季节性高温热害矿井高温管控技术.pdf

1042020 年第 6 期 季节性高温热害矿井高温管控技术 马 明 李焕东 刘大虎 （山东省天安矿业集团业有限公司，山东 曲阜 273155） 摘 要 为解决星村煤矿夏季井下高温、高湿、员工中暑、设备故障率高等难题，矿井通过上井口配备大功率热泵机组 对入井空气集中预冷，井下将制冷压缩机、冷凝器、蒸发器等主要设备集成在一起组成制冷机组，通过空冷器将空气降温 后送入需降温工作面，加强降温后勤工作，极大改善了夏季井下工作环境条件，保证了矿井安全生产。 关键词 煤矿 季节性 高温热害 高温管控 中图分类号 TD727.2 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.06.037 High Temperature Control Technology of Seasonal High Temperature Heat Damage Mine Ma Ming Li Huan-dong Liu Da-hu （Shandong Tianan Mining Group Co., Ltd., Shandong Qufu 273155） Abstract In order to solve the problems of high temperature, high humidity, staff heat stroke and equipment failure rate in Xingcun Coal Mine in summer, the mine is equipped with high power heat pump unit to pre-cooling the air into the well through the upper well head. The main equipment, such as refrigeration compressor, condenser, evaporator and so on, is integrated into the refrigeration unit, and the air is cooled down by the air cooler into the working face to be cooled down, and the cooling logistics work is strengthened, which greatly improves the working environment conditions in the summer underground and ensures the safe production of the mine. Key words coal mine seasonality high temperature heat damage high temperature control 收稿日期 2019-12-30 作者简介 马明（1985-），男，山东济宁人，助理工程师，现 任星村煤矿防冲技术员。 1 概述 星村煤矿煤层埋藏深度为 -1100m -1300m，计 算地温区间31.436.3℃。 根据 矿井降温技术规范 井田热害区等级按原始岩温划分为一级；采掘工作 面温度 79 月份 3032℃，热害矿井等级按采掘工 作面风流温度划分为二级。根据井下实测数据，采 煤工作面的最高温度达32℃， 相对湿度为95％以上， 掘进工作面最高温度达 32℃，机电设备硐室内的温 度达 30℃，夏季热害严重。 以往年度采用单纯的物理降温等措施效果差， 中暑事故频发。据不完全统计，2018 年以前每年井 下中暑人员均超过 30 人，夏季高温热害严重困扰 着煤矿的安全生产和职工身体健康。 2 高温管控技术 2.1 入井空气集中预冷技术 采用地面集中式全风量降温系统。经过理论计 算，矿井全风量降温所需冷负荷为 7483kW，选用 1 台离心式热泵机组，单台制冷量为 3250 kW/ 台， 3 台螺杆式水源热泵机组，单台制冷量为 1544kW， 总制冷量 7882kW，满足用冷需求。夏季由冷水机 组制备 412℃低温冷冻水，通过管道将低温水输送 到设置在副井口的空气换热器，将进入矿井的空气 实现降温除湿后再送入井下，最终达到降温目的。 同时夏季机组采用全削峰水蓄冷节能经济运行方式。 2.1.1 蓄冷放冷系统 按照冷冻水 8℃（412℃）温差进行计算，三 台制冷机组蓄冷，1 台蓄冷罐，容积为 4000m3。 2.1.2 井口换热器 换热器分为有动力换热器和无动力换热器。有 动力换热器以风机为动力，换热量稳定，但噪声大且 会直接影响井口的通行安全，同时存在风机火灾事 故风险；无动力换热器不存在上述缺点，可以利用 矿井通风机提供的通风动力，但需要处理好井口的 密闭问题。通过对比分析与理论计算验证，无动力 换热器为最优。无动力表面式空气换热器结构紧凑， 1052020 年第 6 期 系统简单，不用电力驱动，无能耗，无噪音，满足 矿井的防爆要求。无动力换热器布置如图 1 所示。 图 1 无动力换热器布置示意图 2.1.3 井口封闭方案 副井口构筑物是主要运输通道，为确保通风降 温效果，并且不影响井口正常运输，需加强井口构 筑物密闭和控制。根据星村煤矿副井口房现场实际， 井口房西侧向外延伸 25m，东侧向外延伸约 26m， 每侧设置两道闭锁风门。如图 2 所示。 图 2 副井口东西侧闭锁风门布置图 2.1.4 冷热双蓄空调 （1）利用电网的峰谷电价差，夜间采用水源 热泵机组在蓄水罐内蓄冷（蓄热）、白天蓄水罐放 冷（放热）而主机避峰运行的节能空调方式。夏季 在夜间电力低谷时段（23000700）运行主机边供 边蓄模式，在满足末端冷量需求的同时利用热泵机 组把蓄水罐蓄满。在尖峰及高峰电价时段运行单独 放冷模式；平段电时优先运行放冷模式，在负荷峰 值段运行联合供冷模式，放冷量与装机容量满足尖 峰负荷需求；其他时段运行主机单独供冷模式，达 到经济化运行的目的。 （2） 冷热双蓄空调系统的基本组成如图3所示。 一套系统通过阀门切换可实现蓄冷（热）模式、 放冷 （热） 模式、 主机边供边蓄模式、 联合供冷 （热） 模式、主机单独供冷（热）模式五种模式。 2.2 井下局部降温机组合理布置与运行 （1）通过选取高效压缩机、高效空冷器、大 温差冷凝器以及集成通信控制器等机械制冷设备， 采用压缩式循环制冷降温技术有效地降低矿井高地 温工作面的热害问题。通过对矿井热源及影响分析、 矿工的热舒适性分析、制冷负荷计算，将单螺杆式 压缩技术运用到矿井局部机械制冷技术中，以达到 降低工作面作业地点温度、改善工作面热害状况的 目的。 （2）将制冷压缩机、冷凝器、蒸发器等主要 设备集成在一起组成制冷机组。制冷机组安装在降 温工作面附近的巷道中，用输冷管道将冷冻水输送 到需降温工作面的空冷器中。进入需降温工作面的 空气先经空冷器降温后，再送入工作面。每年年底 根据次年生产部署编制高温防治计划，高温季节来 临之前提前安设制冷主机管路、购置开关等设备、 维修保养局部制冷机组，确保高温季节局部降温机 组正常运行。 图 3 冷热双蓄空调系统的基本组成 2.3 降温后勤工作 （1）矿调度室高温季节提供水果和饮料，补 充高温引起的水分和盐分的流失。加强员工培训， 发生中暑现象则及时进行现场救治。 （2）矿机厂部门加强井口集中制冷系统和井 下局部降温系统的运行与维护，确保正常使用。 （3）职防办组织高温隐患排查，针对容易中 暑作业地点和岗位采取有效的针对性措施；各采掘 区队长合理进行劳动组织与分工，减少高温季节期 间不必要作业量。 3 结论 （1）入井空气集中预冷技术大大降低了高温 季节入井空气温度，通过空气换热器处理风量实现 全风量降温效果，有效地保证了井下作业人员需要 的环境温度。 （2）降温技术的综合运用和管控保证了星村煤 矿高温季节井口入风温度 1618℃，下井口温度在 24℃以下，温度降幅 10℃，相对湿度在 80 以下， 掘进工作面迎头温度不超过 26℃，采煤工作面进风 温度不超过 26℃，极大地改善了高温季节井下作业 地点温度，杜绝了中暑事故，保证了矿井安全。 （3）该降温综合技术的应用对于类似深井高 温热害的治理具有积极的借鉴意义。