浅谈唐口煤矿降温技术.pdf

煤 矿 安 全 2 0 0 7 0 6 6 3 浅谈唐 口煤矿降温技术 黄 书翔 ， 孙京凯 ， 陈金 玉 1 ． 淄博矿业集团公司 唐 口煤矿， 山东 济宁2 7 2 0 6 1 ； 2 ． 煤炭科学研究总院 北京安全技术研究所， 北京 1 0 0 0 1 3 摘要 通过井下实测矿井热环境参数和矿井煤岩地温， 分析 了 矿井地热灾害有原因。介绍了唐 口煤矿矿井降温系统配备及其运行情况。并对矿 井降温 系统 降温效果进行 了考察分析 ， 认为整 个矿井降温系统运转平稳 ， 矿井降温 系统对采掘工作面降温效果明显。 关键词 矿井降温； 地温 ； 降温 系统 中图分类号 T D 7 2 4 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 4 9 6 X 2 0 0 7 0 6 0 0 6 3 0 3 唐口煤矿是淄博矿业集团在济北煤田投资新建 的一座现代化大 型矿 井。设计 年产量 为 3 0 0万 t 。 经过几年的施工 建设 ， 井下 已形成 1 3 0 1和 2 3 O 1两 个采煤工作面 ， 1 O个掘进工作面正在施工。矿井现 第一开采水平在 一1 0 0 0 m左右 ， 井下热害问题极为 突出， 采煤工作面、 掘进工作 面夏季温度达 3 23 4 ，热害严重危及职工的身体健康和矿井 的安全生 产。为从根本上改善井下职工的作业环境和条件， 唐 口煤矿从 国外 引进制冷压缩机 、 冷水机组 、 wA T 空冷器等设备， 施工了矿井冰水降温工程， 整套降温 系统投入运行后， 井下温度降低 3 5℃， 极大地改 善了职工 的现场作业环境 。 1 矿井热环境参数测定 为了确切知道唐 口煤矿井下热环境的现状及温 度分布情况 ， 2 0 0 5年我们对唐 口煤矿采掘工作 面的 热害进行了测定 ， 其 中西部 回风巷迎头各时间点的 气象参数实测如表 1 ， 北 部辅助 回风巷迎头各 时间 点的气象参数实测如表 2 。 表 1 西部回风巷迎头各时间点的气象参数 采掘工作面气象参数实测表明 1 煤巷的热害程度要高于岩巷。煤巷掘进工 作面每个独头巷道只配备 1 台局部通风机时 ， 煤巷 表 2 北部辅助回风巷迎头各时间点的气象参数 内的风温高达接近3 1 o C， 岩巷掘进工作面独头巷道 内的风温达到 2 7 ； 7 、 8月份 ， 虽 1 3 0 1和 2 3 0 1已形 成工作 面和独立的通风系统 ， 但巷道 内平均风温仍 高达3 2 ． 6 o C， 个别地点接近 3 4 ， 此时， 岩巷内的 风温亦达到或超过 3 2 。 2 1 3 0 1回采 工作 面的风温要 高于 2 3 0 1面。 4 、 5月份 ， 1 3 0 1工作面巷道 内的风温要高于 2 3 0 1工 作面 3 左右 ； 7 、 8月份高于其 I C左右。 3 岩巷的热害现象不容忽视。虽煤巷 的热害 程度要高于岩巷 ， 但 目前井下同时作业 的岩巷数 目 要远大于煤巷 ， 大部分岩巷处于独头掘进作业时期 ， 巷道内供风量小 ， 风温高 ， 人 的不舒适感较强。 4 煤巷独头掘进时期是预防热害事故的重 中 之重。在 回采工作面未形成独立的通风系统前 ， 煤 巷内的风量很小， 但风温很高， 很容易发生中暑等热 害事故。 5 人体 的热舒适 度指标 WB G T已接近极 限 值。