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对煤矿角联巷道通风系统优化问题的研究分析【摘要】根据高河矿的两固风井，有较大的通风负压，同时根据现在的矿井通风的具体情况和存在的问题，实际地对矿井的阻力分布做了实际测量和分析，同时在确定了影响矿井风量的分配情况的主要因素后，以这些主要因素为切入点，结合实际情况进行分析，得出了本矿井通风系统的优化思路，同时对该系统进行了优化，使通风系统安全可靠运行和确保主通风机得以安全和经济运行。
【关键词】煤矿；角联巷道；通风系统；优化1 矿井通风系统简介1.1角联巷道通风系统的状况高河矿井按通风区域来看，有二类：中央回风井通风区域和小庄回风井通风区域。
前者共布置3个掘进预抽面，1个回采备用面为E1302工作面和3个掘进工作面，其中3个预抽面包括：E1305回风顺槽预抽、E1305辅助运输顺槽预抽、+450m水平北翼胶带输送机大巷预抽，3个掘进工作面则分别是：E1305瓦斯排放巷掘进、E1305胶带运输顺槽掘进和+450m水平北翼回风东大巷掘进。
相对于高河矿井，小庄矿井区域同样布置有3个预抽取面的同时也布置了3个掘进面，而不同的是小庄通风区布置了一个W1303的综采面，分别为：+450米水平南翼东回风大巷掘进、+450m水平南翼胶带输送机大巷掘进、+450m水平南翼进风大巷预抽、W1305回风顺槽预抽、W1305瓦斯排放巷掘进。
1.2通风系统的阻力状况分布本着不影响矿井的安全与稳定，为了在了解了矿区通风系统的各项参数和阻力分布之后，对于矿井通风系统能够更加安全可靠的运行提出有益的意见和优化方案，2013年11月3日—4日，笔者对高河煤矿的矿井通风系统的风量和阻力做了全面的调研，同时确定了四条测量路线。
在采用了井下实地测量思路以后，对通风系统的阻力分布，井下主要风门的漏风情况等有了一个全面的了解，记录下各个井巷的摩擦系数和风阻，发现井下的阻力相对较大，并进一步分析了出现这一情况的原因，这一系列的研究为全面改造矿井通风系统提供了可靠的数据。
矿井降温技术研究现状矿井的高温热害防治问题是一个世界性的难题。
为了提供可接受的矿井工作热环境条件，机械制冷降温已经成为矿井热害治理的必须手段。
目前已经进入到实际工程应用过程并且技术比较成熟的主要有三种模式：风冷系统、水冷系统与冰冷系统。
1国外研究现状国外一些国家应用矿井空调技术已有700多年的历史。
英国是世界上最早在井下实施空调技术的国家。
早在1923年英国彭德尔顿煤矿就在采区安设制冷剂冷却采煤工作面的风流，巴西的莫罗维罗矿及南非的鲁宾逊深井也早在30年代就采用了集中冷却井筒入风风流的方法降温。
60年代南非便开始了大型的矿井降温工作，矿井空调系统也逐渐大型化和集中化。
德国是世界上煤矿采深最大的国家。
1985年德国煤矿平均采深已达900m，最深的依本伦矿已达1530m，矿井原始岩温最高达60℃。
1990年德国产商品煤约7000多万吨，矿井降温总制冷能力约285MW，其中有180台平均制冷能力达到1200kW的冷水机组、280台平均制冷能力为260kW的冷水机组。
使用的空冷器约600台。
煤矿集中制冷能力超过3.7MW的有18个，制冷能力合计为126.9MW。
其中采用井下集中制冷系统有8个，制冷能力计48MW；采用地面集中制冷系统的有6个，制冷能力计53.4MW；采用井上下联合制冷系统的有4个，制冷能力计25.5MW。
2006年德国井工煤矿仅剩下三个矿区，分别是鲁尔（Ruhr）区、萨尔(Saar)区和依本比仁(Ibbenbueren)区。
全德国共8对矿井，矿井开采深度都在800~1000m以上。
现有的8对矿井全部采用机械制冷降温系统。
均采用地面集中式或井下集中式或混合式布置冷水机组，井下局部可移动式制冷系统仅作为上述系统的补充。
东欧国家以前苏联和波兰为代表，矿井高温问题也相当严重。
前苏联从化70年代开始采用大规模的矿井空调降温系统，矿井采深达1200m，岩温高达40~50℃，井下单机制冷能力最大达1.5MW，地面达4.2MW。
科技成果——深部煤矿高温热害治理技术及其装备系统适用范围随着浅部煤炭资源日趋减少，大部分煤矿已相继进入深部开采阶段。
深部煤矿开采工作面温度高达35-40℃，相对湿度达95%以上。
这种高温高湿环境不但引起生产效率降低，而且使得井下工人体能下降，严重影响工人身体健康和煤矿安全生产。
因此，深井高温热害已经成为制约深部煤矿安全的重大灾害，深井高温热害治理问题亟待解决。
本技术将在深部煤矿高温热害治理中发挥重要作用，为我国煤矿安全生产做出应有贡献，具有广阔的推广应用前景。
技术原理深井热害资源利用HEMS系统原理HEMS降温及热能利用系统是通过一系列工艺技术实现热害资源化、变废为宝，有效改善井下热环境的同时，成功利用提取井下热能代替井上燃煤锅炉供热，最终解决深部矿区面临的热害和环境污染两个问题，促进矿区低碳环境经济，实现可持续发展。
