矿井移动空调室技术的研究.pdf

第卷第期 年月 煤炭学报 文章编号 一 一一以 矿井移动空调室技术的研究 胡汉华 , 古德生 中南大学资源与安全工程学院 , 湖南长沙 引 摘要矿井移动 空调 室技术的实质是利用热悻将作业者与环境隔离 , 再用一种水轮机式空气冷 却器向移动空调 室 内供冷水轮机式空气冷却器的冷源和通风动 力均来自矿井恒温带通过实验 得知环境温度为犯 ℃时 , 以 的速度供给水温为 ℃的冷水启动空气冷却器 后 , 矿井移动空调 室 内干球温度可降至℃空气冷却器停止工作后 , 矿井移动 空调室 内的空气温度仍可维持在 ℃以下 关健词移动 空调 室矿井降温空气冷却器矿井通风 中圈分类号文献标识码 山川 一,一 反扣” ,百咭址。亡几几召瓜以 肠毗 刀成优月勿 , 加叨 , 盯 , 一 盯 卿 伴谬 ℃ ℃小 , 斗 一 ℃℃ 矿井移动空调室技术的基本原理 矿井移动空调室技术是为解决矿山井下热害治理问题而提出的 , 目前国内外尚未见文献报道 〔’ 一 〕 其 实质是利用热嶂的隔热作用 , 将井下工人与热环境隔离开来 , 再用先进的适于井下使用的空气冷却器向 热嶂内供冷 , 使热嶂内环境质量达到 安全规程规定的要求其特点是隔离了环境热源 , 减少或消除 了人工热源 , 充分利用了高压水的位能 , 循环利用 了冷源 , 最大限度地降低了通风降温的能源消耗 矿井移动空调室的关键技术在于新型矿用轻便移动式空气冷却器的研制和热嶂的制做对井下使用的 热嶂 , 其基本要求应达到质量轻 , 安装容易 , 耐腐蚀 、 耐撕 、 耐刺 , 隔热性能 良好 新型矿用轻便移动式空气冷却器的研制比热嶂的研制复杂得多 , 它涉及水力学 、 空气动力学 、 工程热 力学等领域设计的新型矿用轻便移动式空气冷却器的基本原理是来自恒温带的高压冷水 水温 ℃左右 冲击水轮机后分散成雾状 , 自上而下流动 , 与来自空气冷却器下部的热空气进行充分 收稿日期 , 一一 资任摘辑韩晋平 荟金项 目 作者简介 国家科技支撑计划课题资助项目 仪拓 以 胡汉华一 , 男湖南益阳人 , 教授 一 , 一 ‘ 川 第期胡汉华等矿井移动空调室技术的研究 的交换后自底部排出水轮机在高压冷水的冲击下带动其上部的离心式风机转动 , 将空气冷却器下部的热 空气 自下而上抽出 , 与冷水充分热交换后送人热嶂内部 , 从而实现冷却热嶂内部的目的 应用水轮机式空气冷却器的优点是一方面空气冷却器本身无需耗电 , 通风与空气冷却一体化 , 人为 消除了电动风机本身发热所带来的人工热源另一方面 , 因水轮机回收了高压水的大部分位能 , 从而消除 了这部分位能向热能的转化可以计算 , 这一部分温升可达 一 ℃ ’, 矿井移动空调室设计 矿井移动空调 室的工作环境 矿井移动空调室主要应用于固定或半固定工作面 , 对于我国 目前的深井矿山 , 一般是位于掘进工作面 或铜室中 , 据几个矿山的环境调查和预测计算 , 这类工作面的空气温度一般为 一 ℃ , 湿度均在 以上因此 , 在设计空气冷却器的计算中 , 均采用空气温度 ℃ , 湿度计算 环境对矿井移动空调室的给热 〔’ , 〕 环境对矿井移动空调室的给热主要是指工作面高温空气中的热量以热传导方式经热嶂进入矿井移动空 调室环境中 , 以掘进工作面环境最为恶劣因此 , 本空气冷却器 以掘进工作面工作环境作为矿井移动空调室的工作环境 如需确定环境对矿井移动空调室 的给热量 , 首先需确定掘进 工作面的空气温度掘进工作面通风系统如图所示 , 局部通风 机出口风温 、 风筒出口风温和掘进工作面风温可分别按文 献〕中式 一 , 一 和式 一 计算将相关的 原始数据代人上述式 , 计算出我国 目前开采深度 旧 左右 的深井矿山 , 一般掘进工作面的空气干球温度为 ℃左右 因 此 , 环境对矿井移动空调室的给热量计算为 图独头巷道通风系统 ‘ 月且 了‘ 、 。 