由于 WB G T的极限值是 3 1 ， 所以， 在 4 、 5月 份 ， 井下掘进工作面 的 WB G T均接近 3 1 ， 而 7 、 8 月份则超过该值。矿工在极其恶劣的热环境下进行 作业。这通过矿工的肺活量测试计算 出的劳动强度 维普资讯 6 4 煤 矿 安 全 T 0 ta l 3 9 1 指数也可以看出。 6 井下空气 的相对湿度非常大。各月份相对 湿度都很大， 这对通过提高风量来达到降温效果带 来了难题 ， 因为 ， 风量再大， 如果湿度很高 ， 人体的汗 液就不易蒸发 ， 人就会觉得非常不适。 2 矿井地温测定 为了准确确定矿井原始岩温 ， 选取矿井不同采 掘地点对矿井原始岩温进行了测定。 1 西部辅助运输巷与南大巷交叉 口 岩巷 。 巷道开掘 时间 2 0 0 4年 3月下 旬， 钻 孔标高 一9 9 0 m， 钻孔离巷道底板高度 1 ． 7 5 m； 钻孔深度 4 m。钻 孔所在位置 热环境参 数 壁温 3 O ． 7 q C、 干球 温度 3 0 ． 1 q C、 湿球温度 2 9 ． 6 q C 、 辐射温度 3 0 ． 6 q C、 相对 湿度 9 4 ． 6 ％、 综合热舒适指标 2 9 ． 9 q C。地温随钻孔 深度增加的规律如表 3所示。 表 3 地温测定表 深度／ m 1 2 2 ． 5 3 3 ． 5 4 地温／ ℃ 3 0 ． 1 3 0 ． 2 3 0 ． 3 3 0 ． 5 3 0 ． 6 3 0 ． 7 2 南部辅助运输大巷迎头 岩巷 。巷道开掘 时间 2 0 0 5年 8月 2日， 钻孔标高为 一1 0 0 0 m， 钻孔 离巷道底板高度 1 ． 7 m； 钻孔深度4 m。钻孔所在位 置热环境参数 壁温 为 3 3 ． 4 q C 、 干球 温度 为 3 2 ． 2 q C 、 湿球温度为 3 1 ． 9 q C、 辐射温度 3 1 ． 1 q C、 相对湿 度为 9 5 ． 5 ％ 、 综合热舒适指标 3 1 ． 7 q C 。地温随钻孔 深度增加的规律如表 4所示。 表 4 地温测定表 3 西部胶带运输巷迎头 煤巷 。巷道开掘时 间 2 0 0 5年 8月 1 1日， 钻孔标高 一9 5 0 m， 炮 眼深度 2 m， 炮眼所在位置热环境参数 壁温 3 3 ． 3 q C、 干球 温度 3 1 ． 6 q C、 湿球温度 3 1 ． 3 q C 、 辐射温度 3 1 ． 0 q C、 相对湿度 9 6 ． 5 ％、 综合热舒适指标 3 1 ． 3 q C。炮 眼温 度为 3 5 ． 4 q C。 由上测试结 果可以看出， 地温变化较 大， 在 3 O ～ 3 7 q C 之间 ， 考虑到西部辅助运输巷与南大巷交叉 口开拓时间已经有一定时间， 已经形成调热圈， 故在 一 1 0 0 0 m水平 ， 原始岩温确定在 3 7 q C。这 和地质 勘探时的地温基本一致 。 3 矿井降温系统 3 ． 1 矿井降温 系统配备情况 唐 口煤矿降温系统主要由地面制冷车间、 主输 冷管路、 主井井底供水泵房、 各采掘工作面分支管路 及空冷交换器 4部分组成。该系统于 2 0 0 6年 5月 1 日开始施工 ， 7月 1 1日片冰机安全完成并运行 ， 开 始向井下送 冰试运行 。 