礦井局部降溫設(shè)備在綜采工作面上的應(yīng)用

陳鄒渝

摘要：本文介紹的井下局部降溫系統(tǒng)主要是利用“蒸發(fā)吸熱，冷凝放熱”原理進(jìn)行工作，制冷機(jī)組通過管道將冷凍水輸送至采煤工作面，從而帶走工作面中的熱量。

關(guān)鍵詞：煤礦熱害 綜采工作面 局部降溫

1 項(xiàng)目實(shí)施概況

1.1 項(xiàng)目調(diào)研考察 羊場(chǎng)灣煤礦為寧煤集團(tuán)第一大原煤生產(chǎn)礦井，一號(hào)井在原初設(shè)計(jì)年產(chǎn)500萬噸的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，采用大采高工作面設(shè)備和現(xiàn)代化的掘進(jìn)設(shè)備，現(xiàn)年生產(chǎn)任務(wù)超過1000萬噸。針對(duì)羊場(chǎng)灣煤礦一號(hào)井熱害特點(diǎn)，2009年7月，集團(tuán)公司組織安全監(jiān)察局、生產(chǎn)技術(shù)部、機(jī)電管理部、羊場(chǎng)灣煤礦組成考察組先后對(duì)淮南礦業(yè)集團(tuán)、平煤集團(tuán)、徐州礦業(yè)集團(tuán)所屬的國(guó)內(nèi)熱害礦井進(jìn)行了細(xì)致考察。國(guó)內(nèi)采取的降溫技術(shù)主要有井下局部電制冷降溫系統(tǒng)、冰冷式降溫系統(tǒng)、熱-電-冷聯(lián)供降溫技術(shù)、HEMS（井下空調(diào)）降溫技術(shù)。淮南礦業(yè)集團(tuán)以進(jìn)口設(shè)備的地面集中降溫方式和局部降溫相結(jié)合的方式為主；平煤集團(tuán)以國(guó)產(chǎn)設(shè)備為主的地面集中降溫方式和進(jìn)口國(guó)外設(shè)備的局部降溫方式相結(jié)合；徐州礦業(yè)集團(tuán)以進(jìn)口設(shè)備的井下集中降溫方式為主。

通過考察了解，淮南丁集礦采用的熱-電-冷聯(lián)供降溫技術(shù)初期投入大，整體投資高，建設(shè)周期長(zhǎng)，運(yùn)行費(fèi)用高，降溫效果不明顯（一般在1～2℃）；平煤集團(tuán)六礦采用的地面集中制冷降溫技術(shù)，有一定的降溫效果（一般在3～5℃），但對(duì)于36℃以上高溫礦井，降溫后的工作面溫度仍然超過30℃，降溫后仍不能滿足《煤礦安全規(guī)程》的要求，且投資大、運(yùn)行成本高，企業(yè)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)重。

經(jīng)考察多個(gè)礦井降溫方式、資金投入、運(yùn)行費(fèi)用和降溫效果綜合比較，最終確定羊場(chǎng)灣煤礦一號(hào)井采用水源熱泵井下局部降溫系統(tǒng)。

1.2 礦井降溫方案 羊場(chǎng)灣煤礦井下局部降溫系統(tǒng)利用“蒸發(fā)吸熱，冷凝放熱”原理進(jìn)行工作。水源熱泵機(jī)組通過壓縮機(jī)做功，制取冷凍水（8℃），通過循環(huán)系統(tǒng)將冷凍水送到回采工作面，經(jīng)空冷器、風(fēng)機(jī)盤管和工作面環(huán)境熱空氣進(jìn)行熱交換，帶走工作面熱量，實(shí)現(xiàn)工作面降溫；吸收熱量后的冷凍循環(huán)水（13℃）回到機(jī)組蒸發(fā)器，與冷媒工質(zhì)進(jìn)行熱交換，再次被冷卻（8℃）進(jìn)入末端循環(huán)冷凍水系統(tǒng)，如此循環(huán)，吸熱后的高溫冷卻水經(jīng)井下排水系統(tǒng)排至+900m水平水倉(cāng)，最終排至地面，帶走工作面制冷過程中產(chǎn)生的冷凝廢熱，達(dá)到為Y120204工作面降溫目的。冷凍水管及冷卻水管都采用273mm鋼管，前期管路總長(zhǎng)度為6300m。

水源熱泵系統(tǒng)裝機(jī)總功率為1152.5kW，系統(tǒng)主要由主機(jī)、冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成。設(shè)備機(jī)房硐室設(shè)置在輔運(yùn)下山與膠運(yùn)下山7#聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)，硐室內(nèi)安裝兩臺(tái)FLSLGF1050IV型冷水機(jī)組，單臺(tái)額定制冷量為1025kW，電機(jī)功率315kW；冷凍水系統(tǒng)由冷凍水循環(huán)泵、冷凍水管道、末端空冷器、水箱及補(bǔ)水泵組成；冷卻水系統(tǒng)由冷卻水循環(huán)泵、冷卻水管道和除污過濾系統(tǒng)組成；電控系統(tǒng)由移變、組合開關(guān)、磁力啟動(dòng)器、PLC控制器等組成。

