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国内外矿井降温技术的现状分析 顾宁忠 淄 博矿业集团 有限 责任公司 唐口 煤业 公司 摘要 矿井降温技术时早就兴起 的项 目， 但是 降温技术也是在逐步完善 中的， 本文介绍了各种矿井降温技术以及分析了优缺点， 为技术人员做一个 参考。 关键词 降温制冷技术应用 0 引言 防治矿井热害技术自2 0世纪 2 0年代即已兴起，至今已有8 0 余年的历史； 但是， 迅速发展并广泛应用是在 2 0世纪 7 O年代以后。 我国开展降温技术研究也近 5 0年， 目前国内外矿井降温技术， 可分 为非机械制冷降温技术 ， 机械制冷降温技术， 机械制冰降温技术和 空气压缩式制冷技术。 1非机械制冷降温技术 从矿井开拓部署到工作面生产的每个环节都可能对矿井风流的 温度产生或多或少的影响， 归纳起来可分为如下几个方面 ①矿井开 拓部署和采区巷道布置 ②采矿方法及顶板管理方式； ⑧增加通风量。 前苏联乌克兰科学院院士谢尔班 A H，日本工学博士平松良雄和前西 德埃森矿山研究院的福斯教授提出的矿内风流温度预测模型， 能够比 较明显地体现增加巷道通风量， 巷道风温下降的趋势， 从理论上证明 了增加风量具有降温作用。 大量的现场实验也说明增加风量具有较好 的降温作用， 最经济的通风量为巷道长度的0 ． 5 6 0 ． 8 4倍。兖矿集团 东滩煤矿研究表明原岩温度每增加 1 ℃，工作面气温约增加 O ． 5～ 0 ． 6 C” “ 当生产水平岩温 为 3 4 ． 8 ℃时，风量在 1 0 0 0 ～1 4 0 0 m3 ， mi n 降温效果较为明显，当综采工作面的风量增加到 1 6 0 0 m3 ， mln后， 可 计算出采煤工作面的风温仍在 3 O ℃左右” ； 再增加风量也不会使工作 面风温降到我国 煤矿安全规程 规定的2 6 ℃； 2机械制冷降温技术 从 2 0世纪 7 O年代 ， 人TN冷降温技术开始迅速发展， 使用越 来越广泛、 越来越成熟。德国、 南非、 印度、 波兰、 俄罗斯和澳大利亚 等国家多采用该项技术， 该种降温技术已经成为矿井降温的主要手 段。包括 蒸气压缩式循环制冷空调， 主要是以氟里昂和氨为制冷剂 的冷水机组， 主要是制取冷水 ； 以热电站为热源的溴化锂制冷、 串联 压缩式制冷机组或氨吸收式制冷机组制取冷水； 第 2类 空气制冷 空调 ， 又有涡轮式空气制冷、 变容式空气制冷、 涡流管式空气制冷和 压气引射器制冷等形式； 第 3类 冰冷却空调系统 2 ． 1机械制取冷水降温空调 矿井机械制冷降温空调系统由制 冷机、 空冷器、 冷媒管道、 高低压换热器、 水泵及冷却塔组成。分为制 冷、 排热、 输冷、 散冷四大系统组成， 目前国外的绝大部分矿井空调 属于此类。机械制取冷水空调 蒸气压缩式循环制冷空调、 热电站为 热源的吸收式制冷机组 利甩制冷机制备的冷冻水作为供冷媒质 ， 通过空冷器冷却风流 ， 从而向采掘工作面供冷 ， 这两种空调系统根 据制冷站的安装位置、 冷却矿内风流的地点、 载冷剂的循环方式等， 可分为井下集中空调系统、 地面集中空调 系统、 井上下联合空调系 统和井下分散局部空调系统四类。矿井降温技术主要有 井下集中 式、 地面集中式、 井下地面联合集中式、 分散式。德国和我国实践表 明 负荷小于 2 MW 的矿井， 以采用分散式最优； 负荷大于 2 MW 的 矿井， 才采用集中式； 集中式的 3种型式， 又以井上、 下联合集中系 统投资费用较高， 地面集中式和井下集中式系统基本相同。井下集 中式系统的致命弱点是冷凝热排放困难； 地面集中式和井上下联合 集中式系统必须使用高低压转换设备， 此设备在冷冻水转换过程中 会产生 3 4 ℃的温度跃升。 2 ． 1 ． 1蒸气压缩式循环制冷空调 矿井降温的技术装备主要有矿 用制冷、 空调设备， 矿用空气冷却器， 矿用供冷管道的保冷技术以及矿 用水冷却装置等。 我国已建的空调系统的装备和材料如表 2 - 2 ～2 _7所 示。 ①矿用制冷机 目前国内外使用的矿用制冷机主要有四类 活塞式 往复式 、 螺杆式 回转式 、 离心式和吸收式。