西德煤矿的深井降温.pdf

西德煤矿的深井降温 第六图书馆 煤矿 深井 降温 矿井煤矿设计陈昭宁不详1991第六图书馆 第六图书馆 f{ 一 硝 。 得到了显著的改善，这对井下的安全和提高 劳动生产率具有积极的作用。此外 ，由于能 延长受 规程限制的实 际的工作时问 ，从而可 节省人力和增加煤炭产量。 } 1 』 澎’ ＼ l I } 图 1 西德 煤矿 测定 的地 热增 温 率 岩 温 率 有关西德矿工在井下的每班工作时间， 实际工作时间，中问休息时问及人 员使用的 限制条件，完全取决于采矿规程上规定所兔 许的井下空气的干球温度和有效温度。有效 温度系通 过使 用干球温度计和湿球温度计在 主导空气流量处测得的数值，然后应用亚劳 Ya g l o u 有效温 度图表进行计 算后得出。 只有在工作场所测得的干 球 温 度低 于 2 8 ℃和有效温度低于2 5 ℃时 ，每班的工 作时 间才 为 8小时。如果超 出上述限值，则每班 工作时间就 减为 7小时。 在这 些条件下，适用如下三 种 工 作制 度。 当有效 温度高达2 9 ℃时，实际工作时间 限制为 6小 时。 当有效温度为2 9 3 O ℃时， 最长的工作时间 限为 5小 时。当有效温 度为 3 0 3 2 ℃时 ，工作时 间仍 限制 为 5小时 ，但 是 每个 矿工 在这样地点的连续工作时 间不得 超 过 4至 6个月 。在 有效 温度超过3 2 ℃的 地 点 ，禁 止雇用人 员工 作。此外 ，在有效 温度 超过2 9 ℃的地点 ，所雇用的矿工 年龄不 得小 于2 1 岁或大于5 O 岁。在这 些地 点工 作的矿工 必须定期进行体格检查。 尽管 具有上述在不同的气温条件下工作 的相应规定，在鲁尔地区，由于夏季月份干 球温度超 过2 8 ℃，在井 下每班的工作时间仍 减少 一半 以上 。 爿冷负荷 治理 高温的主要措施之 一是增加 采煤工 作面的供风量 ， 目前已平均超过2 0 m。 ／ s 。 最简 单的一种通风 网络 为进风通 过工作面的巷道 或顺槽， 并从其它巷道排出， 即通常所谓的u 形通风方式。在 3或 4 处将几 个工 作面与矿 井的 总通风网络连接起来 即通常称为 Y或 H形通风巷道的配置 方式，增加其冷风的 流入量，可使 回风巷 道的 条件 得到 改进 。在 通常称 为w形的通风方式 中，一条超前的 中 间巷道 或顺槽与工作面 串联配置，可使工作 面的风量增加倍 。 在薄煤层 中，采用增加风量 来改善气温 条件的做法受到严格的限制，因为在其巷道 断面的风速不 得超 过4 ． 5 m／ s 。 当岩石温度在4 0 ℃以上，且在有关地点 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 经检测证实采用上述几种通风方式均难以生 效时，就需要设置制冷装置 图 2 。除少 数 例外 情况，西 德所 有的煤矿 都 设 有制冷 站 。制冷装置的额定 总容量 已超 过 3 0 0 MW 3 0 万k W。 目前约有2 0 0 台水冷 却器 和约 3 0 0 台空气 冷却器 在运行 着。 在矿井生产 中，进入通风系统空气 中的 热流主要取决于岩石温度，井下的 电气设备 也 同样值得注 意，详见 图 3。 图2 在一采煤工作面的 13 产量为2 8 0 0 t 时，针对不同 的 原 岩瘟度和煤层厚度，应用不同的通风网络配置方式井 最终使用制冷 装置以逸珂晟高温度为2 9 ℃ 上图和 3 2 ℃ 下图的 相应关 系。 圈3 进通 风 系统空气 中的各种 热源 ． 在生产中．要求具体地点的气温条件达 到 千球温度2 8 ℃ 以下 或有效 温 度 2 9 ℃ 以下 时 ，所需的制冷机的容量 ，主要取决于如下 诺因素， 1 岩石 温度I 2 风量 }3 通 风 网络 的配 置方式I 4 放顶 或充填的密 实 程 度} 5 煤层 厚度，6 工作面长 度’7 采 区 顺 槽巷道的 长度。 图 4表 明在 有关 条件 下，对所 需要 的制 冷装置容量 的计算实 例。该例 煤 层 厚度为 I ． 7 m，风量 为2 2 m。 ／ s ，采区 顺 槽 巷 道 长 ,6 0 0 m，工作面长度为2 5 0 m，采用 u型通 风 网络巷道 配置 方式 。实际上，从许多工作面 采 出的毛煤 中矸石含量很高，有 的 常 超过 6 0 ，影 响很 大。在 本 例 中，矸石含量为 5 O 。 