德国矿井降温技术考察.pdf

8 1 彳 ， 雾 江苏煤炭 1 9 9 2 年 第 4期 德 国 矿 井 降 温 技 术 考 察 镣 矿务局三河尖煤矿墨 丝 g r- 苏省煤矿设计院 _竺 1 9 9 2年 3月 1 9日～4月 3日， 徐 州矿务 局考察组赴德 国考察煤 矿深井降温技 术 。这 次考察对德 国矿 井降温技术有 了较详细的了 解 ， 对 三河尖煤矿 降温方 案设计 的优 化、 为徐 州 矿务 局其它 热害 矿井 的治理提 供 了经 验 ， 本文将德 国矿井 降温 简要情 况及考察体会介 绍 于 下 。 1 德 国矿 井降温简况 德 国煤 矿 因开 采深 度 不断增 加 、 工作 面 生 产 日益 集 中以及 井 下设 备 功 率增 加 等 因 素 ， 使 井下气温不断增高 。从 1 9 6 2 年 ～1 9 9 0 年 ， 平 均 开采 深 度 由 6 5 0 m 增 加到 9 3 0 m， 平 均原 始岩 温 由 3 1 ℃增大 到 4 1 ℃ } 目前开采最 大 深 度 已达 1 5 0 0 m， 最 高 原 始 岩 温 已超 过 6 o ℃ 。几 乎所有 矿井在 不同程度上都采取 了 空调降 温措旋 ， 以满足有关法 规的要求 。 1 9 9 0年 德 国 产 硬 商 品 煤 约 7 0 0 0多 万 t ， 矿 井 降温总 制 冷 能力 约 2 8 5 MW ， 其 中 约有 1 8 O台平均额 定能 力为 1 2 0 0 k W 的冷水 机 、 2 8 0台 平 均 额 定 能 力 为 2 6 0 k W 的玲 风 机 。使 用的空冷 器约 6 0 0台 。煤 矿集 中制冷 站能力超过 3 ． 7 MW 的有 1 8个 ， 制冷能力 合 计 为 1 2 6 ． 9 MW ， 其 中采 用 井 下集 中制 冷 系 统 的 有 8个 ， 制 冷 能 力计 4 8 MW ； 采 用 地 面 集 中 制 玲 系 统 的 有6个 ， 制 冷 能 力 计 5 3 ． 4 MW ； 采 用 井上 下 联 台制 冷 系统 的有 4 个 ， 制冷 能力计 2 5 ． 5 MW 。 现 将考察 的 4对 矿井 ， 按 矿井 降 温系统 分 述 如 下 1 ． 1 井下 集 中制冷井下 排热 系统 1 冷 凝热通 过 矿井 排水管 排 出的索 非 雅 亚可 巴煤矿 该矿 系索 非雅 亚 可 巴公 司 S o p h i a J a c o h a Gmb H 的 唯 一 矿 井 ， 位 于 阿 亨 矿 区 北 部 ， 与荷兰 相邻 ． 系 1 9 1 0年投 产。 井 田北部有 5号 、 7号 井 ， 分 别为罐笼、 箕斗井 ， 兼作进 、 出 风用 开采水平为一6 0 0 m。 1 9 9 1年全矿产商 品 煤 1 6 4万 t 原煤 产 量为 2 3 0万 t 。煤 厚 1 ． 1 ～ 1 ． 3 m， 系 3个 刨 煤 机 综 采 面 。均 在 地 面 集 中控制 井下工效 为 4 ． 4 7 4 t ／ 工。 该 矿早 期采 用 井下局 部制 冷 系统 达 l 3 个 ， 现 采 用井 下集 中制 冷 系统 ， 制 冷站 设 于 一 6 0 0 m 水平 井 底 车场 附 近 距参 观 的工 作 面 约 3 5 0 0 m， 于 1 9 8 2年 建 成 ， 制 冷 量 为 1 ． 1 5 3 MW 仅 1台 。