其工作原理是利用矿井各水平现有涌水，通过能量提取系统从中提取冷量，然后运用提取出的冷量与工作面高温空气进行换热作用，降低工作面的环境温度及湿度，并且以矿井涌水为介质将工作面热害转为热能输送到井上代替燃煤锅炉进行供热。
关键技术1、矿井涌水冷（热）能“三防”换热技术；2、矿井热能循环转换生产技术；3、深井热交换系统压力转换技术；4、深井降温工作面全风降温技术；5、矿井降温系统除垢技术。
技术流程本工艺技术主要包括矿井冷热能平衡计算、现场方案设计、设备安装和设备调试四个工艺单元。
主要技术指标国际上深井高温热害治理主要有德国的集中空调制冷降温技术和南非的冰冷式降温技术。
德国技术存在的主要问题是：（1）井下系统排热困难；（2）混风降温模式，降温效果差，降湿不明显；（3）地面系统投资太高，建设周期长，运行费用高。
南非技术存在的主要问题是：（1）能耗大；（2）耗水高；（3）混风或喷淋降温，湿度增加。
典型案例目前该技术已在我国典型的深井高温热害矿区徐州张双楼煤矿成功应用。
工作面温度都能控制在30℃以内，相对湿度降低5-15%。
深部开采矿井降温系统设计
樊银辉
【期刊名称】《煤炭科技》
【年(卷),期】2014(000)002
【摘要】随着煤矿开采深度的不断加深，井下热害问题越来越严重，严重影响井下工人的人身安全与高效开采，由于传统的非人工降温方式的局限性，机械空调制冷降温已经逐步发展起来。
目前我国常用的矿井降温系统包括德国的地面集中空调式降温系统、南非的冰冷却降温系统及矿井涌水为冷源的HEMS降温系统。
针对某矿井的实际情况，分析了3种降温系统的实用性与合理性，并对HEMS井下降温系统选择、系统设计及主要设备管路布置进行了介绍，重点就井下冷负荷计算和系统设计进行了详细的说明。
【总页数】3页(P3-5)
【作者】樊银辉
【作者单位】徐州矿务集团有限公司技术中心，江苏徐州 221006
【正文语种】中文
【中图分类】TD727+.2
【相关文献】
1.旗山煤矿深部开采通风系统设计与优化研究 [J], 王恩众;吴清法;刘大伟
2.冶金矿山深部开采地压活动问题：兼论红透山铜矿深部地压 [J], 郑永学
3.马城铁矿深部阶段空场嗣后充填开采结构参数与开采顺序优化 [J], 向鹏;杨景华;
赵继忠;马旺
4.马城铁矿深部阶段空场嗣后充填开采结构参数与开采顺序优化 [J], 向鹏;杨景华;赵继忠;马旺
5.平煤二矿矿井降温系统设计 [J], 徐广才;王文全;陈炬
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第52卷第3期2021年3月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.52No.3Mar.2021深部矿井高温巷道热交换降温技术探讨吴星辉1,2，蔡美峰1,2，任奋华1,2，郭奇峰1,2，王培涛1,2，张杰1,2(1.北京科技大学土木与资源工程学院，北京，100083；2.金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室(北京科技大学)，北京，100083)摘要：金属矿山进入深部开采后会面临一系列的关键难题，其中最突出的就是高温环境。
然而被动式降温技术成本较高，为了维持深部矿井高温巷道正常生产，必须为采矿深井降温找到一条经济有效的技术途径。
基于循环水热交换技术提出将深部采矿降温和岩体地热开采相结合的理论，利用数值模拟方法研究增强型和传统型降温系统的单孔换热过程和换热孔群效应。
研究结果表明：增强型降温系统的热通量比传统型降温系统热通量提高26.80%，同时在热交换作用下，高温巷道的温度降低4%，循环水系统的出水口温度相对于初始进水口温度增加35.32%；换热孔群的热通量受周围换热孔的热干扰影响，在换热孔群运行24h 后，换热孔之间热干扰效应随时间推移而增大，圆形换热孔群中心孔受热干扰最小，而正方形换热孔群的中心孔受热干扰最大，边界孔次之，转角孔受热干扰最小。
当换热孔群孔间距小于等于2.0m 时，正方形换热孔群热通量相对损失量小于圆形换热孔群热通量相对损失量；孔间距大于2.0m 时，换热孔群热通量相对损失量几乎不受孔群形状的影响。
采用热交换技术，开发利用深部矿井高温巷道围岩中的地热资源，可以大幅度抵消被动式的降温成本。
换热孔群形状和孔间距的合理布置同样可以提高降温效率，降低热通量的相对损失量。
