几种矿井降温技术的比较.pdf

l 5 2 参 晨 科技 2 0 0 9 年第3 期 几种矿井降温技 术 的比较 张利 ， 陈松 ， 于峰 1 ． 黑龙江煤矿安全监 察局 ， 黑龙江 鸡西1 5 8 1 0 0 ， 2 ． 山东省郓城 煤矿 ， 山东 郓城2 7 4 7 1 8 摘要文章介 绍了 目前 国内运用 的几种煤矿深井降温技术， 从 多方面分析 比较各 种制冷 工艺的优缺 点， 并对矿井 降温技术在实际选择 时进 行 比较。 关键词矿井 降温技 术 比较 中图分类号 文献标识码A S e v e r a l mi l l e c o o l i n g t e c h n o l o g i e s Li ， Ch e n S o n g， Yu F e ng C c ，a l M i n e S a f e t y S u p e r v i s i o n B u r e a u i n H e i l o n g j i a n g ， J i x i ， 1 5 8 1 0 0 ； C o a l m i n e i n S h a n d o n g P r o v i n c e ， Y u e h e n g ， 2 7 4 7 1 8 Ab s t r a c t q l a i s p a p e r d e t a il e d l yi n t r o d u c e s s e v e r a l 出 叩 一t e mp e r a t u r et e c h n i q u e si nu n d e r g r o u n dmi n e s血砒 u s e d a t p r e s e n ti n o u r c o u n t r y，a n a l y s e s a n d c o ln ／ e s th e a d v ant a g e s a n d d i s a d v ant a g e s o f d i ff e n t r e f r i g e r a t i o nt e c h n o l o g yi nma n y r e s p ect s ，a n d c 2 a l e sthe d i ff e n t k i n d s o f d I 一t e mp e r a t u r et mi q u es in p r a c ti c a l e h o i c e ． Ke y wo r d s d r o pt e mp e mt u r e t ec h n i q u es i n mi n e s c o mp a r e 随着 矿井开采 深度 的不 断增加 ， 地 热对井下 作业 的危害也越来 越 大。因此 ， 必 须对井 下高温 环境进 行 降温， 以改善工作面作业环境 ， 保障矿井安全生产。 1 几种矿井 降温技术 目前 ， 国内运用 的矿 井制 冷降温技 术 的基本 原理 *收稿 日期 2 0 0 9 0 3 1 4 作者简介 张利 1 9 7 8一 男 ，大学 文化 ， 毕业 于 山东 科技大 学 ， 工 程 师， 机械制造专业 ， 现煤矿安全监察工作。 如图 1 所示， 系统由制冷、 输冷、 传冷和排热四个 环节组成 。由制 冷站制 出冷源 冰片 或冷水等 ， 经专 用 的输冷管道输送 到采掘 工作 面的空 冷器 ， 同工 作面 的湿 热空气进行热交换 ， 从而 降低工作 面 的环境温度 、 湿度 ， 热交换后的冷却水将冷凝热带 出工作面 如地面 等 。而 四个环节的不同组合 ， 则构成 不同的矿井制冷 降温系统 。按其制 冷站 的不 同布 置方式 来分 ， 可 分为 以下 三种类 型 1 ． 