矿井热害解决方案的研究.pdf

2 0 0 7年第 1 2期 煤炭工程 矿井热害解决方案的研究 张树生 唐山开诚电器有限责任公司，河北 唐山0 6 3 0 2 0 摘要 针对矿井热害和解决方案的基本现状 ，结合徐州矿务集团夹河煤矿热害解决方案的实 际情况，介绍了 Z J L 1 5 0 0矿用隔爆兼本质安全型制冷装置的应用，该装置降温、除湿效果显著， 自 动化程度高，大大改善了工人的工作环境，减少了安全事故的发生， 其推广应用前景广阔。 关键词 矿 井热害；分散式制冷 ；集 中式制冷 ；自动控制 ；P L C 中图分类号 T D 7 2 7 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 ～ 0 9 5 9 2 0 0 7 l 2 - I l 0 5 - I 3 1 概述 l ， l 矿 井 热 害的形成 随着对能源需求量的增加和开采强度的不断加大 ，浅 部煤炭资源 日益减少，国内外矿山都相继进入深部煤炭资 源开采状态。深部煤炭储量 占煤炭总量的 7 0 ％以上，进入 深部开采是必然趋势。随着开采深度的增加，地温增高， 当地温超过某一温度时，就产生了矿井的热害问题 ，可以 说，热害在矿井生产向深部发展过程中是不可避免的。 1 ． 2 矿井高温环境 的危害 正常人产热与散热处于动态平衡状态，体温基本上维 持在 3 7 ℃。在体力劳动等情况下，体内能量代谢过程加速 ， 产热增大，人体通过血管扩张血流量增大、汗腺分泌增加 及呼吸加速等途径，将体内产生的热量送到体表，以辐射 、 传导、对流以及汗液蒸发等换能换热方式将热量散发到周 围大气中，以维持体温在正常的变动范围内。高温的工作 环境会使人感到不舒适，影响安全生产和降低工作效率。 1 ． 3 行业的相关规定 为保障矿工的身心健康和生产的安全进行，我国矿山 安全条例规定井下工人作业地点的空气温度不得超过 2 8 ℃，超过时应采取降温和保护措施。同时煤矿安全规程 规定 采掘工作 面的空气 温度 不得 超过 2 6 ℃，机 电硐 室 的 空气温度不得 超过 3 0 ℃ ，采掘 工作面 的空气温 度超过 3 0 ℃，机电设备硐室的空气温度超过 3 4 ℃时，必须停止作 、 。 2 解决矿井热害的措施 解决矿井热害的措施很多，归纳起来有两个方面 1 非人工制冷措施，即矿井通风采用机械或 自然的通 风方法，为矿内采掘工作面及机电硐室提供足够的新鲜空 气来冲淡 、带走有毒有害气体，以满足工作人员和生产的 要求。具体措施有加大通风强度；改革通风方式；选择 合理的通风系统。 2 人工制冷冷却风流的措施，也称为矿井空气调节。 在高温矿井中，当采用加大风量等非人工冷却系统措施无 法使矿内气温达到安全规程规定的标准时，就必须采取人 工制冷冷却风流的措施，也就是采用制冷设备对矿内空气 进行冷却 ，主要分为分散式制冷和集中式制冷两种方案。 2 ． 1 分散式制冷降温方案 分散式方案就是将制冷设备分散设在采、掘工作面等 地方，对各个地点进行局部制冷降温。该方案的优点管 道短、冷损小、无高压水系统；系统简单、施工方便、易 于维护；投资小、运行成本低。缺点需要 防爆处理；冷 却热排放困难。 2 ． 2 集 中式制冷降温方案 集中式方案就是在全矿井集中建立一个制冷站，通过 开式或闭式循环对整个矿井实施降温。该方案的优点可 用矿用一般型设备；排热方便；制冷功率大。缺点管道 长 、冷损大 、有高压水系统；系统复杂；投资巨大、运行 成本高。 