关键词：深部开采；热交换；循环水；热通量；巷道降温中图分类号：TD853文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2021）03-0890-11Heat exchange cooling technology of high temperature roadwayin deep mineWU Xinghui 1,2,CAI Meifeng 1,2,REN Fenhua 1,2,GUO Qifeng 1,2,WANG Peitao 1,2,ZHANG Jie 1,2(1.School of Civil and Resource Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China;2.Key Laboratory of High-Efficient Mine and Safety of Metal Mines(University of Science and TechnologyBeijing),Beijing 100083,China)DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2021.03.021收稿日期：2020−05−07；修回日期：2020−07−20基金项目(Foundation item)：国家重点研发计划项目(2018YFE0101100)；中央高校基本科研业务费项目(FRF-TP-18-015A3)(Project(2018YFE0101100)supported by the National Key Research and Development Program of China;Project(FRF-TP-18-015A3)supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities)通信作者：郭奇峰，副教授，从事深部金属矿山开采研究；E-mail ：******************.cn引用格式：吴星辉,蔡美峰,任奋华,等.深部矿井高温巷道热交换降温技术探讨[J].中南大学学报(自然科学版),2021,52(3):890−900.Citation:WU Xinghui,CAI Meifeng,REN Fenhua,et al.Heat exchange cooling technology of high temperature roadway in deep mine [J].Journal of Central South University(Science and Technology),2021,52(3):890−900.第3期吴星辉，等：深部矿井高温巷道热交换降温技术探讨Abstract:In the process of deep mining of metal mines,a series of key problems were encountered,the most prominent of which was the high temperature environment.However,the cost of passive cooling technology was high.In order to maintain the normal production of high temperature roadway in deep mine,it was necessary to find an economic and effective technical method for the cooling of deep mine.Based on the exchange technology of circulating water and heat,the theory of combining deep mining cooling with rock mass geothermal exploitation was put forward,and the numerical simulation method was used to simulate the single hole heat exchange process and heat exchange hole group effect of enhanced and traditional cooling systems.The results show that the heat flux of the enhanced cooling system is26.80%higher than that of the traditional cooling system,the temperature of the high temperature tunnel reduces by4%under the effect of heat exchange,and the outlet temperature of the circulating water system increases by35.32%compared with the initial inlet temperature.The heat