煤礦井下機(jī)械降溫設(shè)計(jì)

白 靈

（煤炭工業(yè)鄭州設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，河南鄭州，450000）

煤礦井下機(jī)械降溫設(shè)計(jì)

白 靈

（煤炭工業(yè)鄭州設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，河南鄭州，450000）

本文在分析這種降溫系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)各種將降溫的方法進(jìn)行比較，給給出相關(guān)的應(yīng)用設(shè)計(jì)。

煤炭行業(yè);井下機(jī)械;降溫設(shè)計(jì)

1 對(duì)各種降溫方式的介紹

1.1 對(duì)降溫措施進(jìn)行分類

在對(duì)礦井熱害進(jìn)行解決的時(shí)候，主要有兩種方法，第一種是使用非機(jī)械制冷的降溫措施，第二種是使用使用機(jī)械制冷來進(jìn)行有效的降溫。這兩種方法的使用，都需要建立在礦井可以通風(fēng)的基礎(chǔ)上。因此在降溫的時(shí)候，需要礦井井下氣象條件要達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于非機(jī)械制冷的降溫措施來說，在實(shí)施的過程中，主要是對(duì)其通風(fēng)量進(jìn)行增加，并且對(duì)通風(fēng)方式進(jìn)行改變。對(duì)于后者來說，是在愛前者條件達(dá)不到的基礎(chǔ)上來進(jìn)行實(shí)施。

1.2 機(jī)械制冷在礦井降溫中的重要性

根據(jù)相關(guān)的研究表明，通過對(duì)地面工作風(fēng)量的增加來進(jìn)行降溫，能夠?qū)ΦV井的氣候條件進(jìn)行改善，并是一種較為經(jīng)濟(jì)有效的手段，因此在降溫的過程中需要首先對(duì)其進(jìn)行考慮。但是在實(shí)際操作過程中，存在著各種因素的限制，使得這種方法得不到有效的開展。

對(duì)于礦井的工作面來說，其會(huì)受到地面氣溫及圍巖溫度等各種因素的影響，因此在通過對(duì)地面開挖程度的加大，增加通風(fēng)量進(jìn)行方法來降溫的方式很難實(shí)現(xiàn)。在這種非機(jī)械降溫措施實(shí)行不下去的時(shí)候，就需要使用機(jī)械制冷來對(duì)其進(jìn)行降溫。

2 對(duì)煤礦井下機(jī)械降溫的分類與介紹

在機(jī)械制冷降溫系統(tǒng)中，可以按照對(duì)服務(wù)對(duì)象的不同來對(duì)其進(jìn)行有效分類，主要可以分為分散式和集中式這兩類，其中集中式可以根據(jù)制冷站在安裝過程中位置的不同，可以將其分為地面集中、井下集中與井下井上聯(lián)合的三種方式，地面集中又可以根據(jù)制冷劑種類的不同可以將其分為冰制冷系統(tǒng)與機(jī)冷水系統(tǒng)，另外還可以根據(jù)制冷原理的不同，將其分為蒸汽壓縮式、空氣壓縮式及蒸汽壓縮式加余熱溴化鋰兩級(jí)制冷的三種方式。

2.1 對(duì)局部降溫系統(tǒng)的介紹

在實(shí)施的過程中，礦井工程只有井下局部幾個(gè)熱害點(diǎn)會(huì)超出溫度范圍，并且各個(gè)點(diǎn)之間的距離都比較的遠(yuǎn)，因此回風(fēng)的溫度比較的低。例如在單獨(dú)的幾個(gè)工作面需要降溫的時(shí)，這時(shí)局部降溫系統(tǒng)就是采用一種較為高校及經(jīng)濟(jì)的方式來進(jìn)行降溫。

對(duì)于這種降溫方法來說，在降溫的過程中，具有設(shè)備布置簡(jiǎn)單、負(fù)荷調(diào)節(jié)方便的特點(diǎn)，并且在降溫的時(shí)候，不需要使用水管道，只需要制冷量達(dá)到要求的要求即可。但是這種方法存在的缺陷就是對(duì)于設(shè)備來說，其存在的單機(jī)容量較小，并且在降溫的時(shí)候，其設(shè)備的位置及供水供電的位置都比較的分散，因此在管理的時(shí)候，具有一定的復(fù)雜性，并且還要在施工的時(shí)候，做好防爆工作。另外在冷凝熱的排放過程中也存在著較多的問題，首先因?yàn)樵诶淠鞯倪^程中，采用的是井下回風(fēng)流的排放模式，這樣會(huì)造成回風(fēng)流的溫度比較高，回風(fēng)流的比較臟，使得冷卻的水容易受到污染，最后因?yàn)槔淠裏岜容^大，因此所帶來的降溫效果比較差。

2.2 地面集中制冷降溫系統(tǒng)

2.2.1 機(jī)械制冷水系統(tǒng)

