｍ３／ｈ。

Ｃ，一每提供１ｍ３风所需的成本，元，矗

０＝ＭＣｐ＆＋Ｍｒｄｚ式中：膨一进风量，ｌ【ｇ。

通过分析，乞与口，之间的关系如图３至图５所示：

Ｑ耐是指满足稀释沼气、矿尘等要求的最小风量；

Ｑ。融是指满足稀释沼气、矿尘等要求的最大风量。‰ＩｕＱ‰“

图３Ｃｚ与Ｑ，之间的关系图口耐＜珏＜口瞄时，ｃｚ的最小值为融＝ｑ时取得。

最小值可通过对式（３）求导求得。

Ｑｚ伽｛（一＋触）【ｔ一铀・音＋【铀＋斋一１２】ｅｌｐ器】白＋ｃ，）（３）

得。“ｌ“Ｑ。“Ｑ

图４Ｃ：与Ｑ，之同的关系图当Ｑ，＞Ｑ。。时，巳的最小值为Ｑ，＝Ｑ耐时取

Ｃｚ

ＱＱｌＩｕＱ。“

图５Ｃ；与口，之问的关系图当Ｑｒ＞Ｑ蚍时，Ｑ的最小值为Ｑ，＝Ｑ枷时取

得。

２冰制冷前和冰制冷降温后工作面温度的测定与

分析

２．１冰制冷降温前工作面温度的测定与分析

针对山东唐口煤业有限公司１３０２工作面的具

体情况，通过测定与计算确定５月１５日在采用冰制

冷前的最优风量为１６５０ｍ３／ｍｉｎ。在２００７年５月１６

日、５月１７日、５月１８日、５月１９日对唐口煤矿采用２００８年煤矿信息化技术专刊＾互姐｛辩妓

球翩冷降温前１３０２工作面的温度状况进行了测定，

测定时在工作面均匀布置６个测点，测定结果如图

６～９所示。

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目９５月１９日１３０２ｉ作Ⅲ温度利《结果目通过图６—９可以看出，通过风量的调整．采煤工作面的温度有所降低．夜班降低的幅度较大，平均

为２５℃，早班降低的幅度较少，但也达到了１６屯左右．取得了较好的降温效果。

２２珠制垮降温后Ｉ作面温度的测定及舟析

针对山东唐口煤业有限公司１３０２工作面的具悼隋况，经过测定与计算确定７月２８日在采用冰制

冷后的最忧风量为１２１５一／ｎｆｉｎ。

在２００７年８月１日、８月２日、８月３日对采用

冰制玲降温后１３０２工作面的温度状况进行了测定．测定时在工作面均匀布置６个测点，测定结果如目

加一１３所示。

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目１２８月３日１３０７Ｉ＊ｉⅢⅡ■Ｚ镕｝目通过图ｌＯ一】３可以看出．冰制冷后风量的调整后，采煤工作面的进回风巷的温差减少．在２５℃左右，满足了矿工舒适工作的要求，整个工作面的温度

都不大于２７５℃，通过球制降降温．取得了较好的救果。（下转第１３６页）至至慧至

芝一窆一汐一眨・ｈ葺Ｈ黑辩技２０。８年煤矿信息化技术专刊

可用运冰车将球直接运刊采掘工作面进风侧，融化降

温．（５）冰融化产生的冰水为采掘工作面多元化散冷

创造了条件，使降温打式具有扳强的针对性、灵活性，

特别适合高产高效大功率采煤工作面；

（６）球水同时作为采煤Ｉ作面大型机械设备的冷

却水．使设备温度由５０—６０℃降为３５ｔ，可使机电设备

故障率降低２—３倍烈上；（７）制冷量大，总制玲量为７８６４ｋＷ，其巾井下供玲

量５９ｄｄｋＷ，地面供玲虽２９２０ｋＷ；

（８）从井Ｄ至井底直到工作面均为开放式系统，各

自相对独立．不存在立井高压循环水的不安全性，系统

运行更加平稳可靠，便于调节，

４２创新性

（”地面制冰量达到９００ｔ／ｄ．制冷水量Ｉ５００ｔ／ｄ，迭

到国内煤矿降温中的最太制冷量；（２）采用冰水混合式球冷系统为国内外首次采用，

创新形戒一套新型综合降温技术，

（３）地面输林采用两套风送装置，连续２４ｈ输送．单套输送距离选１２０ｍ，在国内首家使用。

（４）井下采用的空气冷却、喷｛｝Ｉ＝加采煤设备降却等

综合降温技术．较好地解决采面“下降上热”上部不易

降温的技术难越，（５）采用冰水混合技术＋有效的解央立井管路堵

冰、井下固俸球输送困难．易堵塞及快速融冰技术难

题。降温管路兼作井下消防及防尘水管。实现综合使用，可节约大量管路。

（６）采用循环水技术，使水可重复使用，节约了水资源。

（７）采用大玲量冰水混舍式降温技术与装备进行

煤矿井下热害治理在国内外煤炭企业尚孱首状。

５结论

自２０Ｇ６年７月中旬矿井球降降温系统投人正常运行以后，对系统各种参数进行了测定＝矿井降温系

统经过近３个月的运行．采掘工作面的降温效果较好。园现场条件变化，尽管部分参数与设计值存在一定差

异，但从整体降温效果来看．不用空冷器的掘进工作面

温度在３０—３２ｔ左右，使用空冷交换器的掘进工作而

比以往同等情况下降温３－５℃．距降温主管路近、供风

距离短的个别工作面的降温效果更加明显，最大可降

低７℃，工作面温度达到２５℃。组织人员辛］对系统

运行参数进行测量分析，并根据外界环境变化情况．将

系统阔整在一个既满足现场需求又降低电耗的最佳运

行状态。

该技术在唐ｎ矿井实施取得显著效果，明显改变井下采掘工作面的气候条件．为职工创造了良好的工

作环境，提高了生产教率．有效地保障了职工身体蛙康

和生命安全。此项冰冷降温技术的成功应用．对国内外其它高温矿井的热害治理工作将具有较好的示范作

用。

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目１３８月４日１３０２Ｉ作面４度剥定结果目

３结论

针对千米椿井的高温热害的现状，对采用冰制玲降温前后温度与风量的关系进行丁研究，通过理论分

析、现场测试等方法，确定了冰制玲前的最优风量和冰制冷后的最优风量，为保证矿井的安全、稳产、高产奠定了基础。（１）对采用冰制冷降温前，采煤工作面的温度与风量之｜司的关系进行了研究．确定了眯制玲降温前工作

面的最优风量；确定了工作面通风降温的极限。

（２）对采用珠制冷降温后，采煤工作面的温度与风

量之间的关系进行了研究．确定了冰制冷降温后最忧

风量。

（３）通过琳制玲前和球制冷降温后，在山东唐口煤ｄｋ有限公司１３０２采煤工作面的应用实践．采用冰制玲

后，工作面的风量大太降低，能够降低４００一，删ｎ以

上．取得了较好的降温效果和经济效益。

参考文献：

［Ｉ】Ⅻ＃＆ｒ＊ｉ目ｍ＃Ⅱ＊＊［ｊ】＊ｒ口＂．１９９１．（ｊ）．３４—３９［２ｊ￥月＊ⅡＲ％，＊１日．≈＊＃｝［Ｍ］＃ｉ十目ｎ＃１Ⅱｍ％ｎ１蜘

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ｒ＃ｍＲＳ《±『Ⅲ☆Ｍ冲目ｒｎ★｝＆ｍ＆，１９８９