二 含 ‘ 。一‘ , 二 丁 一 、 式中 , 为环境对矿井移动空调室 的给热量 , 为热嶂的受热面积 , 科为热嶂的热导率 , 胆 聊 占为热嶂的厚度 , 占 。 为热嶂外的空气温度 , 。 ℃ , 为热嶂内空气温度 , 应符合安全规程要求 , , ℃ 人体产热 人体的产热量和散湿量是矿井移动空调室环境中的热湿来源之一工人在不同的环境下作业所散发出 的热湿量 由有关空调手册查得 , 单个工人散热量为人体散热量为 , , 式中 , 为热嶂内作业工人数 , 按考虑为作业工人散热量 , 按计算 所以整个矿井移动空调室内总的散热量 十十二 矿井移动空调室需冷计算 按一般空调设计中经验换气次数确定 参照工业企业采暖通风和空气调节设计规范 一 的规定 , 室温允许波动范围 土 ℃的房间 , 其换气次数不宜小于次矿井移动空调室需风量的计算 , 即 , 二 一 二 , , 式中 , 为矿井移 动空调室内要求的最 少换气次数 , 为热嶂容积 , 按排除热量计算 按排除热量计算供风量可用送风温差与余热中的显热来计算因为在总余热中 , 既包括了引起空气温 珠炭学报 年第卷 度变化的显热部分 , 也包括了引起空气含湿量变化的潜热部分 , 即 二 , 式中 , 为只对空气温度有影响的显热量 , 二 ,入△ 占 , 为工人中等劳动时的散热量 , 二 , 对软质泡沫 , 二 , 沌 , 气的潜热量 由于余热中显热部分只对空气温度起作用 , 显热余热 , 可近似用 口 二 倪 , ‘、一 表示 , , △为热嶂内外的温差 , △℃ , 为由水汽带给空 则‘留空气送入热嶂后温度由 ‘ 变为它吸收了 即 一 , ‘, 一。 其中 , ‘ 为空气冷却器的出口风温 , 根据冷源温度及类似空气冷却器的性能计算 , 二 ℃ 为热嶂内 部温度 , 此温度应满足安全规程对作业环境的要求 , ‘℃ 所以 口 、 卿哭毕业卫 ‘ 一 岁 由以上计算可知 , 按排除热量计算的需风量大于按空调要求的最小换气次数计算的需风量 , 因此空气 冷却器的供风量按‘ 二 岁设计 热棘的结构 如图所示 , 热嶂由层组成外表层为隔水层 , 中间为隔热层 , 起保温作用顶面四周布加强筋 , 加 强筋上布吊环 , 侧面三方留门 , 门处交错长 , 宽 , 高 根据对热嶂的基本要求 , 分别选用几种不同的材 料进行试验用作保护层的材料选用纤维布 、 橡胶布 和尼龙布进行试验而用作保温层的材料则选用 聚氨脂泡沫 、 软质聚氨脂泡沫 、 人造棉进行了试验 纤维布用作保护层具有价廉 、 耐撕等特点 , 但防水性 能不能令人满意橡胶布的防水性能最好 , 且非常结 实 , 但比较笨重 尼龙布具有防水性 、 耐腐蚀性 好 , 结实且质量轻最终试验选用 尼龙布作保护 层最终选择软质泡沫塑料作为热嶂的保温层优先 采用了市场上最常见的一种海绵板 , 其厚度为 , 便于井下搬运 责责责茸茸 二二二〔〔〔 一一一书 书书 一一一一一一 州州州 州州州广广广 一一一 门尸尸 一匕 匕羹 羹 一一一匕 匕匕 一一一卜 