1 地面集 中式制冷 降温系统 表 3 采空区淹 没系数 K 2 硬岩 层， ％ 软岩层， ％ 淹没时间 ， a 枣庄矿 区 枣庄矿区 峰峰矿区 l 3 5 1 9 2 2 2 2 5 l 6 5 1 5 5 7 2 l O 1 0 4 2 突水量估算 方法在甘霖矿 的应 用 2 ． 1浮标法 2 0 0 3年 1 0 月 8日， 一3 0 0 m水平轨道大巷揭露第 三 层石灰岩 以下简称三灰 ， 裂隙发育 ， 多处突水 ， 突水 流入巷道规则的水沟内， 用浮标法迅速测量三灰突水 量为 7 5 m 3 ／ h 。计算过程及结果如下 L6 m， 0． 5 6 4 m， 0． 5 7 0 m， 0． 5 6 8 m； h l 0． 1 9 2 m， h20． 1 9 0 r l l ， h 30． 2 0 4 m，h 4 0． 1 9 2 m， h 50． 1 9 6 m； h 60． 1 93 IT I ， h 70． 2 01 m， h 8 0． 2 0 3 m． h 90． 1 9 8 m t 11 5． 8 8 “ ， t 2 1 6． 2 8 “ ， t 3 1 5． 9 2 “， K 0． 5 将上述数据代入浮标法突水量计算公式， 计算三 灰突水量为 7 5 m 3 ， h 。 2 ． 2容 积 法 1 1 9 9 8 年 9月 2 7日， 北 马头门底板 ， 阳井 中第五 层石灰岩 以下简称五灰 及其顶板粉砂岩发生突水， 水 由下向上淹没阳井部分空问， 用容积法计算结果如下 Q ， 2 z r h l t 9 ． 8 1 m 3 ／ h 式 中井 筒 6 m， h 0 ． 1 7 4 m ， t 0 ． 5 h 。 2 2 0 O 0 年 1 1月， 主井 井底煤 仓 自胶带输送 机 机 头峒室底板 下 1 ． 5 m处 揭露 五灰 ， 五 灰厚 2 ． 7 ～2 ． 9 m。 煤仓 内壁大 、 小突水点共 8 个 ， 突水量 1 ． 0 m 3 ／ h ， 经壁后 注浆 ， 水量降为 0 ． I m 3 ／ h 。 注浆后突水量测量方法为 在煤仓下 口用塑料布 接水， 积蓄一定量后将其倒入容器内用弹簧秤称量， 扣 除容器本身重量， 净水重量除以时间， 即为煤仓内壁五 灰突水量 。 3 结语 突水水量估算方法要依据出水方式、 水量大小及 现场情况灵活变化； 有时采用两种或多种估算方法， 加 以对比。计算要仔细、 认真， 并需进行验算 ， 保证估算 结果准确， 为抢险救灾提供准确技术依据。 2 0 0 9 年 第3 期 互钱晨 舛技 l 5 3 。＼ l 一制冷站 2一岭冻水泵 3 一冷港冻水管 4 一局部通风格 5一空冷器 6一风 筒7 一 冷却水泵8 一冷却水管9 一冷却塔 图1 矿井制冷降温系统结构模式图 这种制冷降温系统将制冷站集中布置在地面， 制 冷站生产出的冷源 冰片或冷水等 经井 筒 中的专用输 冷管道输送 到井下 的融冰 池 或 热交 换器 ， 将一 次 高 压冷冻水转换 成二次 低压冷冻 水 ， 再输 送 到采掘 工作 面， 用空冷器冷却风流 ， 提供冷风， 降低环境温度。系 统制冷后产生的冷凝热由冷却水经冷却塔直接在地面 排放 。其工作原理见图 2 。 1 一压缩机 2一蒸发机 3一冷却塔 4一节流网 5 ． 1 5一水池 6 、 7 、 1 4一水泵 8一冷却塔 9一冷却水 管 1 0一热交换器 I 1 、 1 3 一 冷冻水管 l 2 一高低压 换热器 l 6 一空冷器 图2 地面集 中武制冷降温系统原理 图 1 ． 2 井下集 中式制冷 降温 系统 这种制冷降温系统将制冷站集 中布置在井下， 制 冷原理与地 面集 中式相似 ， 系统制 冷后 产生 的冷凝 热 排放 分地 面和井下 两种 。 1 ． 3 水源热泵式制冷 降温 系统 该降温系统的整个机组均在井下， 制冷原理与上 述两种方式相似， 其冷却水系统用水直接取 自井下的 矿井水 ， 制冷后的高温冷却水通过管道排放到井下主 水仓， 然后由主排水泵排至地面， 实现冷凝热在地面排 放。