井降温空调系统技术的探讨.pdf

总第 1 1 8期 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 2 7 9 8 ． 2 0 0 9 ． 0 8 ． 0 3 4 矿井降温空调 系统技术的探 讨 刘 鹏 潞安矿业集团公司 技术中心， 山西 长治0 4 6 2 0 4 摘要文章对矿井热害的解决办法进行了回顾 ， 介绍了降温空调系统的优缺点以及应用场合， 并初步构 思采用天然冷源 恒温水 及冷水机组联合运行的方式。 关键词t 热害； 矿井降温； 空调系统 中图分类号 T M9 2 5 ． 1 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 5 ． 2 7 9 8 2 0 0 9 0 8 ． 0 0 7 7 ． 0 2 随着煤炭产业 的发展 ， 浅部煤炭开采殆尽 ， 现在 煤炭深井越来越多 ， 煤炭热 害问题 也越来越 严重。 工人在高温环境中作业， 身心受到极大伤害， 频繁出 现中暑、 昏厥、 休克现象 ， 神志恍惚 ， 往往处于昏昏欲 睡状态， 机警能力降低 ， 经常发生低级错误酿成工伤 事故 ， 劳动生产率低 下。虽 然矿井通风可 以为井下 工人提供赖以生存 的氧气 ， 而且可 以冲淡井下有害 气体的浓度 ， 降低井下温度 ， 但提高通风量 ， 压力 随 之二次方增加， 风机功率也随之三次方增加， 因此对 于高温矿井 ， 只靠矿井通风不能有效解决高温热害。 所以， 传统的矿井通风观念与常规的矿井通风方法 已不能彻底解决高温矿井 的热害 J 。 1 矿井空调系统的分类 、 适用情况及优缺点 目前矿井空调 降温系统可分为四类 ， 分别 为机 械制冷水降温空调系统、 冰冷却空调系统、 空气压缩 制冷空调系统 、 天然冷源空调系统 。 1 ． 1 机械制冷水降温矿井空调 系统 这种矿井空调系统， 按制冷站所处 的位置不 同 来分 ， 可以分为以下四种基本类型。 1 集 中式空 调系统。该 系统 的制冷机设 在 井下， 通过管道集中向各工作面供冷水 ， 系统比较简 单 ， 供水冷管道短 ， 没有高低压换热器 ， 仅有冷水循 环管路。但必须在井下开凿大断面硐室 ， 给施工 和 维护带来困难 ， 并且电机和控制设备都需防爆 ， 难度 大、 造价高。这种布置形式只适用 于需冷量不太大 的矿井 。 2 地面集 中式 空调系统。该 系统将制冷 站 设置在地面， 冷凝热也在地面排放 ， 在井下设置高低 压换热器将一次 高压冷冻 水转换成二次低 压冷冻 水 ， 最后在用风地点上用空冷器冷却风流。井下冷 却风流系统， 载冷剂输送管道中的静压很大， 所以必 须在井下增设一个中间换热装置 高低压换热器 。 其中， 高压侧的载冷剂循环管道承压大 ， 易被腐蚀损 坏 ， 且冷损较大。 3 井上 、 下联合 的混合空调系统。这种布置 形式是在地面 、 井下同时设置制冷站 ， 冷凝热在地面 集 中排放。它实际上相 当于两级制冷 ， 井下制冷机 的冷凝热是借助于地面制冷机冷水系统冷却。因井 下最大限度的制冷容量受制于相应的空气和水流的 回流排热能力 ， 所 以通常需要在地表安装 附加 的制 冷机组。 该系统中设备布置分散 ， 冷媒循环管路复杂 ， 操 作管理不便 。但是 它可提高一次载冷剂 回水温度 ， 减少冷损 ； 可利用一次载冷剂将井下制冷机的冷凝 热带到地面排放 ， 这样就决定 了此系统能承担大负 荷 ， 这些是井下集 中式和地面集中式所缺少 的品质。 4 井下分散 局部空调 系统。从一定 意义上 讲 ， 当实际矿井工程中只需要在几个点 ， 并且点与点 相隔较远时 ， 如某几个单独的工作面需要降温 ， 这时 分散局部空调系统是一种高效经济的降温措施。