卜卜 一一一卜 卜卜 一一一卜 卜卜 干干干干干 口口二二 一一 , 阅 价 海绵 防水布 加强筋 尼龙细线 图热樟结构 币 矿井移动空调室的试验 矿井移动空调室的试验仍以室内试验为主 , 在空 气冷却器布置的基础上 , 将空气冷却器排出的热风送 人热樟内 , 测定各种温差条件下 的空气温度其实验 布置如图所示 为保证实验的准确度 , 对相同的实验条件进行了 次测定 , 每次测定间隔时间 , 以各次测定的平 高压 水泵 奋奋 廿 奋 幼 护护护 场 测点’ ’ 乎 ‘ 个份 热风测成 澳口 点处处义处封 一 止止止止 , ,一 ,,‘ 电热器甘 甘甘甘 热水箱 图 均值作为评价该条件下热嶂保温效果的评价依据其中供热量按 二 向外排出热空气而排出的热量 , 按 。 气 ‘, , 散热量为两值之差 矿井移动空调室室内试验布置 , 计算 , 排热量是指通过热嶂内 第期胡汉华等 矿井移动空调室技术的研究 矿井移动空调室的保温效果测定见表 , 其结果 是整个 热嶂的散 热量仅为 。 一 说明用于矿井移动空调 室隔热的热嶂保温效果十分理想 衰矿井移动空调室保通效果测试结果 犯 均改 试验号 环境空 气温度 热水 温度 供风 温度 热峰内的 平均温度 热蜂内 外温差 散热量 , 八︸咤 ︸ ,‘咤︸内, ⋯⋯ 夕矛 八,夕, 二二 矿井移动空调室的应用 矿井移动空调室主要用于固定作业点 和半固定作业地点一般井下可应用矿井 移动空调室技术的作业地点包括凿岩作 业面 , 破碎嗣室 , 卷扬铜室 , 休息铜 室 , 井下医务室 , 配电铜室 , 水泵铜室 , 炸药 库 , 材料室 以冬瓜山铜矿为例 , 该矿可以采用矿 井移动空调室技术的作业地点约为个 肠 。 肠 采用矿井移动空调室技术的经济效益体现在利用热嶂的隔热作用 , 大大减少了围岩与空气间的热交 换 , 利用水轮机式空气冷却器可以满足井下 固定作业的降温要求水轮机式空气冷却器无需任何动力 , 其 能源消耗仅仅只是增加了井下排水费 仍以冬瓜山铜矿为例 , 该矿采用矿井移动空调室技术 , 年节约制冷成本约万元 结论 矿井移动空调室技术是为解决矿山井下热害治理问题而提出的 , 其研究包括专用空气冷却器 、 热嶂的 研制和矿井移动空调室的热平衡计算分析 在我国南方矿山气候条件下 , 应用矿井移动空调室技术 , 在保证供给作业面冷水量 一 , 温度 ℃ , 压力时可保证井下工人作业面环境符合 冶金矿山安全规程的规定证明矿井移动 空调室技术在技术上是可行的 在我国南方某矿山应用矿井移动空调室技术节约降温费用万元 , 避免建设制冷站 , 可节约基建 投资费达 侧卫 万元以上 , 说明该技术在经济上是有效的 参考文献 〕 易新 , 梁仁建现代空调用制冷技术【北京机械工业出版社 , 宋桂梅 , 张朝昌高温矿井独头掘进面空气调节的一种新系统【制冷与空调 , 拓 一 刘红星 , 张建甫利用制冷设备降低综采工作面温度的实践【 〕矿业安全与环保 ,, 犯 一 园 苗 二 〕 卿 , 高建良 , 魏平儒掘进巷道风流热环境的数值模拟【 〕煤炭学报 , 巧 , 一 , 肠 ,, 肠 哪 严 , 只 一 余恒昌 , 邓孝 , 陈碧院矿山地热与热害治理 【〕北京煤炭工业出版社 , 岑衍强 , 侯棋棕矿内热环境工程 〔武汉武汉工业大学出版社 , 胡汉华 , 吴超 , 李茂楠地下工程通风与空调〔长沙中南大学出版社 , , , , ,, 飞 ︸ ﹄ ︸,,胜」 ,矛︸ 挂 ﹄