1.3 項(xiàng)目實(shí)施情況 羊場(chǎng)灣煤礦節(jié)能型井下局部降溫工程采用工程總包形式，由中國(guó)煤炭工業(yè)濟(jì)南設(shè)計(jì)有限公司總承包實(shí)施，山東同方能源工程技術(shù)有限公司、中煤第五建設(shè)有限公司、徐州博林高新技術(shù)有限公司聯(lián)合施工。項(xiàng)目立項(xiàng)后礦方會(huì)同濟(jì)南設(shè)計(jì)院、中青國(guó)能多次對(duì)技術(shù)方案、設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行了會(huì)審修改，及時(shí)對(duì)修改完善的方案、圖紙上報(bào)集團(tuán)公司審查。同時(shí)對(duì)濟(jì)南設(shè)計(jì)院、中青國(guó)能設(shè)計(jì)資質(zhì)進(jìn)行了審查備案。2010年3月底Y120204工作面降溫方案經(jīng)集團(tuán)公司批復(fù)后，礦方與中青國(guó)能簽訂了技術(shù)協(xié)議，由中青國(guó)能委托中煤五建負(fù)責(zé)工程安裝，安裝主材由礦方統(tǒng)一采購(gòu)，降溫設(shè)備由中青國(guó)能提供。在對(duì)中煤五建施工資質(zhì)審查后，中煤五建根據(jù)設(shè)計(jì)方案編制了《施工組織設(shè)計(jì)》和施工圖紙，由礦方與濟(jì)南設(shè)計(jì)院、中青國(guó)能、中煤五建共同對(duì)《施工組織設(shè)計(jì)》和施工圖紙進(jìn)行會(huì)審、備案。

為了加快降溫工程實(shí)施進(jìn)度，按期完成項(xiàng)目工程，礦成立了Y120204工作面熱害治理工程項(xiàng)目小組，并按照相關(guān)規(guī)定委托寧夏靈州監(jiān)理公司進(jìn)行工程質(zhì)量監(jiān)管，同時(shí)要求施工單位成立熱害治理工程項(xiàng)目部，設(shè)立組織機(jī)構(gòu)和安全管理機(jī)構(gòu)，指定項(xiàng)目經(jīng)理。項(xiàng)目實(shí)施過程中雙方定期組織召開專題會(huì)議，及時(shí)解決施工過程中出現(xiàn)的問題。

2010年10月11日礦方組織降溫工程各相關(guān)單位召開開工平衡會(huì)，就地面場(chǎng)地、材料供應(yīng)等方面進(jìn)行了統(tǒng)一協(xié)調(diào)，同時(shí)礦方對(duì)中煤五建施工隊(duì)伍進(jìn)行入井培訓(xùn)，核發(fā)入井資格證并持證上崗。

材料進(jìn)場(chǎng)后礦方與中煤五建、靈州工程監(jiān)理公司按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了材料檢驗(yàn)，2010年12月20日正式開始安裝，歷經(jīng)65天完成了管路加工制作、防腐保溫處理；管路安裝、電纜敷設(shè)、儀器儀表安裝；機(jī)房硐室設(shè)備安裝等工作。2011年3月8日安裝工程結(jié)束，隨后，礦方組織相關(guān)單位對(duì)安裝工程進(jìn)行驗(yàn)收，督促施工方對(duì)存在的問題進(jìn)行限期整改。項(xiàng)目施工過程中，礦方要求施工單位嚴(yán)格按照礦方相關(guān)管理制度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管理，每班由監(jiān)理公司安排專職監(jiān)理人員、中煤五建安排管理人員進(jìn)行跟班。單項(xiàng)工程均按要求編制專項(xiàng)安全技術(shù)措施，做到“一工程，一措施”。

3月10日完成降溫工程安裝工作，隨后對(duì)降溫系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試、試運(yùn)轉(zhuǎn)。試運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，一方面由于水源熱泵機(jī)組設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，導(dǎo)致開機(jī)率較低，另一方面由于工作面推進(jìn)速度快（每月200米左右），造成降溫系統(tǒng)末端設(shè)備頻繁后撤，在系統(tǒng)優(yōu)化改造階段和調(diào)試階段共經(jīng)歷3次后撤，后撤距離共計(jì)1710m，嚴(yán)重影響了降溫系統(tǒng)的調(diào)試運(yùn)行進(jìn)度。

