HEMS深井降温系统研发及热害控制对策.pdf

第 2 7 卷第 7期 2 0 0 8 年 7月 岩石力学与工程学报 C h i n e s e J o u r n a l o fR o c k Me c h a n i c s a n d E n g i n e e r i n g 、 ，01 ． 2 7 No． 7 J u l y ， 2 0 0 8 HE MS深井降温系统研发及热害控制对策 何满潮 ～，徐敏 1 ．中国矿业大学 力学与建筑工程学院，北京1 0 0 0 8 3 ； 2 ．中国矿业大学 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，北京 1 0 0 0 8 3 摘要深井高温热害作为深部煤炭资源开采中的严重灾害，高温不仅影响了围岩的力学性质，而且严重影响矿井 安全生产，因此，必须进行深入研究。针对国内外矿井降温技术存在的问题，提出了以矿井涌水作为冷源的深井 开采高温热害控制 H E MS技术，运用提取出的冷量与工作面高温空气进行换热作用，降低工作面的环境温度及 湿度。该技术结合夹河矿深井降温工程，建成了国内第一个控制深井热害的深部科学与工程实验室 D US E L 。 系统运行结果表明，工作面温度降低 4℃～6℃，最高温度控制在 2 8℃～2 9℃，相对湿度降低 5 ％～1 0 ％，极大 改善了井下工作环境，热害控制效果显著，具有广阔的推广应用前景。 关键词采矿工程；深部开采；热害控制；矿井涌水；降温系统；控制对策 中图分类号T D 2 6 文献标识码A 文章编号1 0 0 0 6 9 1 5 2 0 0 8 0 71 3 5 3 0 9 RES EARCH AN D DEVELOPM ENT OF HEM S CooLI NG S YS TEM AND HEAT_． HARM CoNTRoL I N DEEP M I NE HE M ，d n c ha o 1 ～ ，xu M i n f 1 ． S c h o o l o f Me c h a n i c s ，A r c h i t e c t u r e a n d C i v i l E n g i n e e r i n g ，C h i n a U n i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d T e c h n o l o g y ，B e O i n g 1 0 0 0 8 3 ， C h i n a ；2 ． S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f De e p R o c k Me c h a n i c s a n d E n g i n e e r i n g ，C h i n a U n i v e r s i ty o f Mi n i n g a n d T e c h n o l o g y ， B e ij i n g 1 0 0 0 8 3 ，C h i n a Abs t r ac t Hi g h t e m p e r a t u r e i n c o a l mi n e a t g r e a t d e p t h i s o ne o f t he mos t i mp o r t a nt f a c t o r s tha t a s s o c i a t e wi t h mi n i ng d i s a s t e r ．I t e ffe c t s n o t o n l y o n the p r op e r t y o f r oc k， b u t a l s o o n the s a f e t y o f p r od u c t i o n i n c o a l mi n e． Ai mi ng a t t h e p r e s e nt p r o b l e m s i n the c o o l i ng t e c h n o l o g y u n de r mi n i n g， the hi g h t e mpe r a t ur