煤矿井下降温系统的设计及应用.pdf

檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 4结语 通过以上分析与计算， 主斜井带式输送机采用 承载托辊间距 1． 5 m， 回程托辊间距 3 m 是可行的， 这种托辊间距可以简化中间架形式， 方便安装， 缩短 安装工期， 减少矿方停产时间， 而且减少投资成本和 运行费用， 也达到了节能降耗。 参考文献 ［ 1］北京起重运输机械研究所． DTⅡ型固定式带式输送机设计选 用手册［ M］ ． 北京 冶金工业出版社， 1994． ［ 2］杨林． 长距离带式输送机的托辊间距优化［J］ ． 矿山机械， 2001 3 ． 作者简介巩明 1985 － ， 男， 助理工程师。2008 年毕业于济南大 学机械工程及自动化专业， 现从事带式输送机的设计和研发。 收稿日期 2013 －01 －12; 责任编辑 陈锡强 煤矿井下降温系统的设计及应用 薛千成1， 胡彦祥2， 刘桂平3 1． 中国平煤神马集团平煤股份 总师办，河南 平顶山 467000; 2． 中国平煤神马集团平煤股份 二矿，河南 平顶山 467000; 3． 中国平煤神马集团平煤股份 技术中心，河南 平顶山 467000 摘要 为提出切合平顶山天安煤业股份有限公司二矿实际的热害治理方案， 深入调研， 采用井下 集中式布置方式， 充分利用丰富的矿井水资源进行人工制冷水降温。该人工制冷水降温系统的设计 实施， 使二矿热害得到有效控制， 改善了职工工作环境、 提高了劳动生产率和矿井生产的安全性。 关键词 煤矿;热害治理;人工制冷水降温系统 中图分类号 TD727 ．2文献标识码 B文章编号 1001 －0874 2013 03 －0075 －04 Design and Application of Cooling System at Underground Mine Xue Qiangcheng1，Hu Yanxiang2，Liu Guiping3 1． Chief Engineer Office，China Pingmei Shenma Group，Pingdingshan 467000，China; 2． No． 2 Mine，China Pingmei Shenma Group，Pingdingshan 467000，China; 3． Technical Center，China Pingmei Shenma Group，Pingdingshan 467000，China Abstract In order to proposes the heat harm treatment scheme that meets the requirements of No． 2 Mine at Pingdingshan Tian’ an Mining Co． ，Ltd． ，after deeply research，adopts centralized arrangement at underground coal mine， fully uses the abundant underground water to cooling by artificial refrigeration water． This artificial water cooling system effectively controls heat harm at No． 2 Mine，improves working environment，and also improves mine production efficiency and safety． Keywords coal mine;heat- harm control;artificial refrigeration water cooling system 0引言 中国平煤神马集团平煤股份二矿 以下简称二 矿 位于河南省平顶山市区北部 1 km 处， 1955 年开 工建设， 1957 年 10 月建成投产， 原设计产煤能力 21 万 t/a， 后几经挖潜技术改造，2008 年核定矿井 生产能力 170 万 t/a。根据二矿地质报告提供的岩 温情况和生产期间测定的资料， 矿井内恒温带深度 为 25 m， 温度为 17． 