所需的制 冷机的容量几乎随着岩石温度 的上升 而堡 线性 的增 加。当 毛 煤 的产 量为 3 0 0 0 t ／ d 时 ，岩 石温 度每增加 1 ℃，制冷机的 平 均容量约需增加l O O k W。从图4 中 可 见， 所 需的制冷机的单 位容量将更为均衡地随着 矿井毛煤产量的增加而增加。当矿井的毛煤 产量为6 0 0 0 jd 时 ， 岩石 温度每增加 1℃，制 冷机 的平均负荷约需增加1 2 0 k W 。 l 空 】 客 量 ● { ／ 二 { ／ ／ ／ 呻 祷 馨 眭 { { j X 圈 4 在矿井的毛堞产量水平舟 别 为6 0 0 0 t ／ e 上曲线和 3 0 0 0 t ／ d 下曲线，将最高的有效盈 度限定为2 0 ℃时 所焉的制冷装置的容量 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 囊中供冷与分散供冷的比较 前些时候，在改善矿井的气温条件时， 采用在局部区段设置容量可达 1 MW 的制冷 机 。它们主要 适应各 个采煤工作面的降温需 要 这些水冷 系统设置在 井 下 的 回风巷遣 上。有关分散的供 冷方 式，可不需花费经井 筒 通到井 下工作面附近所 需铺设的、昂贵的 管道费用 。但是 ，通常 分散设置的制冷机的 容量 仅限于4 MW 以下。对于需要更 大 的容 量，特 别是大 于I o MW时，采用 集 中供冷的 方式，在经挤上将更为合算。因此， 自从七 十年代中期 以来，不 论在 地 面 、井 下或地 面 一井下联合机 组，几乎 均设置集中的制冷 装置。制冷 机通 过隔热的 冷水 管道与设在需 要降温地点的空气冷却机组相连接。 工作面由设置 在井 下平巷 处的冷却器调 节其气温。少数情况也有采用在工作面设置 冷却器的 。扇风 机供应 通风所 需的部 份风流 给冷却器 。在掘进 工作面中，也 日益增加使 用局部供冷 和空气 冷却 装置 。 在生产中，当有的地点需要很高的制冷 负荷 ，例如，容量在 1 MW 以上时 ，所 有进 入该地区的空气都需予以冷却。 八 十年代初期开始引入喷 淋冷 却系 统。 通过冷水喷淋，热量 即被吸收并且空气也即 干燥 这 种方法可应用 于对所 有进入 矿井的 气流进行预冷却，以 便 提 供适宜的气温条 件。当采煤工 作面 布置在靠近进风巷道时 ， 更为适用 鲁尔矿区的矿井，在地面和井下采用集 中供冷方 式中设置的制冷机 的 容 量变动在 4 ． 3 2 3 Mw之间。冷却荆由地 面 通过管道 与井下的高压和低压 热交换器相连 接。在某 些情况下 ，在高压 和低压水系统 之间设置 一 台佩尔顿式透平膨胀机或 一 台 三 室 式 给 水管 。 根据西德所 有煤矿 提供 的资料表 明，平 均每矿的 制冷机容 量 为 8 ． 5 MW ，所设置的 管网总长度约4 0 k in。 制冷机容量与矿井生产能力的关系是 当岩石温度 在4 0 ℃左 右时，年产 一吨商 品煤 能力的矿井 ，需 要 制 冷 机 的 额 定容 量为 3 5 MW ，其最大 值则较上违的平均 值 高 出一 倍多。确定制冷负荷的两个关键因素是岩石 温度 和毛煤产量 。 在巷道掘进工 作面 中所设置的 制冷 机的 容量约 占全部 容量 的2 5 。 在地面设置集 中供 冷装置的优 点为， 设 备集 中，便于组装 和维 护，便于 排放 冷凝 器 热并有可能使用冷水预冷。 在井下设置制冷 机即意味着可不需在井 筒 内铺设高压管道 ， 、 在井底也不 需设置 热交 换器。但是 ，其 回风井筒必须能保证让大量 的风 流排 出。能量消耗也较 高。 近来某些装置 已采用通过一套铺设在井 筒内的高压、冷却水管和设置在地面的冷却 塔排放 热量。 奠谱渡尔矿井的降沮 奠 诺波尔煤 矿是 一个在地面和井下联合 使用容量为 5 ． 8 Mw制冷装置的 实 倒 ，见 图 5 。这种装置的一大特点是使用相当多的制 冷机容量冷却某生产 区段的全部进风 ，使该 区段不 需要 再进一步降温。然而，这样所需 的 全部制冷机的容 量要比使用一些单独的机 组降温 所需的容量 高2 0 ％。 ． 申时垮或置 一 蜘 { ＼ 筑t ． ．1 磷 『 刍 髓 驾 2 S 0坪 圉5 莫诺蛙尔煤矿集中供玲装置的制净系统的流毫 在井 下工作的 ，用于平 巷 中的移 动式板 管或带管空气冷却器的额定容量为1 5 0 2 0 o 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 Mg r 。