e e xc h a n g e ma c h i n e r y s y s t e m HE MS t e c h n o l o g y o f h e a t h a r m c o n t r o l i n d e e p mi n e i s p r o p o s e d ，wh i c h p u t t h e mi n e d i s c h a r g e a s the c o l d e n e r g y e x t r a c t e d s o u r c e， a nd e xc han g e t h e he a t e ne r g y b e t we e n th e h i gh t e mpe r a t u r e a i r i nn wo r k i ng f a c e a n d t he e x t r a c t e d c o l d e n e r g y t o r e d u c e the e n vi r o n m e nt a l t e mp e r a t u r e a n d hu mi d i t y of wo r ki ng f a c e ．Ap p l i n g HE M S t e c h n o l o g y ，the fi r s t De e p Un d e r g r o u n d S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g L a b o r a t o r y DU S E L mai n l y o n h e a t h a r m c o n t r o l i s e s t a b l i s h e d i n J i a he c oa l mi ne ． Th e s y s t e m r u n n i ng r e s ul t s i n d i c a t e tha t the t e mp e r a t u r e o f the wo r ki n g f a c e d r o p s d o wn t o 2 8 oC 一2 9 ℃ ，wh i c h i s 4 ℃ 一6 ℃l o we r than t h e o r i g i n a l ， t e mp e r a t u r e a n d t h e r e l a t i v e h u mi di t y i s 5 ％ 一l 0％ l o we r t h an be f o r e ．I t g r e a t l y 。i mp r o v e s t he wo r king e n v i r o n me n t o f t l l e wo r k i n g f a c e ．Th e h e a t h a r m c o n t r o l i s e ffi c i e n t ． Ke y wo r d s ．．。mi n i n g e n g i n e e r i n g ；d e e p mi n e ；h e a t - h a r m c o n t r o l ；mi n e d i s c h a r g e ；c o o l i n g s y s t e m；c o n t r o l m 爿 R l 1 r 收藕日期2 0 0 8 0 1 2 5 ；修回日期2 0 0 8 0 3 0 5 基金项 目国家重点基础研究发展计划 9 7 3 项 目 2 0 0 6 C B 2 0 2 2 0 0 国家 自然科学基金重大项 目 5 0 4 9 0 2 7 0 ；长江学者和创新团队发展计划 I R T 0 6 5 6 作者简介何满潮 1 9 5 6一 ，男，博士，1 9 8 1 年毕业于长春地质学院工程地质专业，现任教授、博士生导师 ，主要从事深部岩石力学理论及灾害控制 方面的教学与研究工作。E ma i l h e ma n c h a o 2 6 3 ．n e t 1 3 5 4 岩石力学与工程学报 2 0 0 8 年 1 引 言 煤炭一直是我国的主要能源，在一次性能源结 构 中占据不可替代的重要地位 。