3 解决矿井热害的实例 3 ． 1 夹河煤矿 概 况 徐矿集团夹河煤矿位于徐州市九里区，2 0 0 6年煤炭产 量 1 4 9万 t 。夹河煤矿为二级热害矿井，井下地质条件复 杂，热害严重，平均地温梯度 2 ． 2 1 ℃，在 一8 5 0 m水平以 下，围岩温度达 3 8 4 2 ℃。2 4 4 2工作面位于 一8 0 0 m水平 夏桥系西一下 山采 区，设 计走向长度 8 0 o m，倾斜 面长 3 3 5 m，为顺拉工作面布置，上面长 1 5 5 m，下面长 1 8 0 m， 采高2 ． 5 m， 上、下工作面均采用走向长壁后退式综合机械 收稿 日期2 0 0 78 2 9 作者简介张树生 1 9 7 3一 ，男，河北唐山人，工程师，工学学士，1 9 9 7年毕业于河北理工学院自动化系，现在唐山 开诚电器有限责任公司从事自动控制系统工程设计工作。 1 0 5 维普资讯 煤炭工程 2 0 0 7年第 1 2期 化采煤方法 ，工作面设备总负荷为 3 5 0 0 k W。工作面回采期 间，冬季温度平均3 1～ 3 2 ％，夏季则高达 3 5 3 6 ％，其它 季节回风流平均温度 3 3～ 3 4 ％，这一问题 已对井下作业人 员的工作效率、安全和健康产生了很大影响，成为制约矿 井安全生产的重要因素之一。 3 ． 2 夹河煤矿热害解决方案 针对夹河煤矿热害的严峻形势，2 0 0 6年 1 0月徐矿集团 与唐山某公司共同研制 了Z J L 1 5 0 0矿用隔爆兼本质安全 型制冷装置，该装置采用了分散式制冷降温方案，研制完 成后在夹河煤矿2 4 4 2工作面进行了工业性试验。本装置针 对煤矿井下对制冷降温设备的特殊要求，从制冷的形式到 设备的组成，以及每一个空调参数的确定，都经过了大量 的研究与调查，对工业制冷技术进行了重新的整和，使之 适用于我国煤矿热害的治理。 3 ． 2 ． 1 制冷装置的组成 Z J L 1 5 o o矿用隔爆兼本质安全型制冷装置，它是利用 工质相变产生的潜热 ，通过压缩 、冷凝、节流、蒸发 4个 过程的封闭循环来制冷，主要由压缩冷凝机组、直接蒸发 式空气冷却器、闭式冷却器、冷却水泵、喷淋水泵、对旋 风机、局部通风机、四回路电控箱和传感器组成，总的用 电功率 4 o o k w左右，设备主要集中在两个硐室内新风巷 硐室和回风巷硐室 ，两个硐室之问的设备由两路供、回冷 却水水管连接 见图 1 。压缩冷凝机组、直接蒸发式空气 冷却器和对旋风机安装在新风巷硐室内，主要作用是将新 风降温、除湿后送到需要降温的工作面；闭式冷却器、冷 却水泵、喷淋水泵和局部通风机安装在回风巷硐室内，主 要作用是将冷却水中的热量排到回风巷中去 ，最终排至矿 井的地面，来降低冷却水的温度，供压缩冷凝机组使用。 涸 l 水 稻 ， 0 ， l 三 ” l 回风巷硐室 、 J 、 I 三 I ／ ／ 新风巷硐窄 机 组 l 四 镯 器 图1 制冷装置配置图 3 ． 2 ． 2 制冷装置的自动控制系统 本制冷装置中受控设备主要包括 8台电动机和 2个电 磁阀对旋风机、油泵电机、压缩机电机、局部通风机、 冷却水泵、喷淋水泵 、加载电磁阀和减载电磁阀，为保护 压缩冷凝机组，设置了排气压力高、吸气过滤器压差大、 油温高、油压差低、冷却水流量检测、喷淋水流量检测等 传感器， 进行温度、压力、断水等保护，有效地保证 了装 置的安全、可靠运行，延长了设备的使用寿命。 