局 部空调系统在我国应用得 比较广泛 ， 在平顶 山矿区 五矿己二采面采用一 台制冷量为 3 0 0 k W 的防爆制 冷机组向 1 52 3 0 7 1采 面供冷 ， 利用井下 回风排放 冷凝热 ， 效果 明显 ， 平均 降温幅度 4℃ ； 四矿戊九采 面空调系统 ， 采 用一 台制冷量 为 5 0 0 k W 的制冷机 组 向戊 九采 区的戊 S一 1 9 1 4 0采 面供冷 ， 很好地满 足 了降温需求 J 。新集一矿 2 1 0 8 0 7工作面降温 ， 都 是采用的此系统形式， 并取得 良好的效果 I 4 ] 。 1 ． 2 冰冷却空调系统 人工制冰降温技术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接近0℃， 然 后把冰冷却水送到各个工作面。 冰的融化是冰冷却系统中一个非常重要的环节， 收稿 日期 2 0 0 8 ． I 1 - 0 5 作者简介 刘鹏 1 9 8 1 一 ， 男， 河北邯郸人 ， 助理工程师， 从事生产技术工作。 7 7 2 0 0 9年8月 刘 鹏 矿井降温空调系统技术的探讨 第1 8 卷第8 期 它关系到能否获得稳定的低温水和稳定的水流量。而 融冰的过程就是能源浪费的过程 ， 因此该系统复杂 ， 需 要的辅助设备多 ， 耗能多。目前冰的输送和冰的融化 技术仍处在试验研究阶段 ， 还很不成熟 ， 见图 1 。 图 1 人工 制冰降温冷却 系统 1 ． 3 空气压缩制冷空调系统 空气压缩制冷空调系统基本原理是利用压气作 为供冷媒质 ， 直接 向采掘工作面喷射制冷。 空气压缩制冷空调有涡轮式空气制冷 、 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。在实际应用过程中由于后三种形式使用 的局 限性 ， 使得涡轮式空气制冷是 目前最常用的矿井空 调系统 。涡轮式空气制冷机系统用空气制冷机作为 高温矿井空调终端 ， 它相 当于冷水机组 系统 中的空 冷器 ， 其优点是 系统简单 ， 没有高低压换热器和空 冷器 ， 输冷管道少 ， 承压小 ， 材质要求低 ， 施工技术难 度低等 。 空气制冷机本身无需 电力驱动 ， 无防爆问题 ， 空 气既是制冷剂又是载冷剂 ， 取之不尽 ， 用之不竭 ， 又 无环境污染问题 ， 在高温、 高沼气煤矿具有很好的应 用前景。但也有其缺点 该 系统需要矿井具有充足 的压缩气源 ， 与蒸气压缩式空调系统相 比投资 和年 运行费用较高 。 1 ． 4 天然冷源 恒温水 空调 系统 天然冷源是利用恒温 的地下水 ， 作为空调循环 系统的冷源对矿井进行降温的方法。 天然冷源 恒温水 降温系统可采用连通器原 理设置 ， 即进水 口和出水 口均设置在地面， 依靠进 回 水温差形成 的自然水压运行 ， 当 自然水压不能形成 系统需要水量的流速时， 可考虑提高进水口高度， 来 提高压差， 用以保证系统正常运行。若井下降温系 统采用开式循环时， 可在井底进行高低压转换。 天然冷源 恒温水 矿井降温 系统 与地 面集 中 机械制冷降温系统有其相似一面 ， 即井下降温管路 基本相同。若 以年产量 3 0 0万 t 矿井计算 ， 需 降温 风量为 1 2 0 0 0 m ／ mi n ， 降温温差 7℃为例 ， 地面集 中机械制冷降温系统的制冷量应在 2 0 0 0 k W 以上 ， 装机总功率要在 1 0 0 0 k W 以上 包括 冷水机组 、 冷 78 水泵、 冷却泵、 空冷器局部通风机 ； 而恒温水源降 温系统， 仅需要 4 m ／ m i n的排水能力即能满足， 总 功率 1 0 0 k W 上 下。