深部开采矿井降温系统设计.pdf

2 0 1 4 年第 2 期 No ． 2 2 01 4 煤 炭 科 技 C0AL S CI ENCE TECHNOLOGY MAGAZI NE 3 文章编号 1 0 0 8 3 7 3 1 2 0 1 4 0 2 - 0 0 0 3 - 0 3 深 都 开采石 夕井降湿 系饶 役 针 樊银辉 徐州矿务集 团有限公司 技术中心 ， 江苏 徐州2 2 1 0 0 6 摘 要 随着煤矿开采深度 的不断加深 ， 井下热害 问题越来越严重 ， 严重影响井下工人 的人身 安全与高效开采， 由于传统的非人工降温方式的局限性， 机械空调制冷降温已经逐步发展起 来。 目前我国常用的矿 井降温系统包括德 国的地面集 中空调式降温系统、 南非的冰冷却降温 系统及矿 井涌水为冷源 的H E MS降温系统。针对某矿井的实际情况 ， 分析 了3 种 降温系统的 实用性与合理性， 并对HE MS 井下降温系统选择、 系统设计及主要设备管路布置进行 了介绍， 重点就井下冷负荷计算和系统设计进行了详细的说明。 关键词 深井热害； HE MS系统； 冷 负荷 ； 矿井涌水； 回风冷源 中 图分 类号 T D 7 2 7 ． 2 文 献标志码 B 某煤矿以矿井新混合井为中心 ， 地理坐标为东 经 l l 6 。 5 9 ， 北纬 3 4 。 2 1 ， 采用立井多水平开拓 ， 核定 生产能力为7 5 万t ， a 。老主、 副井落底标高为一 3 0 0 m 水 平 ， 新 混 合井 落底 标高 为一 7 0 0 1T I 水 平 。 目前 ， 一 3 0 0 I n 水平 已停止生产 ， 主采区域主要集 中在一 7 0 0 i n 水平 ， 一 1 2 6 0 m水平正在延伸掘进中。 由于开采深度逐步加深 ， 根据相关勘探资料计 算， 井田内各测温钻孔地温梯度值平均为2 ． 6 5 X 1 0 ℃／ i n ， 作为该矿区近似地温梯度。预计一 1 2 6 0 m水 平地温将达到 5 1 ． 5℃， 极高的原岩温度导致井下出 现高温热害现象 。图 1 为根据钻孔测温资料绘制的 地温温升图。 图 7 围岩累计位移变形 曲线 4结论 1 通过理论计算， 确定护巷煤柱合理尺寸为 3 ． 6 3～ 4 ． 1 2 m， 结合物理相似模拟试验 ， 确定沿空 掘巷窄煤柱的合理留设宽度为4 ． 0 m 。 2 通过现场工业性试验 ， 当煤柱宽度为4 ． 0 m 时， 巷道围岩变形得到有效控制， 窄煤柱整体稳定， 这样在保证煤炭安全开采 的同时 ， 最大限度地提高 了工作面煤炭回采率， 为类似工程条件下沿空巷道 窄煤柱宽度 留设提供 了借鉴与参考。 参考文献 [ 1 ]于洋， 柏建彪， 陈科 ， 等． 综采工作面沿空掘巷窄煤柱合 理宽度设计及其应用[ J ] ． 煤炭工程 ， 2 0 1 0 ， 7 6 9 ． [ 2 ]陈炎光 ， 陆士良． 中国煤矿巷道围岩控制[ M] ． 徐州 中国矿 业大 学 出版社 。 1 9 9 4 1 4 01 4 8 ． [ 3 ]李瑞群， 吴士 良， 安伯超．综放工作面留设合理小煤柱尺寸 研究 [ J ] ． 煤炭开采， 2 0 0 7 ， 1 2 3 8 1 0 ． [ 4 ]柏建彪 ， 侯朝炯 ， 黄汉富．沿空掘巷窄煤柱稳定性数值模拟 研究[ J ] ． 岩石力学与工程学报， 2 0 0 4 ， 2 3 2 0 3 4 7 5 3 4 7 9 ． [ 5 ]柏建彪 ， 王卫军， 侯朝炯， 等． 