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2 0 0 8年第 1 期 能 源 技 术 与 管 理 1 5 矿井降温措施综述 王成 ． 杨胜强 中国矿 业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验 室， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 [ 摘 要] 国内外矿井降温措施分非人工制冷降温措施和人工制冷降温措施两大类。对每种降 温措 施 做 了较 为 详 细的描 述 ， 论述 了非人 工 制 冷 降 温措 施 的局 限性 重 点 论述 了冰 冷却空调降温， 包括其原理 、 优 势等 ， 以及冰冷却空调降温的冰的制备、 冰的输送和 冰 的溶 解三 个 重要 过程 [ 关键词] 矿井； 降温措施 ； 研 究综述 [ 中图分类号]T D7 2 7 ． 2[ 文献标识码]B [ 文章编号] 1 6 7 2 - 9 9 4 3 2 】 8 0 1 0 1 5 3 1 问题提 出 随着 矿井采 深 的增加 和采 掘机 械 化程度 的 不 断提高，深井高温热害已经成为制约煤矿安全开 采的重大问题之一 ，专家认为未来矿山的极限开 采深度将取决 于矿 井降温技术和装备 的发展 水 平。我 国煤矿大约以每年 1 5 m左右的速度 向下 延伸 ， 近年来我 国高温矿井的数 目日益增多 ， 热害 程度 日趋严重。 据不完全统计 ， 目前我 国国有重点 煤 矿采 深 大 于 7 0 0 m 的矿 井 有 5 0多处 ，最 深 矿 井已超过1 0 0 0 m，已有 8 0多对矿井出现了不 同 程度的热害 ， 其 中有 3 8对矿井采掘工作面的气温 超过 3 0℃。因此 ， 调节和改善矿井气候条件已经 成为我国煤矿安全生产中的一个重要课题。 2 矿井降温措施_ l 5 ] 归纳起来 ，目前国内外矿井降温措施分非人 工制冷降温措施和人工制冷降温措施两方面。 2． 1 非 人 工制冷 降温 措施 2 ． 1 ． 1 增加 风量 矿井降温可以借助增加风量来实现。随着流 过巷道风量的增加，从岩体放出的热量分散到更 大体积的空气里 ． 从而使风流的温度降低 。 风速的增加会使空气的总吸热量增加，形成 巷道围岩冷却带 ，为进一步降低围岩的放热强度 创造条件。受进风温度和围岩温度等因素的影 响 其降温幅度是有限的，当围岩温度达到一定高度 时， 增加风量将不起作用。并且， 增加风量时应注 意风速不应超过 煤矿安全规程的最高允许风 速 。 2 ． 1 ． 2 采用下行通风 将上行风改为下行风 ．有利于改善工作面的 气候条件 。 这是因为下行通风时， 运输机布置在回 风道 ， 煤岩在运输过程中放出的热量 、 水蒸气及运 输机 电设备的放热不再返回工作面，从而改善工 作面人风流的空气状态； 其次 ， 新鲜风流从围岩温 度较 低 的上部 水平 进入 采 区 ，风 流从 围岩 获得 的 热 量较少 。 平顶 山一 矿丁 十采 区 1 1 0 3工作 面改 用 下行风后 ， 气温由 3 1 o c 降到 2 6℃。 根据国内外试 验表明， 同上行通风相 比， 下行风一般可使工作面 人 口气温降低 3℃， 工作面出口处气温降低 1 o c 。 下行通风方式不利于工作面内的瓦斯管理及 火灾时期的灾变处理 ； 另外 ， 运输机电设备都处在 回风流中， 给生产带来 了不安全因素。因此 ， 采用 下行通风时， 必须采用相应的安全措施 ， 有一定的 局 限性 2 ． 1 - 3 减少各种热源放热 1 减少氧化放热 。 在矿井热平衡中，氧化放热和局部热源放热 占很 大 比例 。 最 大 限度减 少巷 道 中的煤尘 含量 ， 实 行坑木代用 ，缩短从工作面到地面的运煤时间以 及采 用专 门的材 料涂抹巷壁可 以降低其氧化放 热。 当煤岩的运输量很大时 ， 由被运矿物释热而引 起的风流焓增可能占总焓增 的 1 0 ％， 再考虑到电 机车本身的放热， 该焓增可达 1 5 ％一 1 7 ％。 