對(duì)于機(jī)械制冷水系統(tǒng)來說，因?yàn)檫@種系統(tǒng)的制冷站是在地面上來進(jìn)行建立的，因此對(duì)冷凝熱進(jìn)行排放的時(shí)候，就需要在地面來對(duì)其進(jìn)行。另外還需要在礦井下設(shè)置一種高低壓轉(zhuǎn)化器，實(shí)現(xiàn)能夠?qū)⒏邏豪鋬鏊M(jìn)行二次轉(zhuǎn)化。

另外需要使用隔熱管道來進(jìn)行運(yùn)輸。這種系統(tǒng)能夠使用較大的制冷機(jī)組，并且可以在較大的礦井降溫系統(tǒng)中加以應(yīng)用。但是這種系統(tǒng)也存在的一些缺點(diǎn)，比較再次高壓冷凍水循環(huán)的時(shí)候，

造成系統(tǒng)的冷損加大，并且管路比較復(fù)雜。另外在施工的過程中所采用的一些設(shè)備，具有的成本相關(guān)來說都比較的高。

2.2.2 機(jī)械制冰系統(tǒng)

另外，對(duì)于機(jī)械制冰降溫系統(tǒng)來說，它是一種比較先進(jìn)的礦井降溫方式。這種方式是對(duì)地面制冰場(chǎng)進(jìn)行有效的利用，并且使用相關(guān)的融冰裝置，來在礦井實(shí)施的過程中，進(jìn)行熱交換，從而能夠使水溫度得到有效的降低。對(duì)于這種方法來說，首先其能夠利用冰的融解潛熱進(jìn)行降溫，因此在相同冷負(fù)荷的條件下，向井下的輸冰量?jī)H為輸水量的 1/4~1/5，另外由于輸送流量降低，管道的投資費(fèi)用及運(yùn)行能耗降低，管道冷損失小。最后它所有的設(shè)備的都是在井上的，因此不需要對(duì)其防爆設(shè)備進(jìn)行考慮進(jìn)去。但是這種方法本身也存在著一些缺點(diǎn)，首先其在使用的過程中，增加了一個(gè)融冰的環(huán)節(jié)是，使得造成了較為嚴(yán)重的冷量損耗，造成制冷系數(shù)出現(xiàn)降低。另外其在使用的過程中，還將浪費(fèi)大量的水資源。并且這種系統(tǒng)目前還沒有得到真的應(yīng)用，要想達(dá)到有效的運(yùn)用效果，在未來工作開展的過程中，還需要做到對(duì)設(shè)備的有效研發(fā)及制冰設(shè)備的研制。

2.2.3 蒸汽壓縮式加余熱溴化鋰吸收式兩級(jí)制冷系統(tǒng)的使用

在操作的過程中，要是使用電網(wǎng)來進(jìn)行供電，就導(dǎo)致大量的電力消耗，并且產(chǎn)生大量的成本，造成地區(qū)用電緊張的局面發(fā)生，甚至?xí)?dòng)電價(jià)的上漲，因此造成煤炭所帶來的經(jīng)濟(jì)效益就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的下降。因此可以建設(shè)相關(guān)的瓦斯電站，來滿足能量的供應(yīng)過程。另外還可以使用功能瓦斯電站所發(fā)出的點(diǎn)來配置相關(guān)的吸收式制冷機(jī)，這樣就能夠產(chǎn)生降溫所需要的冷凍水，從而能夠形成一條循環(huán)的經(jīng)濟(jì)鏈，對(duì)其經(jīng)濟(jì)效益做到有效的提升，另外還能夠改善礦區(qū)的環(huán)境，做到對(duì)國(guó)家相關(guān)政策的滿足。另外瓦斯還是煤礦開采過程中的重要威脅，因此需要對(duì)瓦斯氣體做到有效的使用與開采，在地面建立瓦斯發(fā)電站，可以將其問題得到充分的解決，因此具有多重功效。

3 煤礦井下機(jī)械降溫設(shè)計(jì)過程

3.1 機(jī)械降溫之前需要對(duì)礦井通風(fēng)量進(jìn)行增加

在以往的設(shè)計(jì)過程中，我國(guó)擁有的經(jīng)驗(yàn)比較的豐富，另外當(dāng)原巖溫度處于31度到37度中間的時(shí)候，通常都是采取對(duì)礦井通風(fēng)進(jìn)行加強(qiáng)的方式來進(jìn)行。從而能夠?qū)Ω邷販囟冗M(jìn)行解決。要是原巖的溫度大于37度的時(shí)候，就需要采用機(jī)械降溫系統(tǒng)來對(duì)其進(jìn)行降溫，但是在降溫的過程中，也需要做到將礦井的通風(fēng)風(fēng)量進(jìn)行增加并且解決的問題是: 當(dāng)?shù)V井通風(fēng)風(fēng)量增加時(shí)，巷道風(fēng)壓損失就會(huì)以二次方增加，風(fēng)機(jī)功率也會(huì)三次方增加。另外通過相關(guān)的數(shù)據(jù)及研究資料表明，對(duì)于通風(fēng)時(shí)間低于一年的巷道中，風(fēng)速大于四米每秒，和風(fēng)速超過五米每秒，通風(fēng)的時(shí)間大于一年的巷道時(shí)來說。要是在對(duì)其通風(fēng)時(shí)間進(jìn)行增加時(shí)，具有的效果就并不是很明顯了。