但制冷机组额定制冷量相对较小。这种制冷系统 多用于煤矿井下局部降温。 几种矿井降温技术分析见表 1 。 2 矿井降温技术在选择 时的比较 1 地面集中式制冷降温系统可以分两期投入， 且 能够较好的解决井筒掘进到底后 ， 巷道开拓时的临时 降温需要。 2 井下集中式制冷降温系统， 其冷却水管路安装 在主井井筒内， 且要在井下开拓大断面的制冷硐室， 需 井简装备完， 矿井基本形成时才能有效投入运行 ； 不能 很好的解决掘进巷道时的临时降温需要。 3 通过综合比较分析， 若考虑井筒掘进到底后， 形成车场、 巷道开拓时 掘进进尺约 5 0 0 m 的临时降温 需要， 建议采用地面集 中式的矿井制冷降温方案。若 不考虑井筒掘进到底后， 形成车场、 巷道开拓时的临时 降温需要， 建议采用井下集中式、 冷凝热地面排放的矿 井制冷降温方案。该方案节能、 制冷效率较高， 但需在 主、 副井简装备完成后， 系统才能投入运行。 表 1 几种矿中制冷降温技术比较 制冷站位置 优点 缺点 及制冷工艺 1 系统 复 杂 ， 装机 总 1 设 备 安装 、 维 护 管理 功 率大， 能耗 高 ； 2 供 方便 ； 2 制 冷机 组 没有 冷管 道长， 系统冷 量损 地 面集 中式 防爆要 求 ； 3 制 冷后 产 耗 大， 制 冷效率低 3 制冰片 生 的冷 凝 热 排 放 方 便 ； 需在 井 筒 中安 装 大 直 4 在 国内多个煤矿 有具 径 的输 冷 管道 及 对 管 道 进行 保 温处 理 ； 4 体应用 的案例 。 井筒 中输 冰管 路存 在 堵塞二次结冰可能 。 1 设 备安 装 、 维护 管理 1 系 统复 杂 ， 装 机 总 方便 ； 2 制 冷 机组 没 有 功率 大， 能耗 高； 2 供 防爆 要求 ； 3 制冷 机组 冷管道长 ， 系统 冷量损 并联连接 ， 安全 运行性能 耗较大 ， 流化 冰生产过 地面集 中式 较高 。 4 流化 冰流动性 程 需 加 盐， 对 输 冷 管 制冰粒 好， 井筒中输送方便， 输 路 、 设备存 在腐 蚀作 送时不会产生堵 塞 、 二次 用 ； 3 需 在 井 筒 中安 结冰 ； 5 流 化 冰载 冷量 装大 直径 的输 冷管 道 大 ， 制 冷效 率 高 ， 冷凝 热 及 对 管道 进行 保 温 处 理 ； 4 地 面 制 冷车 问 排放方便 。 占地面积 大。 1 冷 冻水 在 井 下 循环 ， 1 井下要 开凿大 断面 系统 供冷管道短 ， 冷量损 的硐 室； 2 制 冷设 备 耗小 ， 制冷效 率高 ； 2 系 要有 防爆 、 防 腐 要 求 ； 井下集中式 统简单 ， 装机 容量相 对较 3 井下制 冷机组冷 凝 小； 3 无 高压 冷 冻水 系 器侧要承受 高压 ， 对 设 制冷水 统 ； 4 井筒 中敷设 的冷 备性 能 要 求 高； 4 井 却 水 管路 不需 保 温 ； 5 下部 分 安全 性 相 对 较 冷 凝热 在地 面排放 ； 6 差一些 ； 需化 学水处 理 地 面部分 占地面积很小 。 系统 。 1 井下要开凿 专用 的 硐室 ； 2 制冷 设 备 要 1 冷 冻水 在井 下 循 环 ， 有防爆、 防腐 要求 ； 3 系统供冷管道短 ， 冷量损 机组额定制冷量 较小 ； 耗较 小 ， 制 冷效 率 较 高 ； 4 因冷凝热排 放在矿 水源热泵式 2 系统简 单 3 冷却水 井水仓中 ， 水仓 温度较 制冷水 系统直 接 取 自井 下 的 矿 高 ； 5 矿井 水 井下 处 井水； 4 冷凝热在井下 理作为系统冷却水难 直接 排放 ； 5 机 组 不 占 以满 足大 容 量 制冷 机 用地面空间。 组需求； 6 在煤矿单 位具 体应 用 的 案例 较 少。