该 系统 的主要特点 是 很 好地 利 用 了井 下涌水 量大 1 3 2 4 m。 ／ h 的 有利 条件 ， 在冷 凝器 内吸热 后 的冷却水可 循 环使用 ， 通过矿井排水泵排至地 面。考察 时 ， 冷凝 器的进水 矿井涌水 温度 为 2 l _ 8 ℃， 出 水温 度 为 3 0C； 蒸 发器 冷水 的进 、 出水温 度 分别 为 1 1 ． 1 c、 5 ． 7 ℃， 供 栗面和掘进头 的空 冷 器 用 掘 进 面 使 用 的 空 冷 器 型 号 均 为 WKW7 9 RV 型 ， 进 入 空 冷 器 的 冷 水 量 为 l 7 m。 ／ h， 配 3 5 k w 局崩 ． 进 出冷 水 温 度分 别 为 8 ℃、 1 0 ℃ 进出风温分 别为 2 5 ℃ 、 1 6 C， 整 个顺槽 风温 保持 2 3 ～2 6 C。制冷费用为 1 ． 3 ～ 1 ． 5 DM／ t “ DM” 表示德 国马 克 。鲁尔 区 煤 的 成 本 为 2 3 0～ 2 6 0 D M／ t ． 售 价 2 0 0～ 2 3 0 DM／ t ， 价差 由政 府补贴 。 2 冷凝 热从矿 井 回风井 筒排出 的埃 米 尔 迈里什 E mi l Ma y r i s c h 煤矿 该矿 属 于 埃 什维 勒矿 山联 合煤 璇 公 司 ESCHW EI LER BER GW ERKS VERE 维普资讯 I 9 9 2年 第 4期 江苏煤炭 9 I N AG ， 位 于 科 隆 西部 。现 有 1号 、 2号 立 井 ， 均系罐笼井 ， 分别作 回风 进风 井 现采区 距 井筒 约 6 k in。1 9 9 2年 2月 ， 全矿平 均 5 ． 1 个 采面 ， 面长 2 7 0 m， 煤厚 1 ． 4 9 m 其 中央矸厚 约 0 ． 3 9 m ，日 产 商 品 煤7 4 4 6 t 原 煤 为 1 2 2 6 5 t ， 井 下 工 效 5 ． 2 6 9 t ／ 工 该 矿 地 温 梯 度 为 4 C／ l O O m， 现 采 深 为 8 7 3 m，原 始 岩 温 为4 9 c井 下 气 温 为 3 6 ． 4 c。井 下集 中制冷站 设于 一6 】 0 m 水平 井 口标高 l 1 6 m 。 井底附近 ， 设制冷机组 3 台 ， 其 总 制 冷量 为 3 ． 7 MW 。空 气冷 凝器 为 VKH5 7 0型 3组 共 6台 蒸发器 为 VKM3 0 7 s 4型 3台。采区设空冷器 1 3台 见 图 1 。 该 系统 的主要特 点是 采用 空气冷凝器 蒸发喷 图 1 6 1 0 m 水平 集 中制冷 站 系统 图 雾式冷 却器 ， 利 用提 升A 员、 材 料的 回风 立 井直接排 放冷凝 热 ， 即 利用 回风流对制 冷 机 组 中冷凝器进 行冷 却并直接 排放 。 经 一6 1 0 m 水 平 排往 回 风 立 井 的设 计 风 量 为 5 5 0 0 m。 ／ rai n。进入空 气冷 凝器的 回风流温度 为 3 0 ℃ 夏天 为 3 2 ℃ ， 出风温度为 3 4 3 6 ℃。该站 设备 已使用 8年 。 据介 绍 ， 该 系统 比井 下利 用 排水管 道 将冷凝 热排放 至地 面要经 济 、 节 省 设 备。制 冷费用约 1 ． 2 DM／ t 1 ． 