3.2 采用回采及掘進(jìn)的相關(guān)方式來進(jìn)行降溫

在回采及掘進(jìn)的降溫過程中，需要將空冷器放置在軌道順槽內(nèi)，要做到讓空冷器直接出保溫風(fēng)筒，另外以延伸到工作面的方式來進(jìn)行，要是在操作的時(shí)候存在困難，就要直接的將軌道放置咋順槽中。在實(shí)施的過程中，需要根據(jù)煤礦井內(nèi)實(shí)際的空氣干與溫度來進(jìn)行分布。另外還需要將空冷器布置在距離回采工作面處的兩百米左右的位置上比較的適合，另外需要將其他的空冷器依次放置在四百及六百米的位置上。在計(jì)算的時(shí)候，首先需要根據(jù)相關(guān)的原則來進(jìn)行，第一步需要做到對(duì)操作的方便，另外在對(duì)工作面進(jìn)行移動(dòng)的時(shí)候，不能夠過于頻繁。第一步在回采的過程中拗不過需要對(duì)冷量要做到有效的保障。第三步對(duì)于軌道順槽中存在的空氣溫度，要維持在22到24度之間，不然就會(huì)導(dǎo)致工作人員無法對(duì)其做到有效地適應(yīng)。最后要對(duì)風(fēng)流動(dòng)的速度進(jìn)行控制，不然就會(huì)造成煤巖與風(fēng)流之間的存在的傳導(dǎo)溫差比較的大，從而造成不必要的冷量損失問題存在。

另外在降溫的實(shí)施的過程中，對(duì)于通風(fēng)風(fēng)流，需要盡量使用同向通風(fēng)與下行送風(fēng)的方式來進(jìn)行。這樣才能夠做到對(duì)巷道中機(jī)電散熱設(shè)備進(jìn)入采煤工作面進(jìn)風(fēng)流做到有效避免。

3.3 回采工作面內(nèi)空冷器的放置問題

在對(duì)機(jī)械降溫的原設(shè)計(jì)中，對(duì)于回采工作面來說，需要做到每隔 20 ～30 m 設(shè)置 1 臺(tái) SPK －25類型的空了器。從實(shí)施的結(jié)果來看，做到對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的滿足是非常有必要的，另外在實(shí)際的操作過程中，相關(guān)的工作軌道順槽內(nèi)的空冷器基本上做到能夠滿足降溫所需要具備的要求。因此需要將工作面內(nèi)的空冷器進(jìn)行拆除，避免造成不方便移動(dòng)的問題產(chǎn)生。

3.4 需要對(duì)巷道的巖壁進(jìn)行隔熱

根據(jù)相關(guān)的檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，就單位體積風(fēng)流來說，一些軌道大巷、中巷道巖壁對(duì)風(fēng)流增焓、溫升很少，所以，以往對(duì)巷道巖壁隔熱的作法是不必要的，這也是降溫過程中的必要實(shí)施環(huán)節(jié)。

4 結(jié)語

煤炭行業(yè)是我過能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分，因此在實(shí)施的過程中，一定做到對(duì)其安裝性做到充分的考慮進(jìn)去。而礦井熱害卻給煤炭行業(yè)的發(fā)展帶來許多不良的影響。因此我們需要加大研究，對(duì)各種非機(jī)械及機(jī)械的降溫方法進(jìn)行分析與考慮，使其能夠在日后的降溫工作中得到有效的利用。另外還需要對(duì)機(jī)械降溫進(jìn)行設(shè)計(jì)，做到能夠在實(shí)際的煤炭開采的工作中得到有效的應(yīng)用。促進(jìn)我國(guó)煤炭行業(yè)能夠得到進(jìn)一步的發(fā)展。

[1]周西華,王繼仁,盧國(guó)斌,單亞飛,梁棟;回采工作面溫度場(chǎng)分布規(guī)律的數(shù)值模擬[J];煤炭學(xué)報(bào);2002年01期

[2]高建良;魏平儒;;掘進(jìn)巷道風(fēng)流熱環(huán)境的數(shù)值模擬[J];煤炭學(xué)報(bào);2006年02期

[3]張枕薪;;煤礦集中式機(jī)械降溫系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益比較[J];煤炭工程;2010年08期

Coal mine machinery cooling design

Bai Ling
(Limited by Share Ltd of Zhengzhou coal industry design and Research Institute of Henan,Zhengzhou 450000)

Based on the analysis of the cooling system based on all kinds of the cooling method,application design to give the relevant.

coal industry;underground machinery;cooling design