这些冷却器具有2 4 0 --3 2 5 m 的玲却表 面积 在运行期阃，由于污物的积聚，其能 力将逐渐下降2 0 ％。少数采煤工作面也有使 用冷却器 的。它们的容量很低 ，常在1 O 一2 0 k W 之间 ，而 且极 易受 到污物的 影 响 。在过 去两年 ，几乎只使用管面平 滑的管束型 空气 冷却器 邻近 工作面巷遭 中设置的 冷却器 的 数量，取决于所 需的 制冷负荷 。由于冷却器 具有一 定的 足寸，在同一地点不可A B 设置 4 台 以上巷道用的冷却器。在 采区巷道 中设置 的制冷机的最大容量 约为8 0 0 k W。如果 需要 更大容量的 制冷机 ，则可在 进 风 巷 的 入口 处设置一台大型冷却器，将空气冷却到1 5 ℃ 左 右。这 样的系 统必然 会 增 加 总的 制冷 负 荷 。 目前，在一个生产 区段范 围内，巷道使 用一些冷却器的情况下，其设置的制冷机最 大容量为2 Mw，在囡风巷遭里 设 置的冷却 器 的最 大容量为8 0 O k w。奠诺 波尔煤 矿在巷 道掘进 中使用仝工 作面掘进机械 ，其制冷 装 置 的窖 量约为2 MW 。 分散设置 的制冷装置的费用 约 为1 ． 5 百 万西德马克／ Mw 8 7 万 美 元／ MV ,r 。集中 供 冷装置的 费用 约为2 百 万 西 德 马 克／ MW 1 ． 1 6 百万美元／ Mg r 在 集 中供 冷装置 }清息报道 中，制冷设备约占费用的2 O ％，一次回路占 1 5 ％，二次 回路 占 2 O 2 5 ％，碱 压装置 占 1 O ，散热设备 占1 0 ，电气检测和控制设 备占1 O ％以及空气冷却器占1 0 ％． 在采用集 中供冷方式的一座矿井 中，一 套 空气 冷却系 统的 年平 均生 产 费 用约为0 ． 8 百万西德马克／ Mw制冷装置 容 量 0 ． 4 6 百 万美元／ Mw ，在采用分徽供冷方式时的相 应费用卿为1 ． 2 5 百万西德 马 克／ Mw 0 ． 7 2 百万美 元／ MW。 降温费用与商 品煤 产量的关系为 了保 证 采煤 工作面 和掘进工 作面 的气温在标准 以 下，在集中供冷时，每吨商 品 煤 的费用为 2 ． 9 西德马克 1 ． 6 8 美元／ t }在 分 散 供 冷 时，则约为4 ． 4 西德马克／ t 商 品 煤 2 ． 5 4 美 元／ t 。在薄煤层中使用空气冷却 装置的费 用勋相当高。 在巷道掘进头的降温费用约为1 2 o o 西德 马克／ 日 7 0 0 美元／ 日。 本 系摘自西德政府提交特联合国欧堋经济委员会于 I 9 9 0 年 1月 召开 的 ，讨论 煤炭工业 的生 产率和 经营 问题 等 专家 会议的 一世报 告。 译 自美国 工程 与采矿 杂志 ，1 9 9 0 半 2月。选{ 幕院陈昭宁 壬 家 山 一 号 井 注 氮 防 治 火 工 程 设 计 通 过 审 批 由兰J州媒矿设计研究院完成的靖远矿务局王家山一号井注氮防治火工程设计 ，通过中统 公司的审批。这是该院在这一新领域的设计起步，亦为我系统正规设计矿井注氮防治火工程 揭开了序幕。 。 随着综采放顶煤采煤法的迅速发展，其防治火技术 已被提到显要地位 ，尤其是在急倾斜 特厚煤层中，自然发火 危 险 性 要比自然发火倾向性类别相同的其它煤层大得多。常规的防 治措旅已不能满足要求。因此，该院在借鉴国外一些经验、总结国内几项试验的基础上，为 采用综采放顼煤采煤法， 开采急倾斜特厚易燃煤层的王家山一号井， 设计了注氮防治火工程。 该工程地面制氮站为l O m。 ／ mi n 的屋产固定式成套空分设备，可满足总生产髓力4 5 7 Y t ／ a 的两个综采放顶煤工作面采空区连续注甄防治火。注氮量约9 ． 7 m。 ／ t 煤，氮 气 成 本 约0 ． 0 6 5 元／ 衅 ，注氮防治火费约0 ． 6 3 元／ t 煤。该工程总投资约2 0 0 万元 不包括敷设注氯管路的井巷 工程，计捌建设工期为一年左右。该设计重点对井下供氮量、注氯方法、注氮工艺、气体 监测以及其它防治火措船的配合等方面作了较深入的研讨。 兰州蛛矿设计研究院。张提 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