2 井 下集 中制 冷地 面 排热系统 的北极 星 No r d s t e r n 矿 井 该 矿井现 与团结 C o n s o l i d a t i o n 井合 并 为团结／ 北极 星矿 ， 属鲁 尔煤 炭公 司威斯特伐 伦公 司， 位 于 埃 森 西 北 ， 开 采 深 度 1 1 0 5 m， 1 9 9 1年 全 矿产 商 品 煤 2 3 8万 t 原 煤 为 3 5 7 万 t 。 全 矿两井 各 2 个 司采面 ， 采 高 1 ． 6 1 ～ 1 ． 8 9 m ， 全 员 工 效 4 ． 5 3 t ／ 工 北 极 星 井 日产 商 品煤 3 0 0 0 t ， 采 用井 下 集中制 冷地 面排 热系统 。在一1 0 4 0 m 水平的 1号 、 2号 井筒 之间设 集中制冷 站 ， 于地 面工 广井筒 附近设冷却 水处理站 。井下集 中制冷 站设 3台 WKM2 2 0 0型制 冷机 组 总制冷 量 为 6 ． 5 MW 及高低压换 热器 2台， 于南北 采 区共设置空冷器 2 3台。该 系统 的特 点是 ， 地 面玲却 水处理站 除设冷 却塔 外 ， 为 充分 利 用距工 广附 近约 4 0 0 m 温 度较低 的运 河水 ， 站 内设置平板 式 热交换器 2台 对 排至地 面 的井下循 环 冷却 水进 行冷却 ， 还 构成 了免 除地面脏水进入井下循环的分离系统 。在冬 天的 4个 月内 ， 利 用水 温为 2 ～3 ℃的运河 水 直接泵入平 板式热交换器 ， 制 冷机组不工作 ； 在冬夏之 交 的近 4个 月 内， 有 2台机组 同时 工作 ； 在夏天的近 4个 月 内 3台机 组及冷却 塔均 工作 。井下设有集中控制 系统 制冷 机 维普资讯 1 O 江苏煤炭 1 9 9 2年 第 4期 组系 1 9 8 4年 产品 ， 1号 、 2号机组 的连续运转 时 间分 别 为 3 7 0 6 8 h、 4 6 2 4 2 h， 出水温 度分 别 为 1 ． 9 ℃、 2 ． 5 ～3 ． 3 ℃ ； 集 中控 制台的运 转时 间为 5 3 7 1 6 h ； 运河 水 温 为 1 7 ℃ ， 经平板 式热 交换器后 ， 入 井下 的水 温为 1 1 ． 9 ℃ 。制 冷 费 用为 2 DM／ t 。 1 ． 3 地 面 集 中 制 冷 系 统 的 伊 本 比 伦 I b b e n b i i r e n 煤 矿 该 矿位 于鲁 尔矿 区东北 部 ， 系 列 乌斯 煤 炭公 司 P R Eus s AG 的唯 一煤矿 。 井 田尺 寸 为 1 4 5 k m。 老 中央 井垂深 8 1 8 m； 深 部 北 部 立 井 垂深 1 4 3 6 m， 距 老 井约 3 k m， 设置一对 窄罐 和一个宽罐 ， 作进 风用 ； 老井 两 翼 各设 风井一个 。现 北部 采 区至老井的胶 带 机巷长约 2 5 o 0 m。 煤 厚 o ． 8 6 ～1 ． 8 6 m， 系 6 个刨煤 机综 采面 。矿井特点是 开采深度大、 地 温高 、 矿压大 、 瓦斯大 沼 气含 量 3 7 m。 ／ t 。 1 9 9 1年 产 商 品 煤 2 0 0 ． 1万 t ， 出矸 石 1 7 4 ． 6 万 t { 全 员 工 效 4 ． 2 3 7 t ／ 工 该矿 1 4 5 0 m 深度 的原 始岩 温为 4 5 ℃， 地 温 梯度 为 2 ． 4 4℃／ 1 0 0 m， 1 9 8 0年于 北井工 广 设 置 了 地 面 集 中 制 冷 系 统 ， 制 冷 能 力 为 9 MW ， 后来不断更新改进 。