目前井下已运行 1 6台 3种 类型的空冷交换器向 2个工作面、 1 O个掘进工作 面 输送冷风， 各使用地点比以往降温 3～ 5 q C， 最低温 度降到了2 5 q C ， 井下施工作业环境得到了明显改 善。 1 地面制冷车间主要 由美 国约克公 司生产的 5台 4 5 0 k W 的 R WF 3 1 6 E型制冷机及 3台预冷机 ， 新雪公司生产 的 1 5台 X 6 0 T型片冰机 ， 2台风送 装 置 ， 2台送冰装置 ， 1 套集控装置 ； 军工生产的 K Y G G 型高低配 电装置组成。 2 在主井井筒安装 直径为 3 2 5 m m主输冰管 路 1 0 3 0 m， 在主回风大巷安装 q b 2 7 3 m m主输冰管 路 1 8 0 0 m， 以满足供水供冰的要求。 3 主井井底供水泵房主要 由 2台 MD 1 8 68 4 4 ／ 2 6 0 k W 冷水泵及相应的启动配电装置组成。 4 目前矿井 有 1 O个掘进工作 面和 2个采煤 工作面安装了空冷交换器 ， 其 中 1 3 0 1 采煤工作 面安 装了 1台德 国 WA T公 司生产 的 R WK 1 3 5 0空 冷交 换器 ， 4台 S P K 5 0小 型空 冷交换器 ； 2 3 0 1采煤 工作 面安装 了 1台德 国 WA T公司生产 的 R WK 1 3 5 0空 冷交换器 ； 1 O个掘进工作面均安装 了 1台新雪公司 生产的 MK一 3 0 0空冷交换器 ， 并安装相应 的分支管 路约 1 0 0 0 1 3 1 。目前空冷器制冷效果明显 ， 满足现场 降温要求。 3 ． 2 矿 井降温 系统运行情况 因降温系统的运行情况受外界 因素 的影响很 大， 我们根据天气温度变化情况 ， 地面适当调整制冷 压缩机 的运行台数 ， 本着尽量多送冰少送水的原则 ， 既满足现场施工降温要求 ， 又尽量减少能耗； 井下通 过调整阀门的开闭程度来调整空冷器的循环水量， 尽量保证各个使用空冷交换器的地点达到降温要 求。制冰降温系统的运行情况如下。 1 地面制冷车 间。正常运行一 台冷水 机组 ， 供水量 5 0 13 1 ／ h ， 可保证出水温度在 5 q C以下 ； 当井 下需水量增大时， 适当开启第二台冷水机组， 保证在 进水温度 1 8 q C的情况下 ， 出水温度在 5 q C以下 。压 维普资讯 煤 矿 安 全 2 0 0 7 0 6 6 5 缩机的开启数量根据天气温度变化 和井下制冷量的 需求适当调整， 正常情况下运行4～ 5台压缩机， 带 动 1 2 ～ 1 5台片冰机。每台片冰机的制冰量为 2 ． 5 m。 ／h ，同时配套启动相应的风送装置、 送冰装置、 蒸 发器等。 2 主井井底供水泵房。正常运行两台供冷水 泵 ， 循环水量 3 2 0 m ／ h ， 运行 过程 中通过消 防水池 来调整井下工作面的供水量， 从而保证地面往井下 输送的冰量和水量， 满足各工作面的降温需求。 3 井下空冷交换器。正常情况下各采掘工作 面的空冷器均投入运行。每 台循环水 量约 2 5 m ／ h ， 其制冷量可根据工作面需要通过调整循环水量来 实现 ， 循环水量的调整可通过空冷器 的进 出水 阀门 来实现， 便于现场操作， 同时通过以上调整可适当平 衡整个系统因距离远近而产生冷热不均的情况。 4 矿井降温系统降温效果考察 矿井降温系统 自2 0 0 6年 5月 1日开 始安装 ， 6 月下旬所有设备安装就位 ， 6月 3 0日和 7月 l 1日 分别制出冷水和片冷。