9月份將降溫系統(tǒng)末端設(shè)備后撤至Y120204機(jī)巷3#聯(lián)巷以外，經(jīng)過調(diào)試，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，工作面平均降溫5℃，濕度降至70%左右，降溫效果明顯，工作面作業(yè)環(huán)境得到改善。

1.4 項(xiàng)目特點(diǎn)及優(yōu)化改造 該項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)第一個(gè)千萬噸以上綜采工作面降溫工程，具有超長(zhǎng)走向（3093米）、超長(zhǎng)傾向（300米）、高強(qiáng)度開采的大采高綜采工作面，雙機(jī)組、多臺(tái)空冷器并列同時(shí)運(yùn)行的特點(diǎn)，面臨工作面推進(jìn)速度快、熱量釋放集中、礦井水質(zhì)差一系列難題。

為了完成這個(gè)重大科研項(xiàng)目，保證降溫效果，礦方聯(lián)合濟(jì)南院、中青國(guó)能集團(tuán)、中煤五建針對(duì)影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的設(shè)備、管道、末端系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)、除污過濾系統(tǒng)、補(bǔ)水系統(tǒng)等進(jìn)行了一系列優(yōu)化改造，較好地解決了冷凍水定流量變揚(yáng)程的調(diào)節(jié)問題，礦井污水在冷卻循環(huán)系統(tǒng)中的除污防堵問題，末端布置與風(fēng)筒配置問題、自動(dòng)補(bǔ)水問題等，從而保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 項(xiàng)目投資完成情況

羊場(chǎng)灣煤礦節(jié)能型井下局部降溫工程采用工程總包形式，由中國(guó)煤炭工業(yè)濟(jì)南設(shè)計(jì)有限公司總承包實(shí)施，其中，主要設(shè)備礦用防爆水源熱泵機(jī)組、防爆冷循環(huán)泵、礦用除污器、礦用空冷器、防爆風(fēng)機(jī)盤管等設(shè)備由實(shí)施單位購(gòu)置，其余設(shè)備及安裝主材由建設(shè)單位提供。

熱害治理項(xiàng)目項(xiàng)目概算總投資2688.56萬元。其中：設(shè)備及工器具購(gòu)置1676.03萬元；安裝工程714.96萬元；其它基本建設(shè)費(fèi)用為194.17萬元；基本預(yù)備案費(fèi)103.41萬元。合同價(jià)款1323萬元，包括設(shè)備費(fèi)849萬元，監(jiān)控系統(tǒng)99萬元，設(shè)計(jì)費(fèi)25萬元，設(shè)備安裝費(fèi)350萬元。

3 運(yùn)行效果分析

3.1 運(yùn)行前工作面溫度情況 項(xiàng)目實(shí)施前，Y120204綜采工作面配風(fēng)量1500m3/min，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)進(jìn)風(fēng)流溫度31℃，工作面上口溫度33℃，工作面濕度在95%以上。

3.2 合同降溫指標(biāo) 系統(tǒng)正常運(yùn)行后，保證工作面的溫度降至26℃以內(nèi)。在皮帶機(jī)頭、皮帶機(jī)中驅(qū)設(shè)置防爆風(fēng)機(jī)盤管，直接為崗位工降溫，保證風(fēng)機(jī)盤管的出風(fēng)溫度在24℃以內(nèi)，為井下提供良好的作業(yè)環(huán)境。

3.3 運(yùn)行效果 九月份系統(tǒng)正常運(yùn)行期間，Y120204工作面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)溫度：進(jìn)風(fēng)下口溫度為24℃左右，濕度為70%左右；回風(fēng)流溫度為28℃左右，濕度為85%左右，工作面平均溫度為26℃（詳見工作面溫度變化曲線）。

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，工作面平均降溫5℃左右，濕度降低至75%左右，降溫除濕效果比較明顯，舒適度大大提高。降溫以后工作環(huán)境有了很大改善，杜絕了員工中暑現(xiàn)象，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。

4 后續(xù)改進(jìn)完善措施

根據(jù)羊場(chǎng)灣煤礦開采技術(shù)條件和礦井現(xiàn)狀，地溫?zé)岷⒊蔀橥{礦井安全生產(chǎn)的主要隱患之一，為有效解決礦井熱害，創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境，后期該礦將聯(lián)合濟(jì)南院、中青國(guó)能集團(tuán)對(duì)水源熱泵局部降溫系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化改造，進(jìn)一步完善自動(dòng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。2012年4月份120204工作面回采結(jié)束后，將優(yōu)化改造后的降溫系統(tǒng)繼續(xù)在120206工作面投入使用，為工作面降溫。

參考文獻(xiàn)：

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[2]《礦井降溫技術(shù)規(guī)范》MT/T1136-2011.

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