由于长期开采 ，浅 部 资源 日趋枯竭 ，大部分煤矿 已进入深部开采状 态 [ 1 】 。深部 “ 三高一扰动 ”的复杂地质力学环境， 使得工程灾害事故在程度上加剧 ，频度上提高【 2 】 。 其 中，瓦斯爆炸、冲击地压、底板突水、矿压显现 加剧、巷道 围岩大变形、流变等均是局部的偶然发 生事故 。而深部高温热害则是深部矿井普遍面临的 灾害。 深部高温热害不仅影响了围岩的力学性质，而 且严重影响矿井安全生产 。据不完全统计，我国已 有 3 3对矿井开采深度达到千米以下，工作面温度 高达 3 0 ℃～4 0 ℃。规程【 3 规定“ 采掘工作面 的 空气温度超过 3 0 ℃，必须停止作业 ” 。因此 ，深井 热害治理问题迫在眉睫，已严重影响到我国深部能 源开采 。 2 深井热害特点 随着开采深度的不断增加，原岩温度不断升高， 开采与掘进工作面 的高温热害 日益严重 。2 0世纪 5 0 6 0年代 ，国内外一些深部矿井 已显现出较严重 的热害问题，到了 2 0世纪 7 0年代，矿井热害更加 突出，有从局部现象发展成普遍现象 的趋势。据初 步统计，在国外，南非西部矿井在深度 3 3 0 0 m 处 气温达到 5 0 ℃；日本丰羽铅锌矿由于受热水影响， 在深度 5 0 0 m处气温高达 8 0 ℃L 4 ] 。 到 2 0 0 0年 ，中国有煤矿的平均采深达 6 5 0 m左 右，生产水平的平均原始岩温为 3 5 ． 9 C3 6 ． 8℃， 而采深超过 1 0 0 0 m 的矿 井 ，其原岩温 度高达 4 0 ℃～4 5 ℃，工作面温度达 3 4℃～3 6℃，大部 分矿井将进入一、二级热害区【 ’ 刀 。这种高温环境 使得井下作业人员体能下降、工作效率严重降低， 易产生高温中暑、热晕并诱发其他疾病 以及神经中 枢系统失调，从而造成职工防护能力 降低 ，严重影 响生产安全。 3 深井降温技术研究现状 纵观 国内外的矿井降温技术 ，总体上可以分为 非人工 降温和人工制冷降温技术两大类 。 3 ． 1 非人工降温技术 在矿井生产中，矿井开拓部署、通风系统设计 等都会影响到矿井风流 的温度，合理的矿井通风方 式会使得井下高温热害得到一定 的缓解，尤其当加 大通风量时可 以起到 明显的降温效果 ，这就是非人 工降温技术中应用 比较多的一种 降温方式 。前苏联 乌克兰科学院院士 A． H． 谢尔班，日本平松 良雄博 士和 前西德埃森矿山研究院的福斯教授运用矿 内风 流温度预测模型验证了增加风量具有降温作用[ 8 - 1 2 ] o 我 国淮南九龙 岗矿、合 山里兰矿、北票台吉矿等先 后作了增加 回采工作面风量降温实验，取得了一定 的效果n ] 。但改善通风方式、增加风量受进风温 度和围岩温度的影响，其降温幅度是有限的。此外， 热源隔离、采空区全面充填、预冷煤层及个体防护 等方法都能起到了一定的降温效果。 但实践表明，非人工降温技术的降温能力小， 对于热害较严重的矿井往往不能满足要求，一般只 作为人工制冷降温的辅助措施 。 3 ． 2 人工制冷降温技术 现代制冷技术是 l 9世纪 中后期发展起来的一 门学科 ，将制冷技术应用于矿井 降温工程始于 2 O 世纪 2 0年代 ，但迅速发展并广泛应用是在 2 0世纪 7 0年代之后。从总体上看，人工制冷降温技术可 以 分为水冷却系统和冰冷却系统，其中水冷却系统就 是矿井空调技术的应用，是利用以氟利 昂为制冷剂 的压缩制冷机进行矿 内人工制冷的降温方法；而冰 冷却系统则是将制冰机制出的冰块撒 向工作面，通 过冰水相变完成热量交换，达到降温 目的【 2 0 ] 。 国外 以南非、西德、日本以及前苏联等国为首 ， 从 2 0世纪 7 0年代展开了矿井空调人工制冷技术的 研究 J ，根据布置形式可分为井下集中式、地面集 中式、联合集中式及井下局部分散式，研究主要集 中在制冷器及空冷器的研制 3 o ] ，如德 国使用的光 管式空冷器 、南非使用的翅片式空冷器 、美 国使用 的喷淋式空冷器等。