可见 在 电耗这 项上 ， 能节 约 9 0 ％ ， 而且恒温水源降温系统无须设备备件 、 原材料 消耗 ， 维护费用几乎为零。在经济运行方面具有无 可 比拟的优势 。 但如果单独采用天然冷源 恒 温水 作 为空调 系统的冷源存在如下问题 ①恒温层水源是否充足 ； ②夏季高温季节 ， 负荷较大。 2 天然冷源 恒温水 及冷水机组联合运行 的构 思 综上所述矿井空调降温技术均有不足之处 ， 各系 统都存在着不同的问题。研究系统简单， 成本低 ， 效 率高， 运行可靠的井下降温技术将具有重要的意义。 因此本文提出采用天然冷源 恒温水 及冷水 机组联合运行的方法 ， 见图 2 。 图 2 冷源系统 该系统是将天然冷源 恒温水 降温 系统与机 械制冷水降温空调系统 中的地面集 中式空调系统有 机的结合 。 这种系统的特点是 ①天然冷源 恒温水 矿井 降温系统与之管路基本相同； ②制冷机组安装在地 面 ， 不需要采取防爆措施 ， 排热方便 ， 冷损失小 ， 水头 压力小， 易安装， 便于运行管理； ③当矿井继续向下 开采的时候 ， 该系统能够很方便的进行拓展 ； ④可以 弥补恒温水源不足 ， 对于地下恒温水源储量不够充 沛的地 区， 可以在非高温季节采用地表水或地下水 直接提供到水塔 ， 而在高温季节采用冷水机组进行 深冷的方法 ， 对系统进行辅助供冷以满足负荷要求。 参考文献 [ 1 ] 瓦斯通风防灭安全研究所． 矿井降温技术的 5 0年历 程[ J ] ． 煤矿安全， 2 0 0 3 ， 3 4 9 1 5 41 5 8 ． [ 2 ] 王洪， 陈启永 ， 刘桂平． 平顶山矿区热害产生原因及 治理对策[ J ] ． 煤炭科学技术， 2 0 0 4 9 1 9 2 3 ． [ 3 ] 周应江， 储方健． 新集矿 2 1 0 8 0 7综采工作面热害治理 [ J ] ． 矿业安全与环保， 2 0 0 3 ， 3 0 4 5 4 5 6 ． [ 4 ] 肖知国， 戴广龙， 李恩伯． 综采工作面降温前后空气状 态参数对比分析[ J ] ． 煤矿安全， 2 0 0 5 ， 3 6 1 1 2 9 3 3 ． 下转第 8 0页 2 0 0 9年 8月 常红梅 J S P与 S e r v l e t 技术对比 弟1 8基弟8期 编写的 ， 它就具备了 J a v a 所能带来的所有优点。J a - v a 是健壮的、 面 向对象 的编程语 言 ， 它很容易扩展 以适应你的需求 。s e r v l e t 自然也具备 了这些特征。 s e r v l e t 是安全的。从外界调用一个 s e r v l e t 的惟 一 方法就是通过 We b 服务器。这提供了高水平的 安全性保障， 尤其是在 We b 服务器有防火墙保护的 时候。s e t v l e t 可以在多种多样的客户机上使用 。由 于 s e r v l e t 是用 J a v a编写 的， 所 以可 以很方 便地在 H T M L中使用 ， 就像使用 a p p l e t 一样。 3 J S P与 S e r v l e t 之间的差异 J S P与 S e r v l e t 之间的主要差异在于。 1 J S P技术主要用来表现页面， 而 S e r v l e t 技 术主要用来完成大量的逻辑处理。 2 J S P主要用来发送给前端 的用户 ， 而 S e r v l e t 主要来响应用户的请求 ， 完成请求 的逻辑处理。 3 J S P修改后 可以立即看 到结果 ， 不需要手 工编译 ， J S P引擎会来做这些工作 ； 而 S e r v e h却需要 编译 ， 重新启动 S e r v l e t 引擎等一系列动作。 