高温深井煤矿降温系统集成体系研究.pdf

高温深井煤矿降温系统集成体系研究 ① 焦习燕１， 王志远２， 任一鑫１ （１．山东科技大学 经济管理学院，山东 青岛 ２６６５９０； ２．兖州煤业有限公司 兴隆庄煤矿，山东 济宁 ２７２１０２） 摘 要 以集成理论、系统优化配置理论为基础，探究了高温深井煤矿降温系统存在的问题及原因，在对高温深井煤矿降温系统构 成单元进行划分，对降温构成单元功能、作用、运行及各单元的关系进行归纳分析总结的基础上，构建了以提高降温效果为目的、以 余热利用为辅助的深井降温集成体系。 该体系以循环经济基本原则作指导，利用热交换、余热利用方法等提取了循环水中的热量 并进行利用，节约了冷却和制冷过程使用的能量；利用保温技术减少“冷能”漏失、“热能”散发，通过优化布局、错时利用，实现降温 时间安排的科学化，减少“冷能”使用量，提高了降温效果。 该方法不仅有利于煤矿提高降温效果、节约能源，对其他降温领域节能 也有指导意义。 关键词 煤矿； 深井； 井下降温； 技术集成 中图分类号 Ｆ４２６文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１８．０１．０３１ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１８）０１－０１２７－０５ Ａｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｄｅｅｐ Ｓｈａｆｔ ｉｎ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ＪＩＡＯ Ｘｉ-ｙａｎ１， ＷＡＮＧ Ｚｈｉ-ｙｕａｎ２， ＲＥＮ Ｙｉ-ｘｉｎ１ （１． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ， Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６５９０， Ｓｈａｎｄｏｎｇ， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｘｉｎｇｌｏｎｇｚｈｕａｎｇ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ， Ｙａｎｚｈｏｕ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏ Ｌｔｄ， Ｊｉｎｉｎｇ ２７２１０２， Ｓｈａｎｄｏｎｇ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ， ｃａｕｓｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｅｄ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｄｅｅｐ ｓｈａｆｔ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗｅｒｅ ｅｘｐｌｏｒｅｄ． Ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｆｉｒｓｔｌｙ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｕｎｉｔ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ， ｔｈｅｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｃｈ ｕｎｉｔ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ａｍｏｎｇ ｅａｃｈ ｕｎｉｔ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈａｔ， ａｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｏｏｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｃｏｏｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｂｙ ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ ｗａｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｅｐ ｍｉｎｅ． Ｇｕｉｄｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｆｏｒ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｅｃｏｎｏｍｙ， ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｔａｋｅｓ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｏｆ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｗａｔｅｒ ｂｙ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅ ａｎｄ ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ， ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ｅｎｅｒｇｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｆｏｒ ｃｏｏｌｉｎｇ ａｎｄ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ， ｕｔｉｌｉｚｅｓ ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｌｏｓｓ ｏｆ “ｃｏｏｌ ｅｎｅｒｇｙ” ａｎｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ “ｔｈｅｒｍａｌ ｅｎｅｒｇｙ”． Ｉｔｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｌａｙｏｕｔ ａｎｄ ａ ｓｔａｇｇｅｒｅｄ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏｏｌｉｎｇ ｔｉｍｅ ｌｅｄ ｔｏ ａ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｕｓａｇｅ ｏｆ “ｃｏｏｌ ｅｎｅｒｇｙ”， ｔｈｕｓ ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ． Ｉｔ ｉｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｂｅｎｅｆｉｔ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｃｏｏｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｉｎ ｄｅｅｐ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｆｏｒ ｅｎｅｒｇｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ， ｂｕｔ ａｌｓｏ ｏｆ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｉｎ ｏｔｈｅｒ ｆｉｅｌｄｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ； ｄｅｅｐ ｓｈａｆｔ； ｃｏｏｌｉｎｇ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ； ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ 随着浅层煤田日益消耗殆尽以及煤矿采掘技术的 提高，矿井的开采深度已达千米以上。 然而随着矿井 开采范围不断延伸和开采深度不断增加，井下环境会 由各种散热源（围岩散热、老塘散热、氧化过程散热、 空气压缩散热、人体散发热能、机械设备散热以及地下 水散热等）的放热作用和其他因素致使温度越来越 高，高温矿井的数目日渐增多，热危害程度日益严 重［１］。 随着物质和生活水平的提高，建设安全高效、 环境优越的现代化矿井是煤矿发展的必然选择［２］。 煤矿安全规程第 １０２ 条明确规定“生产矿井 采掘工作面空气温度不得超过 ２６ ℃，机电设备峒室的 空气温度不得超过 ３０ ℃。 当空气温度超过时，必须缩 短超温地点工作人员的工作时间，并给予高温保健待 遇。 采掘工作面的空气温度超过 ３０ ℃，机电峒室的温 度超过 ３４ ℃时，必须停止作业。”为给井下员工提供 安全、健康、舒适的工作环境，煤炭行业一直把治理热 害当作重要工作。 经过多年探索和研究，建成了一套 行之有效的井下降温技术、方法和体系，对改善井下高 ①收稿日期 ２０１７－０８－０１ 基金项目 山东省社科规划项目（１６ＣＪＪＪ２１） 作者简介（通讯作者） 焦习燕（１９７９－），女，山东莱芜人，讲师，博士研究生，主要研究方向为矿区生态及集成方法。 第 ３８ 卷第 １ 期 ２０１８ 年 ０２ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３８ №１ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０１８ 万方数据 温工作环境起到重要的作用。 