2℃。平均地温梯度为 3． 07℃ / 100 m。矿井 －350 m 标高以上测定水温在 30℃以 内。随着开采深度的增加， 地温明显增高， 在 － 400 m 以下， 地温大于 37℃， 属高温异常区;－ 450 m 标 高以下属于二级热害区。庚20- 21080 工作面， 气温 达到 33℃ ～36℃， 相对湿度 95 ～98。随着矿井 开采深度的不断加大， 矿井热害更加严重， 严重影响 到职工生产作业。因此， 对二矿热害进行综合治理。 2矿井热害治理方案的制定 矿井热害治理技术主要分为两类， 即非人工制 冷技术和人工制冷技术。非人工制冷技术主要措施 572013 年第 3 期煤矿机电 DOI10.16545/ki.cmet.2013.03.033 包括加大通风强度、 选择合理的开拓布置和通风系 统、 改革通风方法、 避开局部热源、 预冷进风风流、 隔 绝高温围岩、 热水防治、 改革采煤工艺以及煤壁注水 预冷煤层等， 最常用的是通风降温技术。二矿针对 庚20- 21020 工作面出现的高温热害， 虽然采取了通 风降温、 喷淋水雾预冷进风风流、 配备冰块等非人工 制冷降温方式， 高温热害在一定程度上有所缓解， 但 尚未得到根本解决， 需要通过增加人工制冷的降温 方式， 来彻底改善井下高温、 高湿的工作环境。 2． 1人工制冷水降温系统 人工制冷水降温技术目前是矿井降温的主要手 段。该降温系统主要有井上集中式、 井下集中式、 井 上井下联合集中式 3 种布置方式。实践表明， 井上 集中式和井上、 井下联合集中式适用于制冷负荷较 大的工程， 必须使用高低压换热设备， 而高低压换热 设备在冷冻水转换过程中会产生一定的温度损失， 而且冷源离降温点距离较远， 冷损失较大， 效率稍低 且投资较大。井下集中式适合于制冷负荷较小的工 程， 制冷主机离制冷点较近， 冷损失较小， 效率较高 且投资较小。 2． 2人工制冰降温系统 制冰降温系统是利用地面制冰场制取的粒状冰 或泥状冰， 通过风力或水力输送至井下的融冰装置， 与井下冷冻循环水进行直接热交换， 实现矿井降温。 由于系统是利用冰的溶解潜热进行降温， 因此， 在同 样冷负荷的条件下， 向井下的输冰量仅为输水量的 1/4 ～1/5， 使管道投资费用降低， 且不存在过高静水 压力和冷凝热放困难等问题， 主要电动设备均在井 上， 能较好适应矿井的安全要求。但是由于冰制冷 系统制冰效率低， 系统投资大， 运行费用高， 使得该 系统的应用具有很大的局限性。 综合考虑安全、 效率和经济效益等因素， 结合二 矿现场实际， 最终决定采用人工制冷水降温系统。 3二矿人工制冷水降温系统的设计 3． 1矿井制冷负荷计算 1气象参数。参考平顶山市的气象资料， 夏季 气温参数如表 1 所示。 2井下参数。二矿综采工作面和掘进工作面 计算参数如表 2 所示。 矿井 －450 m 水平水仓正常进水量不小于 600 m3/h， 水温 26℃ ～27℃。 3降温负荷计算。二矿综采工作面和掘进工 作面降温前、 后参数对比如表 3 所示。 表 1平顶山市夏季气温参数表 项目参数 空调室外计算干球温度/℃35．5 空调室外计算湿球温度/℃28 空调日均温度/℃31．3 室外计算通风温度/℃32 最热月平均相对湿度/78 风速/ ms －1 2．5 表 2二矿工作面计算参数表 项目综采工作面掘进工作面 风量/ m3min －1 1 500400 空气温度/℃35 35 相对湿度/95 95 表 3二矿工作面降温前、 后参数对比 项目降温前降温后 风量/℃ 3528 相对温度/95 85 焓值/ kJkg －1 12480 密度/ kgm －3 1．081．134 工作面冷负荷计算过程如下 Q M i1－ i2 式中 Q 工作面冷负荷， kW; M 工作面风量， kg/s; i1 降温前工作面进风风流的焓值， kJ/kg; i2 降温后工作面要求风风流焓值， kJ/kg。 由表 3 中数据计算得， 综采工作面制冷负荷为 1 185 kW; 掘进工作面制冷负荷为 316 kW。 根据矿井降温需要， 按满足一个采煤工作面和 两个掘进工作面的降温需要进行设计， 则理论计算 制冷负荷为 1 185 2 316 1 817 kW。 