深井降溫技術(shù)

1、國內(nèi)外礦井降溫技術(shù)的現(xiàn)狀分析摘要：礦井降溫技術(shù)時(shí)早就興起的項(xiàng)目，但是降溫技術(shù)也是在逐步完 善中的，本文介紹了各種礦井降溫技術(shù)以及分析了優(yōu)缺點(diǎn)，為技術(shù)人 員做一個(gè)參考。關(guān)鍵詞：降溫制冷技術(shù)應(yīng)用0引言防治礦井熱害技術(shù)自20世紀(jì)20年代即已興起，至今已有80余年的 歷史；但是，迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用是在20世紀(jì)70年代以后。我國 開展降溫技術(shù)研究也近50年，目前國內(nèi)外礦井降溫技術(shù)，可分為非 機(jī)械制冷降溫技術(shù)，機(jī)械制冷降溫技術(shù)，機(jī)械制冰降溫技術(shù)和空氣壓 縮式制冷技術(shù)。1非機(jī)械制冷降溫技術(shù)從礦井開拓部署到工作面生產(chǎn)的每個(gè)環(huán)節(jié)都可能對礦井風(fēng)流的溫度 產(chǎn)生或多或少的影響，歸納起來可分為如下幾個(gè)方面：礦井開拓部

2、署和采區(qū)巷道布置；采礦方法及頂板管理方式;增加通風(fēng)量。前 蘇聯(lián)烏克蘭科學(xué)院院士謝爾班入皿日本工學(xué)博士平松良雄和前西德 埃森礦山研究院的福斯教授提出的礦內(nèi)風(fēng)流溫度預(yù)測模型，能夠比較 明顯地體現(xiàn)增加巷道通風(fēng)量，巷道風(fēng)溫下降的趨勢，從理論上證明了 增加風(fēng)量具有降溫作用。大量的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)也說明增加風(fēng)量具有較好的 降溫作用，最經(jīng)濟(jì)的通風(fēng)量為巷道長度的0.560.84倍。兗礦集團(tuán) 東灘煤礦研究表明原巖溫度每增加1 C，工作面氣溫約增加0.5 0.6C”； “當(dāng)生產(chǎn)水平巖溫為34.8C時(shí)，風(fēng)量在10001400m3/min 降溫效果較為明顯，當(dāng)綜采工作面的風(fēng)量增加到1600m3/min后，可 計(jì)算出采煤工作面

3、的風(fēng)溫仍在30C左右”再增加風(fēng)量也不會使工作 面風(fēng)溫降到我國煤礦安全規(guī)程規(guī)定的26C；2機(jī)械制冷降溫技術(shù)從20世紀(jì)70年代，人工制冷降溫技術(shù)開始迅速發(fā)展，使用越來越 廣泛、越來越成熟。德國、南非、印度、波蘭、俄羅斯和澳大利亞等 國家多采用該項(xiàng)技術(shù)，該種降溫技術(shù)已經(jīng)成為礦井降溫的主要手段。 包括：蒸氣壓縮式循環(huán)制冷空調(diào)，主要是以氟里昂和氨為制冷劑的冷 水機(jī)組，主要是制取冷水；以熱電站為熱源的漠化鋰制冷、串聯(lián)壓縮 式制冷機(jī)組或氨吸收式制冷機(jī)組制取冷水；第2類：空氣制冷空調(diào)， 又有渦輪式空氣制冷、變?nèi)菔娇諝庵评?、渦流管式空氣制冷和壓氣引 射器制冷等形式；第3類：冰冷卻空調(diào)系統(tǒng)2.1機(jī)械制取冷水降溫空

4、調(diào)礦井機(jī)械制冷降溫空調(diào)系統(tǒng)由制冷機(jī)、空 冷器、冷媒管道、高低壓換熱器、水泵及冷卻塔組成。分為制冷、排 熱、輸冷、散冷四大系統(tǒng)組成，目前國外的絕大部分礦井空調(diào)屬于此 類。機(jī)械制取冷水空調(diào)（蒸氣壓縮式循環(huán)制冷空調(diào)、熱電站為熱源的 吸收式制冷機(jī)組）利用制冷機(jī)制備的冷凍水作為供冷媒質(zhì)，通過空冷 器冷卻風(fēng)流，從而向采掘工作面供冷，這兩種空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)制冷站的 安裝位置、冷卻礦內(nèi)風(fēng)流的地點(diǎn)、載冷劑的循環(huán)方式等，可分為井下 集中空調(diào)系統(tǒng)、地面集中空調(diào)系統(tǒng)、井上下聯(lián)合空調(diào)系統(tǒng)和井下分散 局部空調(diào)系統(tǒng)四類。礦井降溫技術(shù)主要有:井下集中式、地面集中式、 井下地面聯(lián)合集中式、分散式。德國和我國實(shí)踐表明：負(fù)荷小于2MW

5、 的礦井，以采用分散式最優(yōu);負(fù)荷大于2MW的礦井,才采用集中式； 集中式的3種型式，又以并上、下聯(lián)合集中系統(tǒng)投資費(fèi)用較高，地面 集中式和井下集中式系統(tǒng)基本相同。井下集中式系統(tǒng)的致命弱點(diǎn)是冷 凝熱排放困難;地面集中式和并上下聯(lián)合集中式系統(tǒng)必須使用高低壓 轉(zhuǎn)換設(shè)備，此設(shè)備在冷凍水轉(zhuǎn)換過程中會產(chǎn)生34C的溫度躍升。 2.1.1蒸氣壓縮式循環(huán)制冷空調(diào)礦井降溫的技術(shù)裝備主要有礦用制 冷、空調(diào)設(shè)備，礦用空氣冷卻器，礦用供冷管道的保冷技術(shù)以及礦用 水冷卻裝置等。我國已建的空調(diào)系統(tǒng)的裝備和材料如表2.22.7所 示。礦用制冷機(jī)：目前國內(nèi)外使用的礦用制冷機(jī)主要有四類：活塞 式（彳主復(fù)式）、螺桿式（回轉(zhuǎn)式）、離心