以上降温方式属于集中空调式， 置换 出的热量无法完全排走 ，致使制冷机效率低、 降温效果不 明显 ；而冰冷却系统 的研究与应用主 要 以南非为主【 3 卜3 3 ． ，如 1 9 7 6年南非环境工程实验 室提 出 了向井下输 冰供 冷 的方 式 ，1 9 8 6 年南非 H a r mo n y金矿首次采用冰冷却系统进行井下降温 ， 取得 了一定的降温效果。但实践表明，冰冷却系统 存在一个重要 的问题，就是输冰管道 的机械设计及 管道堵塞 问题 ，对系统运行管理和控制方面有较高 的要求。 第 2 7 卷第 7 期 何满潮，等．H E MS 深井降温系统研发及热害控制对策 1 3 5 5 我国于 2 0世纪 5 0年代初，由煤炭科学研究总 院抚顺分 院对部分矿区进行 了地温测试，在国内首 次提 出了矿井热力计算方法 ，从 2 0世纪 7 0 9 0年 代初 ，中国科学院地质研究所地热室与原煤炭工业 部合作，先后对开滦矿 、兖州东滩矿及平顶 山等煤 田进行了矿山地热专项研究，逐步展开 了矿井热害 的治理研究[ 3 。1 9 6 4 1 9 7 5年，淮南九龙岗矿设计 了我国第一个矿井局部制冷降温系统；1 9 8 2 1 9 8 7 年，山东新坟矿务局设计了我 国第一个井下集中制 冷降温系统；1 9 8 6 1 9 9 1年，作为国家 “ 七五 ”科 技攻关项 目，在平顶 山八矿设计了我国第二个井下 集中制冷 降温系统 ；1 9 9 2 1 9 9 5年 ，在 山东新坟矿 务局设计 了我 国第一个矿井 地面集中制冷降温系 统；1 9 9 3 年 7月，平顶山矿务局科研所和原中国航 空工业总公司第 6 0 9研究所联合研制成 K KL 1 0 1 矿 用无氟空气制冷机 ；1 9 9 5年，山东矿业学院陈 平 等提出用压气引射器和制冷机结合进行矿井 降温 ； 2 0 0 2 年， 新汉孙村矿一 1 1 0 0 m水平完成冰冷却系统 降温工程初步设计 ，并于 2 0 0 4年予以实施r j 3 6 ] 。 近几年，河北建筑科技学院的王景刚等[ 3 7 - 3 9 ] 对深井 降温冷却系统及其融冰技术 进行 了比较深入 的研 究。 综合 以上国内矿井降温系统的应用 ，基本上是 引进 德 国等 国外 的制冷 机组 ，价值 高 昂 最高达 6 0 0 0万元 ，系统实施后虽工作面温度能满足要求， 但能耗大 ，运行费用太高，现 已停止运行，而冰冷 却系统在我国 目前还没有形成工业化利用。 4 解决深井热害问题的思路 深部工程 问题产生的根本科学原 因是由于深部 工程所处的复杂地质力学环境使深部岩体结构 、力 学特性和工程响应均发生根本性变化 ，从而使深部 工程岩体表现出其特有的物理、力学特征现象 。仅 靠地表实验室进行室内实验及数值分析计算难 以模 拟深部复杂 的工程条件，从而难 以从根本上解决深 部工程面临的科学和技术 问题 。因此，国内外研究 深部科学的科学家 已达成共识，要解决深部科学与 工程问题，必须建立现代化深部科学与工程实验室 d e 印 u n d e r g r o u n d s c i e n c e a n d e n g i n e e r i n g l a b o r a t o r y ， D US E L [4 刚 。 目前，国外 已建成的 D US E L主要集中在美 国、 加拿大、欧洲和 日本 见图 1 ，除以美国著名岩石力 学学家 C ． F a i r h u r s t 领衔 的 D US E L是以研究深部矿 物能源开发中的岩石力学 问题 以外，其余均是以研 究深部核废料处理及暗物质能源等为主 ，以研究深 部地温热害控制为主 的 D US E L尚无先例。 霄 耋 鼍 g ∞ 加拿大 图 1 世界主要DUS E L分布 删 F i g ． 1 Di s t r i b u t i o n o f ma i n DUS EL i n t h e wo rl d [ 4 ] 5 夹河 HE MS ． DU S E L系统 针对 目前深井降温技术中存在的问题，结合徐 州矿务集团夹河煤矿深井热害控制工程具体条件 ， 提出了利用矿井涌水作为冷源的深井新型降温模式， 研发了 H E MS h i g h t e mp e r a t u r e e x c h a n g e ma c h i n e r y s y s t e m 的成套技术和装备 ，开发了远程实时监测系 统 ，并建立 了国内第一个 “ 深部科学与工程实验室 DU S E L ” 。 