但是由于未能系统考虑 保温、管路优化、设备设施优化布局、热交换、热利用等 问题，降温系统运行过程中存在“冷能”漏失、浪费、能 源利用效率低、能源使用量多、降温效果差、循环水携 带热能不能利用等现象。 根据研究发现，以集成理论 作指导，实施资源合理配置、能源结构优化、能源集成 利用、系统集成优化等措施，对提高可再生能源、废弃 能源的利用率、提高降温效果、节约能源等具有重要的 作用［３］，为此，本文从系统集成的角度研究井下降温 系统优化集成问题。 １ 高温深井煤矿降温系统运行现状分析 煤炭开采是按照“由浅到深、由近到远”的顺序进 行，随着开采深度和范围的延伸和扩大，生产系统随之 扩大。 运输、通风、提升、排水、供电、压气等环节增加、 距离延长，通风效果下降，温度相对提高；设施设备增 加、硐室增加，散发热量增加，温度提高；开采水平延 伸，围岩温度提高（每增加 １００ ｍ，温度提高 １～４ ℃）， 引起井下温度提高［４－５］。 除了以上原因，目前降温系 统存在以下问题 １） 制冷能力满足不了降温的需要。 煤矿井上制 冷设备设施一旦确定，制冷能力也就确定了，能够满足 的降温条件也就基本确定了。 而降温地点，环境，需要 降温程度、范围等都在变化，原来的制冷能力就难以满 足不断变化的降温需求，需要对降温系统进行优化，达 到能力匹配。 ２） 原来设计管路保温技术，随着管路增加延长， 已经超过了从地面到降温地点的温差范围，保温效果 差，管路漏失“冷能”多，使降温效果下降。 为了节约 能源，需要采用相关技术，对管路进行保温，减少“冷 能”损失、减少“热能”散发。 ３） 随着开采水平延伸、采区向两翼展开布置，需 要降温的地点和输送的管路及环节在增加，位置在变 动，网络复杂程度在提高，各种截止阀数量在增加，冷 却水的顺利流动受阻、速度减慢，滞留时间过长，温度 变化过大，导致管道内冷却水升温过快，影响降温效 果。 一些降温地点由于工作已经完成，终端降温设备 已经拆除，但管路还在，导致冷却水漏失、“冷能” 散 失。 为了有效使用有限的冷却水资源，提高降温效果， 使冷却水顺利流动，就需要对系统进行优化，合理布局 管路，拆除无用、过失的管路。 ４） 降温地点环境影响。 导致井下温度高的原因 主要有① 随着开采深度增加，围岩温度在逐步提高， 导致工作环境温度升高；② 采面或煤巷掘进面，原煤 自身温度较高，随着开采掘进的进行，温度不断释放到 周围环境，同时掘进、回采工作面风速不够，通风效果 不好，造成工作环境温度上升［６］；③ 随着水平延伸，回 采面向两翼展开，造成了巷道纵横交错，由于生产系统 复杂，使通风系统复杂，采面风量不够，通风效果不佳； ④ 硐室，尤其设备运行硐室，由于风量不足，降温效果 差，导致工作地点温度升高，流动风将其携带到其他地 点；⑤ 巷道绞车、皮带机、转载机、掘进迎头耙装机、采 面上的割煤机及相关设备、矿车、运输设备设施等各种 机电设施运行时散发大量的热导致环境温度升高； ⑥ 由于井下工作现场作业人员较集中，大量的体力劳 动后，身体散发的热量也会导致工作环境温度过高； ⑦ 煤矿井下大部分设备或者采面迎头的降温措施基 本上使用冷却水喷洒方法，然而吸收热量后的冷却水 却没有及时处理，该热量从冷却水中继续散发到周围 环境中，在进行降温系统设计时没有考虑冷却水热量 的处理问题，导致热量在冷却水和环境中恶性循环，降 温效果不佳，这也是导致工作环境温度升高的一个不 可忽视的原因， ５） 采空区等废弃工作地点自然产生热量的影响。 高温矿井多数巷道（尤其是皮带回风巷）、掘进迎头、 回采工作面及上下巷、老塘（采空区）、水泵房、变电所 等工作地点温度高，尽管一般降温措施已经考虑这些 问题，但传统降温系统设计中只关注了现场作业地点 的设备冷却降温，废弃工作地点产生热量对现有工作 环境的影响却被忽略。 废弃的巷道、掘进迎头、盲巷、 老塘等已经没有职工作业，不需要降温，但这些地点自 然产生热能，散发出来会对工作环境产生影响，尤其是 随着风流将热量带到相关的工作地点，会提高温度。 ６） 降温设备设施布局不合理影响降温效果。 温 度在一定空间内分布是不均匀的，有的地方高，有的地 方低。 一定时间内，员工工作的地点相对固定，在降温 的空间范围内，一些空间员工不会在那里工作，有的地 方停留时间较少，而在降温系统设计时没有考虑降温 空间这一利用方式。 无论是掘进迎头，还是回采工作 面，都是移动的，因此相应的工作地点也是移动的，这 需要根据具体需要对终端降温设备的位置进行优化 布局。 ７） 降温设施设备优化问题。 依据终端降温设施 设备使用情况，有的属于连续性利用，有的属于间断性 利用，但在设计时没有考虑这一特征。 从整个矿井的 角度看，同时需要降温的地点很多，这些地点如果过度 分散，导致冷却水输送管路之间距离过长、网络复杂， 使得降温效果不佳，需要按照要求安排不同降温设施 设备错时运行。 ８） 设备设施自然散热效果差。 井下设备设施产 ８２１矿 冶 工 程第 ３８ 卷 万方数据 生的热量多数是靠自然方式散发，散发速度慢、效果 差。 热量散发到空气中，增加了降温难度，这部分热能 得不到利用。 ９） 热能利用效果差，不利于节能。 目前降温单纯 为了降温而降温，携带热能的循环水需要降温处理才 能进入制冷系统。 热量通过冷却进入大气中，没有考 虑利用问题，对环境造成污染。 综上所述，煤矿降温系统目前存在的问题，不仅浪 费能源，而且还降低了降温效果，亟需采用相关措施进 行改进。 针对这些问题，本文通过对高温深井煤矿降 温系统的组成及功能划分研究，依据各个单元和子系 统的特征、功能及关系，对矿井降温单元及技术进行集 成分析，构建高温深井煤矿降温系统集成体系，以防 漏、减失、提效、利用为目标，提高深井降温效果，节约 能源。 ２ 高温深井煤矿降温系统组成及功能划分 传统的煤矿井下降温系统主要由制冷系统、输送 系统、终端降温设备设施、冷却系统 ４ 部分组成。 制冷 系统主要采用制冷机组把水冷却到 ４ ℃左右，制冷机 组是降温系统的关键组成部分，其功能大小、能力强 弱、制冷质量等决定了整个降温系统的降温能力，并且 制冷机组一旦确定，相应的制冷能力也就确定了。 输 送系统包括两部分① 将冷却水输送到需要降温的终 端设施设备；② 把经过降温设备设施后吸收热能的冷 却水输回到地面的冷却塔中。 终端降温设施设备系统 是安放在需要降温的工作地点利用冷却水进行降温， 它的主要功能是降温，其效果决定了降温质量。 冷却 系统是将吸收热能的冷却水进行冷却，然后进入制冷 系统，循环利用。 冷却系统的目的是对循环利用的水 进行降温，为制冷系统输入降温后的水，能够节省能 源，提高制冷效果。 具体系统如图 １ 所示。 冷却系统 制冷系统 输 送 系 统 降温设备设施 图 １ 传统矿井制冷系统结构 传统降温系统存在以下问题① 输送管路在输送 冷却水的过程中，会吸收周围环境中的热量，提高了冷 却水温度，降低了冷却效果；② 管道质量不合格、零部 件不配套等因素导致管道泄漏，浪费冷却水，同时管道 过于复杂、管道不通畅等原因导致冷却水流动速度慢， 滞留时间太长，造成能量损失；③ 降温设备设施分布 不合理，导致降温效果差或能量损失；④ 降温环境产 生热量扩散，间接影响降温效果；⑤ 循环冷却水吸收 热量后经过冷却塔散发到空气中造成能源浪费，并且 冷却塔冷却时间长，冷却效果不好。 因此，依据各个单 元和子系统的特征、功能及关系，对矿井降温单元及技 术进行集成分析，以优化降温系统，通过运行、利用、节 省、减量等相结合的措施，达到高效降温、节约能源的 目的，为循环发展、绿色发展、低碳发展、实现可持续发 展探讨新的途径［７］。 ３ 高温深井煤矿降温系统集成分析 井下降温系统由功能、作用等不同的子系统构成， 要提高降温效果、节约能源，需要相关系统协同运行。 为了达到这一目的，需要对相关系统从单元与技术两 个方面进行集成研究。 ３．１ 高温深井煤矿降温单元集成 为了提高深井降温系统的效果，在传统煤矿深井 降温系统中新增 ３ 个系统① 增加热交换系统。 经过 降温终端设备设施的冷却水降温吸收热能后，再作为 热交换的媒介，通过热交换系统，把设备设施运行产生 的热能进行充分吸收，然后输送到地面后通过热利用 系统加以利用，能够减少设施设备产生的热能散发而 导致温度升高，起到间接降温作用。 ② 增加冷却水循 环利用系统。 为了减少水资源的使用量，冷却水在整 个系统中进行循环利用，经过的路径为制冷系统→降 温系统→热交换系统→热利用系统→冷却系统→制冷 系统，循环利用，起到冷能、热能搬运的作用。 ③ 增加 余热利用系统。 输送到地面的循环水携带大量热能， 直接进行冷却耗时长、效果差，增设余热利用系统，利 用相关技术把部分热量利用起来，既节约能源，又能加 快冷却速度。 优化后降温系统由制冷系统、输送系统、 终端降温系统、热交换系统、冷却水循环利用系统、余 热利用系统、冷却系统等构成，此系统在充分利用热能 的同时，也提高了降温效果。 具体单元集成如图 ２ 所示。 制冷系统 终端降温系统热交换系统 余热利用系统 循环系统 输送系统 冷却系统 图 ２ 煤矿井下降温单元集成 ９２１第 １ 期焦习燕等 高温深井煤矿降温系统集成体系研究 万方数据 ３．２ 高温深井煤矿降温技术集成 降温效果好坏由降温系统的各个单元和子系统共 同决定，为此，降温系统的效果主要看各子系统的运行 效果。 各个单元或子系统要充分发挥作用，需要相关 技术来支撑，将这些技术有机结合在一起就形成了降 温系统的技术集成。 该模块主要包括制冷技术、冷却技术、保温技术、 管路优化技术、终端设备设施降温技术、终端设备设施 优化布局技术、热交换技术、冷却水循环利用技术、热 利用技术、降温设施设备运行管理技术等。 ① 制冷技 术是制冷系统的技术核心，其目的是提高制冷速度、制 冷的质量等，为降温提供优质的冷却水。 ② 冷却技术 主要应用于冷却系统，主要是利用冷却塔迅速对循环 水进行降温，间接提高制冷速度和质量［８］。 ③ 保温技 术主要应用于输送系统，对管道、设备设施等进行保 温，降低管路吸收热能或散发热能的量，减少热能、 “冷能”损失，保护冷却水质量，为降温设备设施或余 热利用设备设施等提供高质能源，达到提高降温效果 的目的。 ④ 管路优化技术应用于冷却水的输送系统， 通过优化减少冷却水输送距离、减少中间环节、提高冷 却水流动速度等，达到减少冷却水漏失、滞留时间过长 吸收热能降低降温效果的目的；管路优化技术应用于 吸热后的冷却水回用系统，主要减少环节、减少管网长 度，防止冷却水滞留时间过长造成热能散发影响降温 效果，同时为热能利用提供优质能源。 ⑤ 终端设备设 施降温技术主要采用先进技术提高降温效果。 ⑥ 优 化布局技术是对降温设备设施进行合理布局使降温效 果达到最佳；及时拆除不用设施设备，减少冷能浪费； 对降温地点进行优化布局，合理设计，控制冷能用量， 减轻制冷设施设备工作压力。 ⑦ 热交换技术是利用 循环的冷却水与相关设施设备产生的热量、周围其他 环境产生的热量进行热交换，将产生的热能携带走，起 到间接降温的作用，也为余热利用提供热能。 ⑧ 冷却 水循环利用系统主要是利用冷却水循环利用技术对降 温的水资源进行循环利用，可以保障水的质量，同时利 用其携带热能，提高降温效果，进行携带能源利用，达 到节能目的。 ⑨ 热利用技术主要是地面安装设施设 备利用循环水中携带热量，这一技术越先进，吸收热量 越多，循环水的温度越低，制冷效果越好。 利用热能越 多，节能效果越好。 ⑩ 降温系统运行管理技术是根据 工作安排，采用错时运行的方法，合理安排降温设施设 备工作运行时间，控制降温能力利用额度，保障降温系 统安全稳定运行。 降温技术集成如图 ３ 所示，降温单元与技术关系 分析如表 １ 所示。 终端设备设施 降温技术 冷却技术 制冷技术 保温技术 设备优化 布置技术 管道优化 技术 降温系统运行 管理技术 热交换 技术 余热利用 技术 制冷水 循环技术 图 ３ 矿井降温技术集成 表 １ 降温单元与技术关系分析 ４ 高温深井煤矿降温系统集成体系构建 根据上述分析，按照高温深井煤矿降温系统的功 能要求，将各子系统与关键技术进行集成，形成一个完 整的深井降温新系统，避免了传统降温系统关联度低、 运行效果差、弊端较多等问题的出现，使之从系统整体 的角度进行合理化、科学化的集成管理，实现深井降温 系统的高效运行。 具体深井降温系统集成体系如图 ４ 所示。 深井降温系统集成体系发挥如下作用① 在制冷 系统利用制冷技术制取冷却水。 ② 将冷却水输送到 终端降温系统中去，在输送过程中采用保温技术，减少 “冷能”损失；对回送管路进行保温，减少热能散发、损 失，为利用提供优质能源，起到节能与相对降温的作 用。 ③ 对管道进行优化，减少多余管路和环节，提高 冷却水流动速度，减少滞留时间，减少“冷能”漏失、损 失。 ④ 对回送管路进行优化，提高水流动速度，减少 滞留时间，减少热能散发，使热能得到及时利用，减少 ０３１矿 冶 工 程第 ３８ 卷 万方数据 制冷技术 保温技术 管道 优化 技术 降温系统运行 管理技术 冷却水 循环技术 制冷系统 冷却技术 终端降温系统热交换系统 余热利用系统 循环系统 输送系统 冷却系统 热交换 技术 设备优化 技术 降温 技术 余热 利用 技术 图 ４ 深井降温系统集成体系 热能损失。 ⑤ 利用优化技术对降温设备设施进行优 化布置，提高降温效果、减少“冷能”浪费，减轻制冷设 备的压力。 ⑥ 利用管理技术对降温设施设备运行时 间进行科学安排，提高降温能力利用效率及稳定程度。 ⑦ 利用热交换技术使循环水经过产生热量的设施设 备及其他环境，带走它们产生的热能，达到相对降温的 目的。 ⑧ 利用循环利用技术使吸收热量后的冷却水 进入循环系统后被输送到地面重复利用，节省水资源， 保证冷却水质量，实现相对节能的目的。 ⑨ 输送到地 面的循环水进入余热利用系统，通过余热利用技术利 用循环水中携带余热，能够减少降温时间，提高制冷效 果，并达到综合利用、节约能源的目的。 ⑩ 利用热量 后的冷却水进入冷却系统，利用冷却技术对循环冷却 水进行冷却降温，减少制冷时间及耗费的能源。 ⑪⑪ 达 到制冷系统标准要求的冷却水重新进入制冷系统进行 制取新的冷却水，再进入冷却系统。 这样冷却水在整 个降温系统中往复使用，井下热量可以基本吸收提取 至 地面，不形成二次热量“污染”，避免了传统降温技 术的降温效果差、降温速度慢、系统关联性差、不易调 配、能源浪费严重等问题，通过热能利用，实现循环发 展、绿色发展、低碳发展的目的。 ５ 结 语 通过深井降温系统的集成，可实现以下效果减少 “冷能”漏失、浪费；在保证水质的条件下、减少水利用 量；开发利用井下热能，缩短冷却时间，减少制冷能耗 量；热交换技术能减少设施设备等热能散发，起到相对 降温的效果；优化降温设施的布局及安排，可提高降温 效果、节省降温能力。 因此，深井降温系统集成体系的 构建是循环经济理论、系统理论的拓展及利用，热能利 用思路对降低降温成本、提高降温效果、节约能源有重 要的指导意义。 参考文献 ［１］ 陈效友． 高温深井降温技术及其经济性研究［Ｄ］． 淮南安徽理工 大学土木建筑学院， ２０１３． ［２］ 姜福领，林 旭，李 涛． 构筑矿井安全生产长效体系的探索与实 践［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１２（Ｓ）４８９－４９１． ［３］ 李学武，任一鑫，孟繁利，等． 