由于受控设备分散在两个相距 8 0 0多米的硐室内，并 1 0 6 且设备之问有着严格的闭锁关系，各种保护要做到动作准 确无误，并能根据保护的轻重程度及时做出报警、停机等 响应 一般故障只报警不停机 ，严重故障立即报警并停机。 所以选用了目前应用广泛的 P L C控制系统 ，在新风巷硐室 和回风巷硐室内各设一个控制站 ，两个 P L C控制站之间通 过 R S 4 8 5网络连接在一起 ，并可转接到全矿井 自动化系统 中，在地面调度室就可以直接读取制冷装置的数据。P L C 编程灵活、组网方便、性能稳定可靠，给制冷装置的安全 高效运行提供了强有力的保证，操作工在新风巷硐室就可 以直接操作回风巷硐室内的设备，节省了人力。制冷装置 的控制方式分为检修、手动和自动，检修方式主要是在检 修试车时，各种保护没有投入，设备之间闭锁关系已解除 的情况下使用；手动方式下，需要操作工分别操作各设备 的起停按钮；自动方式下，操作工只需操作 “ 系统启动” 和 “ 系统停止”按钮 ，各设备会按照程序设置的流程 自动 起停 ；在手动和 自动方式下 ，各种保护和闭锁关系全部投 入，出现紧急情况时装置会 自动停机，以保护人身和设备 的安全 。 为了提高电控系统的人性化设计程度 ，在电控箱上设 计了防爆液晶显示屏 ，它与 P L C通讯 ，读取 P L C内的数 据，以动态逼真的画面实时显示制冷装置的各项参数。显 示屏选用全中文可视化组态软件，简 占、大方，使用方便 灵活；具有完善的中文在线帮助系统和多媒体教程；提供 近百种绘图工具和基本图符，能够快速构造图形界面；支 持数据采集板卡、智能模块及仪表、P L C等众多常用设备； 支持温控曲线、实时曲线、历史曲线等多种工控曲线；支 持 O D B C接口，可与 S Q L S e e r 、O r a c l e 、A c c e s s等关系型 数据库互联；支持 O P C接口、D D E接口和 O L E技术，可方 便地与其他各种程序和设备互联；提供渐进色、旋转动画、 透明位图、流动块等多种动画方式，可 以达到良好的动画 效果；功能强大的网络数据同步、网络数据库 同步构建， 保证多个系统完美结合；完善的网络体系结构，可以支持 最新流行的各种通讯方式；无硬盘，内置看门狗，上电重 起时间短 ，可在各种恶 劣环境下长时问稳定运行 。 3 ． 3降温效果 分析 Z J L 1 5 0 0矿用隔爆兼本质安全型制冷装置通过在徐州 矿务集团夹河煤矿 2 4 4 2工作面的试运行，装置的降温、除 湿效果显著 见表 1 ，具有能效比高、故障率低、保护齐 全、自动化程度高的特点，各项数据指标均达到了设计要 求，大大改善了工人的工作环境，提高了工人的工作效率， 减少了安全事故的发生。 表 1 2 4 4 2工作面制冷降温数据 维普资讯 2 0 0 7年第 1 2期 煤炭工程 我 国中心传 动浓缩机技术现状分析 陈庆来 淮北职业技术学院 机电系，安徽 淮北2 3 5 0 0 0 摘要文章介绍了我国中心传动浓缩机的发展及现状，中心液压双驱动自动提耙高效浓缩 机、中心电机减速机驱动 自动提耙高效浓缩机等高效浓缩机的典型结构和主要特点 ，指出了中心 传动浓缩机在 实践 中的具体应用及 中心传动浓缩机的发展趋势。 关键词中心传动 ；浓缩机 ；液压双驱动 ；蜗轮蜗杆双驱动 ；结构特点 中图分类号 T I M - 6 2 ． 