综放沿空掘巷围岩控制机理及 支护技术研究[ J ] ． 煤炭学报， 2 0 0 0 ， 2 5 5 4 7 8 4 8 1 ． 作者简介 贾玉杰 1 9 6 5 一 ， 男， 河北定州人， 1 9 8 8 年毕 业于中国矿业大学矿井建设专业， 中煤第一建设有限公司 高级工程师。 收稿 日期 2 0 1 4 0 2 1 4 4 煤炭科技 2 0 1 4 年第 2 期 深厦／ 图 1 地 温曲线 由图 l 数据可以看出， 随着开采深度 的加深 ， 势 必出现极高温度 ， 影响工人健康， 也会导致井下事故 率升高。因此， 需要建立有效的降温系统对热害进 行治理， 达到 煤矿安全规程 的相关要求， 保证煤矿 资源开采安全。 1 国内外井下主要降温系统简介 目前， 国内外井下主要降温系统有德国的集中 空调系统、 南非冰冷系统及H E M S 降温系统。 德国的集中空调系统工作原理 从地面大气中 提取一定冷能， 设法输送到井下后 ， 利用空冷器等相 关设备制取冷风， 供给回采 、 掘进工作面降温。缺 点 地面应有冷却塔或者空气冷凝器等设备 ， 管路 长 ， 循环水量大 ， 冷能损失大。 南非冰冷系统工作原理 主要环节有制冰 、 输 冰 和融冰。在地 面井 口附近制冰 ， 通过一定方式输送 到井下 ， 采用特殊方式溶化后 ， 用循环泵将融化后 的 冰水送至采掘工作面， 通过喷淋方式降低采掘工作 面温度。缺点 初始投资大 ， 输送管路长 ， 易堵 ， 冷损 大 ， 采掘工作面高湿问题难以解决 。 H E MS 降温系统工作原理 以矿井水为冷源 ， 在 井下制冷， 直接输送到采掘工作面利用换热方式降 一 3 0 0m水平 一 7 0 0m水平 一9 8 0m水平 温 。优点 适应性强 ， 输送管路短 ， 冷损小 。 2降温方案设计 经 比较 ， 并结合井下实际 ， 最终确定采用 H E MS 降温系统， 并以此进行相关技术方案设计。 2 ． 1 矿井负荷计算 根据该矿深部采区生产作业安排 ， 将布 置 1 个 回采工作面 、 1 个岩巷掘进工作面 、 3 个煤巷掘进工 作面， 综合考虑风流冷损、 机械散热等方面的因素， 总冷损计算结果 Q总 Q工 作 面Q岩 巷 3 Q煤 巷 K 式中 校正系数 ， KQ焙 ／ Q正 1 ． 0 5 。 将各工作面计算结果代入并计算 ， 得深部采 区 总冷负荷为 4 3 7 9 k W。 2 ． 2矿井冷源计算 涌水需要量 GQ ／ C 一 t 式中p 冷却系统传去的热功， k W； C 水的定压比热， 取 4 1 8 3 J ／ k g K 。 由于该矿开采任务多 ， 冷负荷较大 ， 仅用矿井涌 水无法满 足降温需求 。但是 一 3 0 0 i n 水平 已经开采 结束 ， 有足够的空间进行喷淋冷却 ， 依靠 回风对冷却 水进行降温 ， 达到降温所需冷却水温度。 风流与喷淋水的换热计算公式为 c 忐 式中 Ⅳ为冷却系数； h 。 、 h 、 h ” 分别为水蒸气在 进出喷淋段水温及平均水 温下 的饱和焓 ， k J ／ k g ； h ． 、 h 、 h 分别 为空气进出喷淋段及平均的 比焓 ， k J ／ k g ； c 为 水 的 比热 容 ， k J ／ k g ℃ ；A t 为 进 出水 水 温 差 ， ℃。 2 ． 3设计框 图 根据冷源计算及矿井现有条件 ， 对降温工程进 行设计 ， 设计框 图见 图2 ， 管路布置见图3 。 图 2设计框 图 面 5