矿区能源集成关系研究［Ｊ］． 矿冶工 程， ２０１５，３５（１）１２６－１２９． ［４］ 陈密武． 深井矿井热害治理技术［Ｊ］． 煤矿安全， ２０１７，４８（２）１３１ －１３４． ［５］ 全柏飞，邓金灿，邓建明． 大厂 １０５ 号矿体无废采选探索与实践［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１２（Ｓ）２７１－２７１． ［６］ 任梅青，陈天仲． 基于湿帘的掘进工作面降温技术［Ｊ］． 建井技 术， ２０１５，３６（１２）１９－２１． ［７］ 张咏梅，任一鑫，张士强． 煤炭矿区生态系统设计与实践［Ｊ］． 矿 冶工程， ２０１０，３０（３）１１４－１１９． ［８］ 王玉麟． 井下移动式局部降温系统设计［Ｊ］． 制冷与空调， ２０１１ （６）４４－４８． 引用本文 焦习燕，王志远，任一鑫． 高温深井煤矿降温系统集成体系 研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１８，３８（１）１２７－１３１． �������������������������������������������������������������������������������������������������� （上接第 １２６ 页） ［１３］ Ｈｕａｎｇ Ｓ Ｈ， Ｗｅｎ Ｚ Ｙ， Ｚｈｕ Ｘ Ｊ， ｅｔ ａｌ． Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ- ｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ａｇ ｄｏｐｅｄ Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２［Ｊ］． Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｃｏｍ- ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， ２００４，６（１１）１０９３－１０９７． ［１４］ 杨 斌，傅冠生，陈照荣，等． Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２／ ＡＣ 非对称电容器的制备 与性能［Ｊ］． 电池， ２０１５，４５（３）１４９－１５２． ［１５］ Ａｒａｖｉｎｄａｎ Ｖ， Ｃｈｕｉｌｉｎｇ Ｗ， Ｍａｄｈａｖｉ Ｓ． Ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｌｉｔｈｉｕｍ-ｉｏｎ ｈｙｂｒｉｄ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ ｕｓｉｎｇ ｓｐｉｎｅｌ ＬｉＣｒＴｉＯ４ａｓ ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄ ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， ２０１２，２２（３１）１６０２６－１６０３１． ［１６］ 吴士超，郭云霞，周建华，等． 高温热处理对水热离子交换法制备 钛酸锂纳米棒的结构和性能影响［Ｊ］． 无机材料学报， ２０１１，２６ （２）１２３－１２８． ［１７］ Ｚｈａｏ Ｙ Ｍ， Ｌｉｕ Ｇ Ｑ， Ｌｉｕ Ｌ， ｅｔ ａｌ． Ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｈｉｎ-ｆｉｌｍ Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｉｎｋ-ｊｅｔ ｐｒｉｎｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｅｌｅｃ- ｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， ２００９，１３（５）７０５－７１１． ［１８］ Ｂｒｏｕｓｓｅ Ｔ， Ｍａｒｃｈａｎｄ Ｒ， Ｔａｂｅｒｎａ Ｐ Ｌ， ｅｔ ａｌ． ＴｉＯ２ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎｏｎ-ａｑｕｅｏｕｓ ｈｙｂｒｉｄ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ， ２００６，１５８（１）５７１－ ５７７． 引用本文 张大鹏，范瑞娟，曹国林，等． 混合电容器负极材料钛铬酸 锂／ 钛酸锂复合材料合成及性能研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１８，３８（１）１２３－ １２６． １３１第 １ 期焦习燕等 高温深井煤矿降温系统集成体系研究 万方数据