4 J S P语 法简单 ， 可 以方便 的嵌入 H T ML之 中， 很容易加入动态的部分 ， 方便 的输 出 H T ML 。在 S e r v l e t 中输 出 H T ML缺需要 调用特定 的方法 ， 对于 引号之类 的字 符也要 做特殊 的处 理 ， 加在 复杂 的 H T M L页面中作 为动态部分 ， 比起 J S P来说是 比较 困难的。 4 J S P与 S e r v l e t 程序的对 比分析 S i m p l e ． j s p程序是一个简单的 J S P页面， 在浏览 器中执行后 ， 在 T o m c a t 安装 目录 的 w o r k ／ l o c a l h o s t ／ j s p子 目录下可 找到被 We b服务 器引擎转换后 的 S e r v l e t 程序代码 ， 所有在浏览器中执行过 的 J S P引 擎都可在此 目录下找到对应 S e r v l e t 的 J a v a文件。 s i mp l e ． j s p程序代码如下 第一个 J S P页面 。 开发 S e r v l e t 比开发 J S P对程序员的要求更高。 因此 ， 一般在实际项 目中常用 J S P开发客户端界面 ， 如表单 ； 用 S e r v l e t 进行页面间的流程处理或编写一 些操作性 的非可视化程序代码 。典型 的开发模式 MV C模式 ， 就是用 S e r v l e t 来控制程序的流程。 5 结语 简单的说 ， S U N首先发展 出 S E R V L E T ， 其功能 比较强劲 ， 体系设计 也很先进 ， 只是， 它输出 H T ML 语句还是采用 了老 的 C G I 方式 ， 是一句一 句输 出， 所 以， 编写和修改 H T ML非常不方便 。后来 S U N推 出了类似于 A S P的镶嵌型的 J S P 是 S e r v l e t 发展的 产物 ， 把 J S P T A G镶嵌到 H T ML语句中 ， 这样 ， 就 大大简化和方便了网页的设计和修改。从网络三层 结构的角度看 ， 一个 网络项 目最少分三层 d a t a l a y - e r ， b u s i n e s s l a y e r ， p r e s e n t a t i o n l a y e r 。S E R V L E T用来 写 b u s i n e s s l a y e r 是很强大的， 但 是对 于写 p r e s e n t a - t i o n l a y e r 就很 不 方便。J S P则 主要是 为 了方便写 p r e s e n t a t i o n l a y e r 而设计的。 综上所述 ， S E R V L E T是一个早期的不完善的产 品， 写 b u s i n e s s l a y e r 很好 ， 写 p r e s e n t a t i o n l a y e r 就很 不好 ， 并且两层混杂 ， 显得十分混乱 。 [ 责任编辑 魏晋英】 上接第 7 8页 [ 5 ] 杨丽 ， 陈宁， 刘方， 等．矿井降温的新方法[ J ] ． 煤矿机械， 2 0 0 8 ， 2 9 6 ． [ 6 ] 孙艳玲 ， 桂详友． 煤矿热害及其治理[ J ] ． 辽宁工程技术 大学学报 ， 2 0 0 3 8 3 5 3 7 ． [ 7 ] 刘璐 ， 梅国栋， 文虎， 等． 关于改善矿井环境气候的 探讨[ J ] ． 煤炭工程， 2 0 0 5 1 2 4 8 5 0 ． [ 8 ] 金学玉． 利用恒温水源进行矿井降温 [ J ] ． 煤矿安全， 2 0 0 4 ， 3 5 6 ． [ 责任编辑 魏晋英]