因此， 把 运输设备移 到回风水平 ，这是减少煤的氧化和在 井下运输煤 时放热的重要措施 。如果矿井的开拓 条件不允许 ， 应设法加快煤炭的运输， 减少待运量 等方 法 。 2 排除机械放热。 通常 固定设备f 如主排水泵 、 绞车等 是布置 在用新风流通风的专用房间中。一般流经这些房 维普资讯 1 6 王 成等矿井降温措施综述 2 0 0 8年第 1 期 问 被加 热 的空 气均 进 入流 向 丁作 面 的主 风流 ， 导致井 下空 气加 热 如果这些 叫风 排至 总同风 流 巾 ， 便 可减 少 由于机 械放热 引起 的风 流加热 。 3 防止放 湿 。 风流的焓增高 ， 会导致其冷却效果的减弱。 防 止巷道滴水和利用与风流隔绝的排水沟是防止井 下卒气 受湿 的最普通 方法 4 防止 压风管 道的加 热 。 从 风机送 到 敷设于井 简管道 中 的压 风通 常 温度达 7 0 q C ～ 8 0 q C ， 也能使风流升温。因此 ， 冷却 乐 风机排 ⋯ 的 风 ，或把H 风管道 布置存 回风井 筒和 I I I I 风 水平 的巷道 中 ， 能减 少这种 温升 。 2 ． 2人 工制冷 降温 非人T制冷降温仪能用于热害不太严重 的矿 井或作为人T制冷降温的辅助措施。在矿井深部 开采或地处热带及氧化放热较严重的浅部开采的 矿井， 采用人 T制冷降温 制冷降温1 是必不可少 的 。 矿井空 涮虽然已有 8 0余年 的历史， 仅在近 3 0年才得到较为广泛的应用 1 9 2 0年在巴西的莫 劳 约理赫金矿建立 了世界上第一个矿井空调系 统 ， 在地面建立l r 集中制冷站。 英国是世界上最早 存 井下 实施 窄调技 术 的 国家 ， 1 9 2 3年英 囝 的彭德 尔顿煤矿第一个存采区安设制冷机 ．冷却采面风 流。 德周于 1 9 2 4年在拉德博德 R a d l o d 煤矿 的地 面安设 一 台冷 冻机 ， 1 9 5 3年 在 洛伯 尔格矿 井 下安 装 大 型J x l 流 冷 却设 备 。巴两 莫 罗维 罗 Mo r r o V e l n o 矿和南非的鲁滨逊深井于 2 0世纪 3 0年代 采用集巾冷却井筒入风流的方法降温 ， 6 0年代南 仆便 开 始了大 型矿井 集 中式 窄调 降温 ， 7 0年 代苏 联 、 日本等 同矿井开始应用制冷降温。 我 罔 1 9 6 4 ～ 1 9 7 5年 在 淮 南 九龙 岗使 用 第 一 个矿井局部制冷降温系统 ， 1 9 8 1 ～ 1 9 8 5年 在新汶 矿务局孙村煤矿建立了我同第一个井下集中降温 系 统， 制 冷站 制 冷 能 力 为 2 3 2 6 k W ． 选 用 重 庆 通 用 机器 厂生 产 的 I I J B F 一 5 0 0型离 心式 制 冷机 f 制 冷量为 5 8 1 k W 1 9 8 6年 ， “ 平顶山八矿矿井降温 技术研 究 ”被列 为 国家第 七个 五年计 划的科 技攻 关项 目，该矿 建立 了我 围第 二 个井下 集 中降 温系 统， 制冷站制冷能力 4 6 5 2 k W。 采用 I I I J B F 一 1 0 0 x 0型离心式 带 Ij 冷机 制冷量为 1 1 6 3 k W 。 2 ． 2 1 冷水机 组制 冷降温 矿井降温技术可分为 井下集中式 、 地面集中 式、 井下地面联合集中式、 分散式。 德国实践表明 负荷小 于 2 MW 的矿井 ， 以采用 分散式 为优 ； 负荷 大于 2 MW 的矿 井 ， 采』 f J 集 中式 ； 我 国淮南谢桥 矿 降温方案的经济技术比较也表明。地面集中式系 统的总费用是最小的井下集中式系统的致命弱点 是冷凝热排放 难 ；地面集中式和井上下联合集 中式系统必须使用高低 转换设备 ，此设备在冷 冻水转换 过程 中会产 生 3 q C ～ 4 q C 的温升 。 针对井下系统的冷凝热排放和地面系统高低 压转换的温升问题 ，各国研究机构都在进行不懈 努 力 。 井 下 系统 的冷凝 热排 放 ． 经历 了井下 回风流 排热 、井下回风流加喷淋水到利用地面制冷机组 的冷冻水排热的过程。 地面系统的高低压转换器 ． 