自7 月中旬矿井降温系统投 入运行 ， 该降温系统 目前井下共安设 3 种型号的空 冷器 1 6台， 其中2 个采煤工作面安设 6台， 1 3 0 1 采 煤工作面安设德 国 WA T公 司生产 的 R WK 1 3 5 0空 冷器 1台、 S P K 5 0空冷器 4台； 2 3 0 1 采煤工作面安 设德国 WA T公司生产的 R WK 1 3 5 0空冷器 1台； 1 0 个掘进工作面分别安设山东新雪公 司生产的 M K一 3 0 0空冷器 1 台。整个矿井降温系统运转平稳。经 过测试， 矿井降温系统对采掘工作面降温效果明显。 8 月 1日一 8 月 1 2日我们对下井各采掘工作面 的降温效果进行了测试， 降温系统投入运行前各采 掘工作面温度一般都在 3 O～3 2 ℃左右 ， 投入运行后 井下各采掘工作地点温度一般降低 3～ 5 C， 最大能 降低 7 ℃左右。井下具体降温效果如下 1 西部回风大巷掘进工作面、 西部胶带大巷 掘进工作面、 2 3 0 3轨顺掘进工作面、 2 3 0 3胶顺掘进 工作面、 2 3 0 2胶顺掘进工作面、 西部轨道大巷掘进 工作面、 南部大巷掘进工作面降温效果最好， 这7个 掘进工作面工作地点空气温度在 2 5～ 2 6 C， 占降温 采掘工作面的 5 8 ． 3 ％。 2 1 3 0 1 采煤工作面、 2 3 0 2轨顺掘进工作面、 北部胶带大巷掘进工作面降温效果较好， 这 3 个采 掘工作面工作地点空气温度在 2 8～ 2 9 c I二 ， 占降温采 掘工作面的 2 5 ％。 3 2 3 0 1 采煤工作面和北部运输大巷掘进工作 面降温效果一般， 这 2个采掘工作面工作地点空气 温度在 2 9～ 3 0 c I二 ， 占降温采掘工作面的 1 6 ． 7 ％。 两处降温效果一般的主要原因是 2 3 0 1 采煤工作面 没有按原设计数量安设空运冷器； 北部运输大巷掘 进工作面供水距离长， 且利用了原有的一段 0 m m长2 0 0 m的管路， 管径偏小。 通过比较该矿井降温系统在降低干球温度的同 时能较大幅度降低空气湿度， 当环境温度达3 2 ℃以 上， 湿度在 9 5 ％以上时， 矿井降温系统运行正常， 各 降温地点空冷器正常工作， 矿井各采掘工作面工作 环境得到明显改善。井下测试证明。矿井降温系统 取得了预期 的效果。 5 结论 1 矿井降温系统地面高低压供电系统、 手动 控制系统及制冷制冰机组运行平稳正常。 2 主井井底水泵运转正常， 井下管网系统运 行正常 ， 能够满足井下 已安装 空冷机的两个采煤工 作面和 1 0个掘进工作面迎头降温要求。 3 采掘工作面已安装的空冷交换器运行正 常， 各采掘工作面温度由降温系统投入运行前的3 0 ～ 3 2 cI 二 左右， 下降至2 5～ 2 7 c I二 ， 井下各采掘工作地 点温度一般降低 3～ 5 c I二 ， 最大能降低 7 c I二 左右。起 到了较好的降温效果， 改善了采掘工作面作业环境 条件。 作者简介 黄书翔 1 9 6 5一 ， 男， 山东淄博人， 1 9 9 1年 1 2 月毕业于山东矿业学院采矿 工程专业， 注册安全工程师， 长 期从事煤矿安全工作， 现任淄博矿业集团公司唐口煤矿安全 监察处处长 。 收稿 日期 2 0 0 61 1 0 8 ； 责任编辑 郭瑞年 维普资讯