现 制冷站设 4台 制 冷 机 ， 其 制 冷 量 为 1 0 ． 5 1 MW ， 井 下 设 wKw2 6 5 V型空冷 器 2 4台。 5年前经北立井 送 往井 下 的冷水 温度 为 5 ℃， 现 已为 0 ． 5 ℃。 其特 点是 1 对并 筒入 风实行预 冷 ． 当矿 井 地 面温度大 于 l O C时 ， 设 于地面 井筒 附近 的 喷雾式空 冷器就 工作 ， 其通过 风量为 北立 井 入 风量 的 5 0 ， 进 入 喷雾式空 冷器 的风 温为 2 8 ℃ ， 出 风降 为 1 8 ． 5 ℃ ， 经 与其余 5 O 的入 风量混合 后 ， 使井 筒入风温度 约可 降 5 ℃； 冬 季大 气 为 0 ℃以下 时 ， 喷 雾式 空冷 器 就不 工 作 ， 利 用井下排 至地面 的 1 7 ℃循 环水作 为入 风风流预热 的热源 { 2 井下设高低压换热 器 2 2台， 其 中较 小 的 1 0年前 的 8台 ， 较 大 的 新安装 的 1 4台 } 新安 装 的高 低压换热 器使 用 了特制 的小刷对 细管 进行清理 ， 其清 洗是 借助 换 向阀 ， 不 断使管 中水 定时来 回变换 方 向 见图 2 ． 高 压进 出 水 的温 差 由原 未 有 清 图 2热交换 器 自动 清洗 系统 图 洗装置的 K C 4 ℃～1 2 ℃ 减少为 4 ℃ 1 ℃～ 5 ℃ ； 3 输 冷 管 路 采 用双 层 隔 热 管 见 图 3 ， 管 间隔热 系采用 P UR硬质泡 沫填 料 ， 冷 损 小， 井筒内输 冷管路的冷损约 1 ℃／ 1 0 0 0 m； 4 井筒中输水管路 ， 于井底连接处装设了挠 性连 接补偿器和 在 5 rai n内 自动开关控 制的 高 压 阀门 ， 使高 压管 路 正 常 运行得 以保证 ； 5 为保证制 冷机制 出 0 ． 5 ℃的冷水 ， 后 1台 机组是新型 制冷机 。 据介绍 ， 该制玲机的热交 换 器是 用 呈 波 纹形 的板 式 膜状 结 构 ， 水 与 R 。 反 向对流 ， 膜具弹性 ， 不致因受冻而破 裂 ； 6 首次于井下使用的喷雾式空冷器 ， 效果很 好 ； 7 地 面设 置 了集 中监控室 ， 对井 上至井 下高低 压换 热器 间的主要 设备及装置进行控 制 。制冷费用为 3 ． 6 4 DM／ t 。 图 3 双 层隔 热管 路 维普资讯 1 9 9 2年第 4期 江苏煤炭 2 考察 收获及体 会 2 ． 1 德国煤矿根据 矿井气候条件规程 、 矿山 健康 保护 法 ， 以及煤 矿企 业与工 会等 部 门的 协 调确 定 ， 以干 球 温 度 t “一2 8 C、 有 效温 度 t 一2 5 ℃作 为井下每班允许 工作 8 h的限值 ， 以有效温 度 t 3 2 ℃作为禁止 工作 的限值 ， 超过 规定 ， 则将作 业时间相应减少 各 矿为避 免 产量 的损失 和工人 健康 的影响 ， 均设 法通 过 空调 ， 以使井下温度满足于规定要求 。 2 ． 2 德国煤矿矿井 空调 降温已有 3 o多年 的 经验 ， 各矿根据 自己的气温 、 地 质及开拓 系统 等条件 ， 采取 了不 同的空调系统和设备 ， 均 能 困地制宜 ， 各 有特 点 。 2 ． 