考虑系统输冷管路的冷损、 输冷泵对载冷剂加 热造成的冷损等， 按照矿井降温技术规范 MT/ T1136- 2011 要求， 系统设计总制冷负荷为 1 817 1． 2 2 180． 4 kW。 3． 2人工制冷水降温系统布置方式的确定 结合二矿现有生产条件， 对井上集中式和井下 集中式两种布置方式进行分析比较。 1井上集中式。该方式制冷机组及其附属设 备均设置于地面， 制取的冷冻水通过保温管道送至 井下制冷设备硐室的高低压换热器进行热交换， 制 取井下循环水。该系统主机设在地面， 运行环境较 好， 不需选用防爆机组， 但增加了换冷器和相应的冷 水泵以及其他附属设备， 运行环节增加， 系统较复 67煤矿机电2013 年第 3 期 杂， 且冷冻水输送管线长， 冷量损失大， 投资运行费 用较高。 2井下集中式。该方式制冷机组及其它设备 均设置于井下制冷硐室， 制冷机组制出的冷冻水通 过冷冻水循环水泵， 经绝热管道送至采煤工作面或 掘进工作面的空冷器， 通过空冷器降低工作面进风 温度， 使得采煤或掘进工作面的空气温度满足规定 要求。该系统简单、 中间环节少， 能耗低， 主机距离 降温点较近， 冷损失较小， 投资和运行费用较低， 但 主机需要选用防爆设备， 运行环境较差， 维护费用 高。 二矿现主要生产采区远离工业广场， 需降温的 采掘工作面距离工业广场较远。若采用井上集中式 布置， 则系统复杂， 冷冻水输送管线长， 冷量损失大， 且现有巷道断面不能满足管线布置要求。经现场调 研， 一方面不具备地面打钻孔向井下集中输冷的条 件， 另一方面地面也无用于溴化锂制冷的蒸汽来源， 不具备使用溴化锂机组制冷条件。因此， 地面集中 制冷降温方案不可行。 基于二矿现有生产特点和降温负荷较小且负荷 集中、 综合利用丰富的矿井水资源等因素， 决定采用 井下集中布置方式， 即制冷机组及其辅助设备设置 在井下， 制冷机组的冷凝热利用 － 450 m 水平水仓 的矿井水通过换热器冷却后排到 －280 m 水平水仓 再排至地面。二矿 － 450 m 水仓进水量 600 m3/h， 水温 26℃ ～27℃， 为井下集中式系统冷水机组冷却 散热提供良好的自然条件。二矿井下降温系统布置 示意图如图 1 所示。 图 1二矿井下降温系统布置示意图 3． 3制冷设备硐室设计 设计制冷设备硐室应考虑以下几个方面 1保证硐室通风良好、 稳定可靠， 回风应直接 回入专用回风巷。 2为确保设备长期可靠运行， 硐室应施工在岩 性稳定的岩层中。 3要为电缆铺设、 管路安装、 人员通行、 设备安 装和维修等提供便利条件。 4硐室长度、 断面需考虑一定的富裕系数， 为 后期可能增加设备留有余量。 综合以上考虑， 同时兼顾二矿后期己一采区开 发遇高温工作面的使用， 在原庚20- 21010 风巷片盘 向矿井西翼总回风巷方向新施工长度为 115 m 的硐 室， 分别与原庚20- 21010 风巷片盘和矿井西翼总回 风巷贯通， 新鲜风流由原庚20- 21010 风巷片盘进入， 乏风由矿井西翼总回风巷回出。 3． 4主要设备选型 1制冷机组。根据计算的制冷负荷2 180 kW， 决定选用德国生产的煤矿井下专用制冷机组， 制冷 量 2 250 kW。 2矿井水循环泵。选用 MD280- 43 6 型耐磨 多级泵， 设在 －450 m 水仓， 同时利用 －450 m 水仓 排水泵作为备用泵。 3冷却换热器。选用 3 台 BN150LH B- 25/ 221PL 换热器， 两用一备。单台换热量2 100 kW， 布 置在 － 280 m 水仓口附近， 以充分利用制冷机组循 环冷却水管道散热， 提高机组排热效率。 4冷却水循环泵。选用两台 MD280- 43 3 卧 式泵， 一用一备。 5冷冻水循环泵。选用两台 MD155- 30 5 多 级泵离心泵， 一用一备。 6空冷器。根据制冷负荷， 选择 8 台 QS- 200 型和两台 QS- 300 型新型自清洗式矿井专用空气冷 却器。 4二矿人工制冷水降温系统特点 该系统主要包括矿井水冷却循环、 冷却水循环 和冷冻水循环。 1矿井水冷却循环。