5 ． 1 HE MS ． DUS E L系统结构 H E MS D US E L 系统结构详见 图 2 。该系统将 利用矿井涌水作为冷源的 HE MS I 制冷系统、深井 管道流体高压转化 的 HE MS P T压力转换系统、全 空冷式降温 HE MS I I降温 降湿系统以及井下转换 深井热能荆用 矿井排水系统 水 HE M S I 制冷系 环系 系 冷风降温系统 面 图 2 HE MS DU S E L系统结构 F i g ． 2 S y s t e m s t r u c R t r e o f HE M S DUS EL 0 l r g 墓 u 称 口0 ∞ ∞ 日 ∞星0 室 验 磊∞ 嵩∞ 实 0Z∞ H 惫 0 l l s 0 0 O 0 O 0 O O 0 O O O O O O 4 8 2 6 O 4 1 1 2 2 { 迅程实 时 监测 系 1 3 5 6 岩石力学与工程学报 2 0 0 8 钲 地面利用系统的系统运行数据及温度数据通过远程 实时监测系统传到局矿调度室及北京 DUS E L研究 中心，从而不仅满足了井下降温 的要求 ，同时，实 现了深井 降温科学与工程实验室的功能。 5 ．2 HE MS系统工作原理 H E MS系统工作原理 见 图 3 是利用矿井各水 平现有涌水 ，通过 H E MS I 制冷系统工作站从中提 取冷量，然后运用提取 出的冷量与工作面高温空气 进行换热作用 ，降低工作面的环境温度及湿度，同 上循 ．． 循环系统 l 风 F而 衰 i 鞘 鲻 赫 刚 醐 ⋯ I J Jr 图 3 HE MS系统工作原理 F i g ． 3 W o r k i n gP ri n c i p l e o f HE M S 时将置换出的热量作为地面供热及洗浴的热源。 5 ．3 降温技术 结合徐州夹河煤矿的具体工程条件及地层温 度场参数 ，设计 了 H E MS深井降温 系统 ，并进 行 现场技术实施，该技术系统流程见 图4 ，管路设计见 图 5 。 1 HE MS I 制冷系统工作站 该工作站是制冷工作站，其主要功能是从井下 冷源中提取冷量 ，供应给 H E MS P T制冷系统，主 体设备是 HE MS I 制冷器，根据冷负荷计算，选择 2台型号为 2 4 0 2的机组作为 HE MS I 制冷系统工作 站的主体设备，总制冷量为 1 2 8 9 k W ，满足设计要 求。机组尺寸为 3 7 9 0 l n l i l X 1 1 5 0 minx 2 1 0 0 mm 长 宽 高 ，最大输入功率 2 9 8 k W，最大输入 电 流 4 9 8 A，最大启动 电流 7 1 5 A。 2 HE MS P T压力转换系统工作站 作为压力转换工作站，该工作站在功能上起到 承上启下 的作用 。其主体设备是板式换热系统 。 H E MS I 冷冻水供水温度为 7℃，冷冻水经管道输 送 至 HE MS P T时由于沿程能量的损失，考虑 1℃ 的温升，故 HE MS P T设计进水温度为 8℃，冷冻 水循环水量为 3 0 0 m3 ／ h 。 补水箱 一 I 图4 HE MS降温技术系统流程 F i g ． 4 W o r k i n g flo w f o r c o o l i n g t e c h n o l o g y s y s t e m o f HEM S 第2 7 卷 第7 期 何满潮， 等， H E M S 深井降温系统研发及热害控制对策 1 三 7_ ． 一 6 0 0上车场 ’ 管路 1 ＼ -- 1 0 1 0 轨道暗斜井 譬 力 转 换 8 系 统 工 作 站 H E MS - I 制冷系统工作站 一 8 0 0 通道． 管路2 碧 湿 a 平面图 -- 6 0 0轨道暗斜井上车场 j 1 y 4 0 0 一 m { 譬 温 降 湿／ b 剖面图 图 5 HE MS降温系统管路设计 F i g ． 