往复式制冷量较小。 一 般用作矿用移动式冷水机组， 如 L F J 一 1 6 0矿用移动式冷风机组。 在大 制冷量的情况下， 多采用离心式、 螺杆式制冷机组。②矿用空冷器 矿 用空冷器主要分为两大类 表面式空冷器和直接接触式空冷器 也称 喷淋式空冷器 。 表面式空冷器由于结构紧凑、 体积小、 不污染井下工作 环境、 适应性强等优点而倍受青睐。表面式空冷器为了提高其换热效 率， 在肋管上增设翅片以增加换热面积。这种翅片式空冷器由于矿井 井下条件恶劣、 粉尘浓度高， 使其很难发挥应有的效率。因此， 德国等 一 些国家又改用传热效率低的光管式空冷器，以适应井下恶劣环境 我国、 南非等一些国家仍以翅片式空冷器为主， 而致力于空冷器清洗 装置的研制。 ⑧国内应用现状 新汶矿区的孙村煤矿、 河南的平顶山矿 区、 安徽的淮南矿区等地方也都使用的效果较好。但是根据我国目前 矿井空调使用的整体情况来看， 主要存在如下问题 a制冷系统可靠性 低、 降温效果差， 冷损高达 4 5 ％以上， 系统复杂， 维护困难、 投入大、 运 营成本高； b 矿用空冷器规格种类比较少， 未形成系列产品。肋片冲压 成型和胀管机械设备与技术水平还不高 空冷器的制造材料质量还不 能完全过关； 传热系数和换热效率比较低， 防尘和清洗问题也一直没 有彻底解决。 其配套装置包括安全保护和白控装置的研制和开发几乎 一 片空白。C 井下高温、 高湿、 高尘、 受限空间的四大特点， 对制冷系统 的制冷剂循环、 冷却水循环、 冷冻水循环等的影响， 认识不充分； d井 下系统的冷凝 热排放问题和地面系统高低压转换的温度跃升问题一 直没有很好的解决； e冷冻水循环水量大调节困难问题、管道的冷损 较大 f 没有形成系统性的产品， 缺乏实用性。 2 ． 1 I 2热电站为热源的吸收式冷水机组 矿井降温冷源与煤矿 热电站联产。采用大电网电力即外购电制冷的矿井空调系统， 不仅 本身电耗大， 费用高， 且加重矿区电力紧张、 电费昂贵的局面 ， 由此 引起的煤炭成本升高将导致煤矿经济效益下降。热电站， 除满足煤 矿所需的热电能量外，可以配置以热电站为热源的吸收式制冷机， 生产高温矿井和地面建筑所需的冷量 ，将大大提高煤矿的经济效 益， 且能改善矿区环境。用吸收式冷水机组制取冷水进行降温在 日 本 池岛矿 、 德国等有应用。 2 ． 2 空气压缩式制冷技术 1 9 7 3年煤科院抚顺 分院研 制了 Y P 一1 0 0型矿用环缝式压力引射器、涡流管制冷器 1 9 9 3年平顶山 矿务局和原中国航空工业总公司 6 0 9研究所联合研制了 K K L 1 0 1 型矿用无氟空气制冷机 该机组在平煤五矿进行了应用。1 9 8 9年南 非一金矿建成 了压缩空气制冷系统。 2 ． 3冰冷却空调系统 冰冷却降温系统与水冷却降温系统不同 之处 ①冰冷却降温系统主要是利用冰的融化潜热降温， 获得相同 冷量所需的冰量仅为水冷系统水量的 1 ／ 4～1 ／ 5； ②冰冷却系统是通 过冰与水直接接触换热， 换热效率高， 可获得 1 ℃左右的低温冷水， 送入空冷器的水量相应减少， 减少了水泵的输送能耗。南非某矿山 研究机构的试验研究表明， 井下热负荷为 2 5 MW 的矿井降温系统， 采用冰冷却降温系统， 水泵的输送能耗仅为水冷系统的2 1 ％左右。 ③冰冷却降温系统由制冰、 输冰和融冰 3个环节组成。冰的融化也 是冰冷却系统中一个非常重要的环节 ， 它关系到能否获得稳定的低 温水和稳定的水流量。南非 S h e e r T J等人通过融冰试验， 提出了融 冰槽的结构型式； 美国 S t e wa r t 等人应用有限差分法对定量冰的融 化特性进行了静态研究； 一般认为连续输冰条件下， 当进水温度不 变时融冰槽的出水温度与冰层高度、 冰粒大小、 水流量等因素的关 系， 发现其中冰层高度、 冰粒直径是影响出水温度的主要因素， 并得 出 当冰层高度在 1 0 0 0 mm时， 出水温度可接近0 C。 国外应用 南非 H a r mo n y金矿在 1 9 8 6年第一个采用冰冷却系 统进行矿井降温。 1 9 9