6、式和吸收式。彳主復(fù)式制冷量 較小，一般用作礦用移動(dòng)式冷水機(jī)組，如LFJ-160礦用移動(dòng)式冷風(fēng) 機(jī)組。在大制冷量的情況下，多采用離心式、螺桿式制冷機(jī)組。礦 用空冷器：礦用空冷器主要分為兩大類：表面式空冷器和直接接觸式 空冷器（也稱噴淋式空冷器）。表面式空冷器由于結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、 不污染井下工作環(huán)境、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而倍受青睞。表面式空冷器為 了提高其換熱效率，在肋管上增設(shè)翅片以增加換熱面積。這種翅片式 空冷器由于礦井井下條件惡劣、粉塵濃度高，使其很難發(fā)揮應(yīng)有的效 率。因此，德國等一些國家又改用傳熱效率低的光管式空冷器以適 應(yīng)井下惡劣環(huán)境；我國、南非等一些國家仍以翅片式空冷器為主，而 致力于空冷器

7、清洗裝置的研制。國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀：新汶礦區(qū)的孫村煤 礦、河南的平頂山礦區(qū)、安徽的淮南礦區(qū)等地方也都使用的效果較好。但是根據(jù)我國目前礦井空調(diào)使用的整體情況來看，主要存在如下問題：a制冷系統(tǒng)可靠性低、降溫效果差，冷損高達(dá)45%以上，系統(tǒng)復(fù)雜， 維護(hù)困難、投入大、運(yùn)營成本高；b礦用空冷器規(guī)格種類比較少，未 形成系列產(chǎn)品。肋片沖壓成型和脹管機(jī)械設(shè)備與技術(shù)水平還不高；空 冷器的制造材料質(zhì)量還不能完全過關(guān)；傳熱系數(shù)和換熱效率比較低， 防塵和清洗問題也一直沒有徹底解決。其配套裝置包括安全保護(hù)和自 控裝置的研制和開發(fā)幾乎一片空白。c井下高溫、高濕、高塵、受限 空間的四大特點(diǎn)，對制冷系統(tǒng)的制冷劑循環(huán)、冷卻水循環(huán)、冷

8、凍水循 環(huán)等的影響，認(rèn)識不充分；d井下系統(tǒng)的冷凝熱排放問題和地面系統(tǒng) 高低壓轉(zhuǎn)換的溫度躍升問題一直沒有很好的解決;e冷凍水循環(huán)水量 大調(diào)節(jié)困難問題、管道的冷損較大；f沒有形成系統(tǒng)性的產(chǎn)品，缺乏 實(shí)用性。2.1.2熱電站為熱源的吸收式冷水機(jī)組礦井降溫冷源與煤礦熱電站 聯(lián)產(chǎn)。采用大電網(wǎng)電力即外購電制冷的礦井空調(diào)系統(tǒng)，不僅本身電耗 大，費(fèi)用高，且加重礦區(qū)電力緊張、電費(fèi)昂貴的局面，由此引起的煤 炭成本升高將導(dǎo)致煤礦經(jīng)濟(jì)效益下降。熱電站，除滿足煤礦所需的熱 電能量外，可以配置以熱電站為熱源的吸收式制冷機(jī)，生產(chǎn)高溫礦井 和地面建筑所需的冷量，將大大提高煤礦的經(jīng)濟(jì)效益，且能改善礦區(qū) 環(huán)境。用吸收式冷水機(jī)組制

9、取冷水進(jìn)行降溫在日本（池島礦）、德國 等有應(yīng)用。2.2空氣壓縮式制冷技術(shù)1973年煤科院撫順分院研制了 YP-100型 礦用環(huán)縫式壓力引射器、渦流管制冷器；1993年平頂山礦務(wù)局和原 中國航空工業(yè)總公司609研究所聯(lián)合研制了 KKL101型礦用無氟空 氣制冷機(jī)；該機(jī)組在平煤五礦進(jìn)行了應(yīng)用。1989年南非一金礦建成 了壓縮空氣制冷系統(tǒng)。2.3冰冷卻空調(diào)系統(tǒng)冰冷卻降溫系統(tǒng)與水冷卻降溫系統(tǒng)不同之處: 冰冷卻降溫系統(tǒng)主要是利用冰的融化潛熱降溫，獲得相同冷量所需的 冰量僅為水冷系統(tǒng)水量的1/41/5 ；冰冷卻系統(tǒng)是通過冰與水直接 接觸換熱，換熱效率高，可獲得1 C左右的低溫冷水，送入空冷器的 水量相應(yīng)減少，減少了水泵的輸送能耗。南非某礦山研究機(jī)構(gòu)的試驗(yàn) 研究表明，井下熱負(fù)荷為25MW的礦井降溫系統(tǒng)，采用冰冷卻降溫 系統(tǒng)，水泵的輸送能耗僅為水冷系統(tǒng)的21%左右。冰冷卻降溫系 統(tǒng)由制冰、輸冰和融冰3個(gè)環(huán)節(jié)組成。冰的融化也是冰冷卻系統(tǒng)中一 個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，它關(guān)系到能否獲得穩(wěn)定的低溫水和穩(wěn)定的水流量。 南非SheerTJ等人通過融冰試驗(yàn)，提出了融冰槽的結(jié)構(gòu)型式；美國 Stewart等人應(yīng)用有限差分法對定量冰的融化特性進(jìn)