5 P i p e l i n e d e s i g n o f c o o l i n g s y s t e m o f HEM S 根据 以上运行参数，进行本工作站主体设备设 计 ，选择 3台全焊接板式换热器，板束尺寸为 6 0 0 m i n x1 2 0 0 mm 长 宽 ，工作压力为 3 MP a ，换热面 积 7 0 m ，单台换热器外形尺寸为 l 8 4 0 m inx 7 4 0 m mx 1 7 6 0 m m 长 宽 高 。然后运用换热计算原 理，算得 HE MS P T供水温度为 l 4 ℃。 3 H E MS I I 降温系统工作站 该工作站是深井冷热能量交换 H E MS 系统中 的末端设备。脏 MS P T冷冻水供水温度为 l 4 ℃， 同样考虑循环系统运行 中能量的损失， 温升按 1℃ 计算 ，则 HE MS I I 的进水温度为 1 5℃，该工况下 其他运行参数要求为换热能力 1 6 0 0 k W,进风温 度 3 1℃，相对湿度 9 0 ％，出风温度 2 2℃，供风 风量 1 4 0 0 m3 ／ mi n ，工作压力 3 MP a ，外形尺寸为 宽 高 ≤3 0 0 0 n ] l X 1 3 0 0 mm。 4 全空冷式降温系统 为解决混风降温效果差的问题，设计专用降温 巷道， 从而与 H E MS I I 降温系统形成了全空冷式降 温系统，使得风流只能从降温专用巷道进入，这样 就保证只有经过热交换后的纯冷风流经工作面，有 效地解决了以往降温系统存在的混风问题，可以大 大提高降温换热效率 见图6 o 图 6 l全空冷式降温系统设计 F i g ．6 1 j P u r e e 0 o n n g S y s te m d e s i g n 5 ,4 系统适用条件 -0 - Ⅲ I S降温以矿井涌水作为冷源，l因止 匕 ，该项 技术主要适用于矿井涌水水源充足的矿井 ，对于矿 井涌水水源不能满足井下降温冷能提取量要求的矿 井，需要其他水源作为补充。 6 夹河 HE MS , D U S E L降温实施效果 HE MS降温系统的相关装备已取得国 家产品安 全合格证书 。 誓 。。 通i 本项技术的研究与徐 H 矿务集团共同 建立 了深井降温深部科学与工程实验室，在徐州夹河煤 矿 ～ 1 2 0 0 m深的 7 4 4 6工作面成功应用 取得了很 好效果。 6 ．1 H E MS ． D U S E L主要设备 H E MS D U S E L 主要设备现场安装情况详见 图 7 1 0 o 6 ． 2 系统运行效果 - - 。 系统运行过程中， 每天都有大量的监测数据表 征系统运行状态 图 1 1 给出了 2 0 0 7 芏 }8月 1 0日 H E MS系统运行效果。监测数据表明_，工作面进 风3 2 ．5 ℃， 通过 军 温 系统 后降 至2 4 ． 2 ℃， 到工 作 面时为 2 7 ．3℃。比 2 0 0 6年同期温 3 4 ．5C 降低 4 ． 6℃，满足生产要求 。 从整个降温季节的数据 分析 ，降温 范围为 1 3 5 8 岩石力学与工程学报 2 0 0 8 笠 图 7 H E MS I 工作站 F i g ． 7 W o r k i n g s t a t i o n o f HEM S I 图 8 HE MS P T工作站 F i g ． 8 W o r k i n g s t a t i o n o f HEM S P T 图 9 H E MS I I 降温工作站 Fi g． 9 Co ol i ng s t a t i on o f HEM S I I 图 1 0 HE MS D US E L北京监控中心 F i g ． 1 0 C o n t r o l c e n t e r o f H E MS D US E L i n B e i j i n g p 赠 ● ■ ●～ ⋯ ． ． ’’、1 1 1 1 ’ _ ．‘ 。 r ‘ ． ▲▲ ‘ ． ＼ 。 尸 ‘ Y一、 ， L_ ▲ ， ＼ - J J 、 ．． L 、 ． ．． 。 、 _卜 ～一 - -- 一 1 r1 ， ’。 ＼ ／ ’’ ” ’ 一 时间m a 系统运行曲线 b 工作面降温效果 图 1 1 HE MS系统运行效果 Fi g． 1 1 W o r king e ffec tofHEM S 4 o C ～6℃。