依靠 － 450 m 水仓的矿 井水在矿井水循环泵的作用下， 经设在 － 280 m 水 仓口附近的矿井水处理设备处理后， 送至冷却换热 器进行热交换， 带走冷却循环水的热量， 而后送至 －280 m水仓， 矿井水吸热后温度升至约 39℃， 再通 772013 年第 3 期煤矿机电 檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 过 －280 m 水仓排水系统排至地面。 2冷却水循环。在 － 280 m 水仓附近冷却换 热器和制冷机组冷凝器之间的冷却水循环， 通过该 循环将机组冷凝器的冷凝热转移至冷却换热器。 3冷冻水循环。制冷机组制取的 3℃ ～5℃的 冷冻水通过循环水泵供至降温点的空冷器， 通过降 低进风温度带走热量， 满足矿井降温， 冷冻水经空冷 器散冷后温度升至 15℃ ～ 18℃ 返回制冷机组继续 制冷降温。 该系统创新点， 在于利用井下矿井水作为冷却 水进行排热， 为保证系统安全稳定运行， 需要在矿井 水过滤处理和换热方面采取多项保障措施。 4结语 该人工冷水降温系统在二矿设计实施后， 井下 使用地点的环境温度完全达到煤矿安全规程 等 规定要求， 有效地控制了井下热害， 改善了职工工作 环境， 对于维护职工身心健康、 提升矿井生产的安全 性和提高劳动生产率起到了重要作用。 作者简介薛千成 1964 － ， 男， 高级工程师。现在平煤股份公司 从事技术工作， 发表论文多篇。 收稿日期 2013 －01 －06; 责任编辑 边永梅 矿用硬齿面齿轮选材与热处理工艺的探讨 李元元 上海盛运机械工程有限公司，上海 200030 摘要 根据计算应力的幅值大小， 矿用硬齿面齿轮运用强度分级的方法进行选材是较科学、 合 理的方法之一。含 Ni、 Cr 量高的低碳合金钢热处理工艺较为复杂， 介绍一种不含冰冷处理的改进 热处理工艺， 降低了生产成本。生产实践证明， 热处理后的齿轮性能可靠， 质量稳定。 关键词 硬齿面齿轮;选材;渗碳淬火;氮化;热处理 中图分类号 TG162．73文献标识码 A 文章编号 1001 －0874 2013 03 －0078 －04 Investigation on Material Selection and Heat Treatment of Surface- Hardened Gear Li Yuanyuan Shanghai Shengyun Machinery Engineering Co． ，Ltd． ，Shanghai 200030，China Abstract According to magnitutde value of calculated stress，the mine surface- hardened gear uses strength grading s． Materials selection is one of the scientific and reasonable s through strength grading s． The heating treatment process is more complicated of low carbon alloy steel with Ni，Cr． Introduces one improved heating treatment process without cold quenching，which reduces production cost． The practical proves that the perance of gear is reliable and has stable quality after heating treatment． Keywords surface- hardened gear;material selection;carburizing and quenching;nitriding;heat treatment 1矿用机械齿轮的选材 煤矿机械承受很高的动负荷， 常受到井下煤 粉 尘和有害气体的侵蚀， 工作条件十分恶劣。随 着产煤量的增大， 煤矿机械的功率日益提高， 对齿轮 传动装置的承载能力要求也相应提高。井下齿轮传 动的圆周速度较低 2 ～ 12 m/s ， 而设计计算接触 应力 σH一般均大于 500 MPa， 属低速重载、 高可靠 性、 长使用寿命的齿轮传动， 多采用硬齿面齿轮， 这 就对齿轮选材和热处理提出了较高的要求。 87煤矿机电2013 年第 3 期