5 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 0 7 1 2 - 0 1 0 7 - 0 3 0引 言 浓缩机是一种连续工作的浓缩和澄清设备，它主要用 于湿式选矿作业 中精 、尾矿浆的脱水；也广泛用于煤炭、 钢铁、化工 、建材、水源和污水处理等行业中含固料浆的 浓缩和净化。 传统浓缩机的浓缩机理基本上属于重力沉降，它以矿 浆颗粒 自由沉降为基础，实现了颗粒的沉降分层，并在池 底浓缩区进一步压实。处理单位重量所需面积 为 0 ． 4 7 0 ． 9 3 m ／ t d 。浓缩机的处理量及溢流中的含固量高低主要 取决于颗粒的沉降速度 。 浓缩机可以分为传统浓缩和高效浓缩机。按照耙架的 传动方式可以分为周边传动浓缩机和中心传动浓缩机两大 类。本文主要讨论中心传动浓缩机的结构和特点。 1 传统中心传动浓缩机的发展及现状 2 0世纪 8 0年代以前，我国中心传动浓缩机主要为中小 型规格，其中最大规格为 N Z一2 O Q中心传动 自动提耙倾斜 板浓缩机。该浓缩机受我国材料材质的影响，中心传动蜗 轮不能满足设计要求，易磨损，更换周期短，下部十字头 及传动轴强度低。倾斜板易挂料，造成传动轴及十字头扭 坏，影响了生产。 目 前各种型号、多种规格、技术先进的中心传动浓缩 机相继问世 ，主要有 以下几种 1 ． 1 中心液压双驱动高效浓缩机 该浓缩机是消化吸收美 国 E N V I OC L E A R公司和德国 P A S S V A N T技术开发的一种新型、高效浓缩机。该机采用 絮凝技术 ，将沉降与深层过滤相结合，矿浆直接给人浓缩 机的压缩区，在池内形成滤床层，后续给人的矿浆 中未絮 凝的细小颗粒，随水流上升 ，途经滤床层，与其中的颗粒 碰撞 ，上升动能损耗 ，与其它颗粒结合在一起下沉。从而 增加了底流浓度，减少了溢流水浊度。由于采用了絮凝剂， 颗粒形成絮凝 团，沉降速度加快，处理能力提高。是传统 浓缩机的 2～ 2 ． 5倍 J 。 该浓缩机结构型式见图 1 ，主要由桥架、驱动装置、固 定筒、布料筒、提耙机构、耙架、液压站、电控装置等组 成。该浓缩机的特点 1 传动机构采用液压双驱动，提耙机构采用液压提 耙。该浓缩机采用两 三 台液压马达通过两 三 个齿轮， 驱动带外圈的回转支承 ，从而驱动传动轴使耙架旋转。回 转支承内圈用高强度螺栓固定在传动箱体内的轴承座上， 不会出现因扭矩过大而产生偏离搅拌中心的现象。这种双 驱传动比蜗轮副传动降低了使用成本及运行的故障率。主 传动齿轮和回转支承材质均采用轴承钢，质量稳定可靠。 由于采用液压双驱动，易于实现驱动同步，当浓缩机沉积 的物料增厚，或低流浓度增大时，耙架的工作阻力也随之 增大，液压驱动的油路油压会增大，液压提耙装置通过液 压传感器， 来控制刮泥耙的升降。 电控同时传 出声光信号， 4结论 Z J L 1 5 0 0矿用隔爆兼本质安全型制冷装置的研制成 功，为解决我国煤矿井下 日益严峻的热害问题提供了一个 很好的方案，可为热害严重的煤矿节省大量的初期投资和 以后的设备维护费用。目前国内煤矿井下温度超高的很多， 急需经济实用的制冷设备的投人，因此推广应用前景广阔。 参 考文献 [ 1 ] 国家安全生产监督管理局，国家煤矿安全监察局．煤矿安全 规程 [ M] ．北京 煤炭工业出版社 ，2 0 0 4 ． 责任编辑郑燕凌赵巧芝 收稿 日期 2 0 0 7～ 0 9 0 3 作者简介陈庆来 1 9 6 5一 ，男 ，安徽萧县人 ，1 9 8 9年毕业于合肥工业大学机制专业 ，曾任淮北矿山机器厂装配车 间副主任、技术科长，现在淮北职业技术学院机电系工作。 1 07 维普资讯