3 关 于三河尖矿井降温方案 应 温籀 马特制冷 空凋机 械设备制造 公 上接第 3 1页 慢 的弊端 ， 在复垦中应采取相应 的改进措施 1 合理 设计 回流水 由于泥浆 泵复 田是 用水 力挖 土和水力 运土 ， 只有 将这两 个工 序 中的水在 复 田土 地上尽 快排 走 ， 才能使 泥 浆 迅速 沉淀 形成土地 。这就要 求合理设 计回流 水沟 ， 使这 部分水不 仅 能尽快从 复垦 的泥浆 土壤中排走 ， 而 且可以再次利用 2 完善排灌系统 ； 土壤中含水量是 由于 复 田工艺本身带来 的 。复 田后 及时建立健全 排灌系统就 可以较快地排 走泥浆土壤中多余 的水 分 ， 利 于复 田土壤 早 日恢 复生产 和达 到 生产能力 。因此 ， 我们不妨这样认 为 泥浆复 田工 程中 ， 复 田土壤 中的排 水是决 定复 田成 功和效益高低 的关键 。 3 改 良土壤粘粒过高 ； 土壤 粘粒含量过 高是土壤水分特性差 的原 因之 一 。这一不利 因素的产生 是 由于将底 层土翻 上来 的缘故 ， 若能采取 下列措施 ， 将可起到改 良作用 。 ① 剥离 并 回填 表土 将待 复 田区域 的表 土 剥离 3 0 c m 堆存 起来 ， 当泥 浆复 田后 ， 再将 剥 离的表土回填到泥浆上 。这～措施不仅能 司 W END E ＆ M AL TE R GM B H 的 要 求 ， 我方向德 方介绍 了三河 尖矿的 气象条 件、 气 温状况 与开采 布 置， 德方据此 提 出了矿井 降 温意见和方案。该方案与我方原有降温方案 相 比； 1 都是采用分 区集中系统 ； 2 西翼制 冷站 的 位置 ， 两 者 均相 同 ； 东翼 制冷 站 的位 置 德方 认为 ， 东翼 一5 3 0 m 以上 采 5 ～7年 ， 可将该制 冷站设 于上 山上部 ～4 0 0 m 回风水 平 附近 ， 待 开 采一 5 3 0 m 以下时 ， 制 冷站再往 下 移 ； 3 关 于制冷 量 ， 德 方计算 的 比我方设 计 的约多 2 0 ； 4 关于冷 凝热 的排放 ， 我方 设计 系利用制 冷站 附近 的 回风道进行 喷雾排 热 ， 并设喷淋硐室 德方原 建议于南风井井晓 附近设置 再冷 装置 后经我 方补 充提 出 以喷 淋硐室排 放冷 凝热的 办法为 好之后 ， 德方对 此 认 为 也 可行 。 改 良土质 ， 还可填加养分 ， 国外的复垦工作往 往要 求这 一措施 ； ② 泥浆添 加煤废 渣 煤矸石 和粉煤 灰均 是煤废 渣 ， 含粘粒少 ， 若 与泥浆混合也将能增 加土 壤 中砂 粒成分 ， 同时也可增 加一定 的营 养成分 5 结论 1 泥浆复 田土壤 主要 是 由探部 B层土 构 成 。粘粒 含量 高 ， 无分层现象 ． 基 本属于生 土 ， 需进行改 良措施 。 2 泥浆复 田土壤含水量很高 ， 约为农业 土壤 的 1 ． 5 ～2 ． 5倍 ， 以致 土壤 透气性 差 ， 养 分释 放及 微生物活动受阻 。 3 泥浆 复 田土 壤的 八渗 规律 与农业 土 壤 相似 ， 均可用 I a t 公式表 示 ， 但其八渗 很慢 ， 仅 为农 田的 1 ／ 2 ． 7和 1 ／ 5 ． 8 ， 加剧了土 壤和养分的流失 。 4 泥浆 复 田土 壤水分 特性 差 是泥浆泵 复 田方法 本 身造成 的 ， 应采 取诸 如设 计合理 的 回流 水沟 、 建立 健全排 灌系统 以及 回填表 土和加入煤废渣等改 良措施 。 维普资讯