图 1 2给出 7 4 4 6工作面相对湿度变化 分析。图 l 2 表 明，该系统不仅降低了温度，而且湿 度降低了 5 ％～1 O ％。 总体运行效果表 明，工作面控制温度为 2 6℃～ 2 9℃，与系统运行前工作面的平均温度 比较，系统 运行后工作面控制温度降低 4 ℃～6 o C； 巷道进风 通过 HE MS I I 降温器后相对湿度降低幅度最大， 巷 道风流在 向工作面输送途 中相对湿度在不断升高， 到工作面控制点 C后相对湿度为 9 6 ．4 ％ 而入风 口 点 的相对湿度为 8 3 ． O ％。在系统运行前工作面的 相对湿度为 1 0 0 ％,所 以系统运行后相对湿度降低 3 ． 6 ％～1 7 ． 0 ％，大幅度改善了工人的劳动环境 。 6 ． 3 国内外技术对比 本项 目与徐州矿务集团共同建立了深井降温深 部科学与工程实验室，专门进行深井 降温工程技术 研究 。查新结果显示， 目前 国内外尚无类似报道。 H E MS 降温技术 矿井水冷式 与 国内外技术相 比，无论是在获取能量能力、降温供风方式还是在 降温降湿效果方面，均达到 国际领先水平 见表 1 。 粥 如 勰 规 1 0 2 D ● 一 一 上年度 同期相对温度 1 0 0 f| ／ ／ ．一 ／一一 ／ ’7 1 O O ％ ● ● 9 64 ％ 9 8 9 6 ● l ％ 9 4 ／ I I 9 6 1 ％ 零 9 0 翼8 8 一 ● ● 。 9 5 ． 0 ％ 8 6 9 4 ． 5 ％ 8 2 7／ ’F L 9 3 1 ％ u F L A B B B C D 工作面标 志点 a 相对湿度分析 b 相对温度变化曲线 F 1 --H E MS - I I 进风；F 2 --H E MS I I 出风；A 一皮带机道外； 皮带机道里；B 1 一工作面下部；B 厂一 工作面上部； c 一工作面下角点；口一材料道回风 图 1 2 7 4 4 6工作面相对湿度变化分析 F i g ． 1 2 An a l y s i s o f r e l a t i v e h u mi d i t y o f wo r k i n g f a c e 7 4 4 6 表 1 深井降温技术国内外对比 T a b l e 1 Co n t r a s t o f c o o l i n g t e c h n o l o g y f o r d e 印 mi n e a t h o me a n d a b r o a d 羹 技 应 冷 源 类 型 用 时 间 ⋯ 、 的 嚣主 器 ／*C 效 果 模 式 温 差 ／℃ 程 度 环 境 系 统 方 式 效 果 ， ； 一 一 同时，该项技术单个工作面投资只需 2 0 0 0万元 含 科研开发费用 2 0 0万元 ，低于现有降温技术投 资， 特别是运行成本远远低于现有 降温技术 。 7 结论 通过 “ HE MS降温系统研发及深井热害控制对 策 ”的研究，取得了如下创新性成果 1 首次提 出了利用矿井涌水作为冷源的深井 新型降温模式， 研发了珊 s 降温系统的成套技术 和装备，开发了远程实时监测系统 ，并建立 了国内 第一个 “ 深部科学工程实验室 DU S E L ” 。 2 研发了 H E MS - P T转换技术，有效解决了深 井管道流体高压难题；设计了 HE MS 一 Ⅱ全空冷式降 温系统，效果显著。 3 提 出了深井工作面热荷载反分析计算新方 法 ，计算准确，方便实用 ，为不同条件下的深井降 温设计奠定了基础 。 4 H E MS降温系统的相关装备已取得国家产 品安全合格证书；该系统在徐州矿务集团有限公司 夹河煤矿 I 2 0 0 m深的高温采煤工作面应用成功， 极大地改善了工人的劳动条件，使千米资源开采成 为可能。 上述成果为深井高温热害治理开辟了新的技术 途径；同时， “ 深部科学工程实验室”的建立对深部 岩石力学与工程特性的研究具有重要的借鉴意义。 成果具有原创性，经济和社会效益突出，具有广阔 的推广应用前景。 岩石力学与工程学报 2 0 0 8 伍 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ] 谢和平．