则经历了储水池 、 降压 、 高低压换热器到高低压 转换器 ，其转变的过程实际上是尽可能地消除高 低 压转换 器 温升的过程 。国外 研制 的一种 新型水 能回收高低压转换器 ， 其温度跃升可从 4。 【 ～ 6。 【 降低到 0 ． 2。 【 2 ． 2 ． 2空气压缩式制冷降温 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 ； 1 9 8 9年南非一金矿建成了压缩空气制冷系统。由 于空气压缩式制冷系统装置庞大，投资和年运行 费用高。 因此， 全矿井采用空气压缩式制冷系统降 温 的矿井 少 。 冰冷却 系统 的主要原理是利用冰的溶解热 ， 通过冰的溶解把水冷却到 0。 【 ，然后把冷却水送 到各 个 _丁作面 ， 系统 由冰的制备 、 冰 的输送 和冰 的 溶解 三个部 分组 成 。 冰冷 却系统简 图如 图 1 所示 。 1 冰的制 备 。 制 冰设 备安 装在地 面 ．制 Ⅲ 的冰经破碎 后输 送到 井下 的溶冰 室 中溶 解 。 2 冰的输送 。 制冰机制的冰， 通过旋转阀粉碎成块后， 进入 空气 动 力管道输 送到井 下溶 冰室 的冰床上 。输冰 系统 简 图如 图 2所 示 实验表 明 ，通 过空气 动力管 道连续 向井 下输 送 冰不产生 高压 ； 冰通过 沿竖井 敷设 的管道 后 ， 不 需要任何动力。 3 冰 的溶 解 。 溶冰装置设置在井下。 其结构可分为三部分 ， 如图 3所示。 冰块堆放在溶冰室的冰床上 ， 工作面 回水从上部喷淋下来， 经过冰层后 ， 流人下部冷水 维普资讯 2 0 0 8年第 1 期 能 源 技 术 与 管 理 1 7 图 1 冰冷却系统简图 池 。冷 水池 内的水 温度接 近 0 c I 送往 工作 面作 为冷却用水。而回水 的一部分可以作为井下辅助 用水 ， 另一部 分作 为循 环水 重新 返 回溶 冰室 。 空气动 力 竖 井 图 2输冰 系统简图 回水进水管 厂■二二 图 3溶 冰 装 置 结 构 图 向井下空调系统输送同样的冷量时 ，冰的质 量 流量 约 为水 的 1 ／ 4 1 ／ 5 。 因此 需要 排往 地 面的水 量与水冷系统 比较可以大大减少 ，相应的排水管 路 、 设备都可减少。冰冷却 系统， 在井下没有制冷 设备 ， 与水冷系统 比较 ， 具有工艺简单 、 操作与维 修简便的优点。 南非某研究机构的研究表明，矿井开采深度 越深 ， 冰 冷却 降温 系统 的经济 效益 越 明显 。 冰冷却 降温系统将成为很有前途的深井降温技术之一 。 3总结与展望 我国是世界上第一产煤大国，也是高温热害 矿井最多的国家。 随着我国矿井的开采深度增大 ， 高温矿井的热害问题会 日渐突出 ； 非人工制冷 降温措施 由于其降温幅度有限 ，并且受进风温度 和围岩温度等多种因素的影响 ， 应用受限制。 冰冷 却空调系统技术上具有诸 多的优势 和可行性 ， 经 济上合理会成为冰冷却矿井空调系统的进一步发 展和广阔的应用前景。 [ 参 考 文 献] [ 1 ]刘忠宝， 王浚， 张书学． 高温矿井降温空调的概况及进 展[ J ] ． 真空与低温 ， 2 0 0 2， 3 1 3 0 1 3 3 ． [ 2 ]王景 刚， 乔华， 冯如彬 ． 深 井降 温冰冷却 系统 的应用 [ J ] ． 暖通 空调 ， 2 0 0 0， W 7 6 - 7 7 ． [ 3 ]王景 刚， 乔华， 冯如彬， 张红梅． 深井 降温的技术经济 分析 [ J ] ． 河北建筑科技学院学报 ， 2 0 0 0， 1 2 3 2 6 ． [ 4 ]瓦斯 通风防灭火 安全研究所 ． 矿 井降温技 术的 5 0年 历程 [ J ] ． 煤 矿安全 ， 2 0 0 3 ， 增刊 2 8 3 2 ． [ 5 ]胡春胜． 矿井 空调现状 及评 述 [ J ] ． 煤矿设 计 ， 1 9 9 1 ， 5 3 439 ． [ 作者简介 ] 王成 1 9 8 2 一 ， 男 ， 湖北黄 冈人 ， 中国矿业大学在读硕 士研究 生， 主要从事矿井通风与瓦斯防治方 面的研究。 『 收 稿 日期 2 0 0 7 0 7 2 6 ] 维普资讯