flux of the heat exchange holes is affected by the heat interference of the surrounding heat exchange holes.After24h of operation,the heat interference effect between heat exchange holes increases with time,and the center hole of circular heat exchange holes has the least heat interference.The center hole of square heat exchange hole group has the largest thermal interference,the boundary hole takes the second place,and the corner hole has the smallest thermal interference.When the distance between the holes is less than or equal to2.0m,the heat flux loss rate of square holes is less than that of circular holes.When the hole spacing is larger than2.0m,the heat flux loss rate of the heat exchange holes is almost not affected by the shape of the ing heat exchange technology to develop and utilize the geothermal resources in the surrounding rock of high temperature roadway in deep mine can greatly offset the passive cooling cost.By arranging the shape and spacing of heat exchange holes reasonably,the cooling efficiency can also be improved,and the heat flux loss rate will also decrease at the same time.Key words:deep mining;heat exchange;circulating water;heat flux;roadway cooling当今世界，能源开发和环境保护日益成为制约人类发展的重要因素。
矿井的智能通风系统优化探究摘要：作为矿井生产可持续发展的重要组成部分，煤矿通风系统的主要任务是为井下生产提供新鲜空气，有效地处理瓦斯集聚和高温。
随着井下生产的扩大，通风系统变得更加复杂和多样化，风流分配变得更加不合理，对风阻和污风循环问题依然存在。
在这种情况下，重要的是要使用有效的技术手段，以确保通风系统的有效控制。
结合具体的技术实践，在分析通风设备的基础上，提出了基于总线的智能通风控制系统，并分析了其应用效果。
结果表明，经过优化和改进的系统可以实时监测井下通风，并根据目标调整，以提高运行安全性。
关键词：矿井；通风控制系统；现场总线；智能化作业通风系统是矿井生产的重要设备，作为新风供给处理瓦斯、粉尘等问题，是井下生产安全的一个重要方面。
特别是近年来，随着开采深度的增加，开采地质条件的变化，井下通风系统越来越复杂，风流分布井下不均匀，通风阻力越来越大，对井下作业的安全性构成了威胁。
一、矿井通风控制系统现状分析在中国推行与能源相关的信息政策的同时，起科技公司积极参与煤炭和采矿业。
信息化进程进入传播和实施阶段。
通风系统是矿井的主要支撑系统之一。
配备智能稳定控制系统，为矿井作业提供了良好的工作环境。
目前，煤炭行业尚未完全实现通风设备的智能化改造，存在设备精度高、数据传输速度慢、能源监控设备危险、通风效率低等问题。
智能煤矿的需求无法满足。
中国煤炭工业协会发布了一份关于煤矿智能工作的文件，其中通风系统和防灾技术被确定为最重要的技术任务。
现有的通风系统需要智能升级。
为此，在分析矿井通风系统现状的基础上，对矿井智能通风系统关键设备的总体规划和设计进行了研究，并通过验证系统对其可行性进行了验证，为提高矿井效率和安全运行提供了重要支持。
通风系统将新鲜空气输送到矿山的作业区域，使井下污染空气向地面排出，以确保作业区域有足够的氧气浓度，低空浓度瓦斯和良好的空气质量。
稳定的通风是安全生产的基础，研究表明，通风管理决策始终基于定性分析，现有风速传感器的安全监控系统不稳定，测量误差大。