深部高应力下 的资源 开采现状、基础科学 问题与 展望[ C ] ， ，香山科学会议 科学前沿与未来 第六集 ． 北京 中国环 境科学出版社， 2 0 0 2 1 7 91 9 1 ． XI E H e p i n g ． R e s o urc e s e x p l o i t a t i o n u n d e rh i g hg r o u n d s t r e s s r e s e n t s t a t u s ， b a s i c s de n t i fi cp r o b l e ms a n d p e r s p e c ti v e [ C ] ／ ／F o r e l a n d and F u tu r e o f S c i e n c e V o 1 ． 6 -B e ij i n g C hin a E n v i r o n me n ta l S c i e n c e P r e s s ，2 0 0 2 1 7 91 9 1 ． in C h i n e s e [ 2 】 何满潮，谢和平，彭苏萍，等． 深部开采岩体力学研究[ J J _ 岩石力 学与工程学报，2 0 0 5 ，2 4 1 6 2 8 0 3 2 8 1 3 ． H E Manc h a o ，XI E He p i n g ， P ENG S u p i n g， e t a 1 ． S t u d y o n r o c k me c h a n ic s i n d e e p mi n i n g e n g i n e e r i n g [ J ] ． C h i n e s e J o u r n a l o f R o c k Me c h a n i c s and E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 5 ，2 4 1 6 2 8 0 3 2 8 1 3 ． i n C h i n e s e [ 3 ] 国家安全生产监督管理局． 煤矿安全规程[ M] ．北京煤炭工业出 版社，2 0 0 5 ． Na ti o n al S e c u r i t y P r o d u c ti o n S u p e r v i s i o n A d mi n i s t r a ti v e B u r e a u ．C o a l m i n e s a f e t y r e g u l a ti o n s [ M] ．B e i j i n g C h i n a C o al I n d u s t r y P u b l i s h i n g Ho u s e ，2 0 0 5 ． h a C h i n e s e [ 4 ] BI UHM S J ， BI FF I M，WI L SON R B． Op t i mi z e d c o o l i n g s y s t e ms f o r mi n i n g a t e x t r e me d e p t h s [ J ] ． a M B u l l e ti n ，2 0 0 0 ，9 3 1 1 4 61 5 0 ． 【 5 】R ． t MS DEN R，S HE ER T J ，BUTTR W OR TH M D．De s i g n a n d s i m u l a ti o n o f u l tr a ． d e e p min e c o o i n g s y s t e ms [ C ] ／ ／ Pro c e e d i n g s o f t h e 7 t h Int e rna ti o n a l Mi n e V e n ti l a ti o n C o n g r e s s ． K r a k o w， P o l a n d [ s ． n ．] ， 2 0 01 7 5 57 6 0 ． [ 6 】 李化敏，付凯． 煤矿深部开采面临的主要技术 问题及对策[ J ] ． 采 矿与安全工程学报 ，2 0 0 6 ，2 3 4 4 6 8 4 7 1 ． L I Hu a mi n ，F U K a1． S o me