礦井高溫掘進(jìn)巷道降溫技術(shù)研究及應(yīng)用

羅勇東， 王海寧， 張迎賓

（1.江西理工大學(xué)，a. 資源與環(huán)境工程學(xué)院；b. 能源與機(jī)械工程學(xué)院，江西 贛州341000；2.中國(guó)計(jì)量大學(xué)質(zhì)量與安全工程學(xué)院，杭州310018）

根據(jù)“十二五”計(jì)劃中我國(guó)對(duì)金屬和非金屬礦山的發(fā)展規(guī)劃，礦山正在向高產(chǎn)高效的方向發(fā)展，我國(guó)礦山正在邁入千米深部礦井開(kāi)采的階段。 但是，隨著向下深部開(kāi)采力度的加大[1]，原巖溫度不斷上升，當(dāng)前對(duì)深部通風(fēng)技術(shù)的研究還未足夠成熟，使得深部井巷的通風(fēng)及降溫極為困難。特別是礦井深部橫向長(zhǎng)距離的掘進(jìn)作業(yè)，當(dāng)前某些礦山深部井巷掘進(jìn)作業(yè)面的溫度可達(dá)40 ℃，甚至更高，高溫和通風(fēng)困難使得深部掘進(jìn)作業(yè)愈發(fā)艱難。 高溫?zé)岷?yán)重危害工人身心健康，降低工作效率。同時(shí)，高溫也對(duì)機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生了威脅。因此，對(duì)礦井掘進(jìn)作業(yè)面進(jìn)行降溫，保障工人安全和提高井下施工效率，成為了我國(guó)采礦行業(yè)急需解決的一大難題。 文章在前人研究的基礎(chǔ)上，對(duì)我國(guó)最新及以往的礦井降溫技術(shù)原理、適用環(huán)境及待解決的問(wèn)題進(jìn)行了整理分析，并針對(duì)某硫鐵礦山高溫掘進(jìn)面作業(yè)困難的問(wèn)題，采用局部空調(diào)制冷技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)降溫試驗(yàn)研究，旨在有效解決該礦井高溫掘進(jìn)作業(yè)的問(wèn)題。

1 高溫掘進(jìn)巷道熱源及熱害

1.1 高溫掘進(jìn)巷道熱源分析

地下礦山作業(yè)環(huán)境極其復(fù)雜，充斥著各種各樣的散熱源。 井下熱源根據(jù)其性質(zhì)可分為物理熱源、化學(xué)熱源、生理熱源3 類(lèi)。物理熱源主要有地表大氣熱、圍巖散熱、豎直空氣重力壓縮熱、機(jī)電設(shè)備廢熱等?；瘜W(xué)熱源有井下鏟運(yùn)機(jī)的柴油燃燒發(fā)出廢熱、煤堆自發(fā)集熱氧化發(fā)熱、含硫礦石在高濕環(huán)境氧化發(fā)熱、坑木等有機(jī)物腐爛放熱等。生理散熱是人體在井下高強(qiáng)度作業(yè)時(shí)消耗大量的能量物質(zhì)而產(chǎn)生的熱量，在獨(dú)頭巷道掘進(jìn)過(guò)程中，若通風(fēng)不暢，狹小空間多人同時(shí)作業(yè)，作業(yè)面溫度上升尤其明顯。

1.2 井下高溫掘進(jìn)面熱害分析

在掘進(jìn)作業(yè)過(guò)程中，井下高溫主要對(duì)井下作業(yè)人員、設(shè)備、爆破作業(yè)、混泥土支護(hù)造成的影響較大。 高溫環(huán)境對(duì)人的生理和心理都造成巨大的影響和損害，人體在惡劣的高溫環(huán)境中會(huì)出現(xiàn)一系列的生理機(jī)能異常[2]，極易出現(xiàn)身心疲憊、心理消極逆反的狀態(tài)；井下作業(yè)環(huán)境溫度過(guò)高，燃油機(jī)械設(shè)備、照明設(shè)備、電機(jī)設(shè)備等不能及時(shí)降溫，降低設(shè)備使用壽命；高溫使乳化炸藥中的乳化劑成分失衡而開(kāi)始發(fā)生質(zhì)變和硫化，影響炸藥的起爆或爆破能力；外部高溫使外層混凝土快速凝結(jié)，混泥土孔隙率增大，強(qiáng)度降低，且容易出現(xiàn)凝固混凝土脫塊的現(xiàn)象。

2 高溫掘進(jìn)面降溫技術(shù)研究

根據(jù)制冷耗能方式不同，礦井降溫技術(shù)可分為礦井空調(diào)制冷和非機(jī)械制冷。非機(jī)械方式主要有通風(fēng)降溫、噴霧降溫、個(gè)人降溫、個(gè)體防護(hù)技術(shù)等;礦井空調(diào)制冷技術(shù)主要有冷水制冷、制冰降溫和空氣壓縮制冷等制冷技術(shù)。 當(dāng)前,在淺層礦井熱害治理中非機(jī)械制冷式降溫方法應(yīng)用得較多[3]。 應(yīng)用中如加強(qiáng)通風(fēng)、隔絕熱源等非人工降溫措施無(wú)法解決井下熱害時(shí), 就必須采用礦井空調(diào)制冷技術(shù)[4]。

2.1 非機(jī)械降溫技術(shù)

2.1.1 通風(fēng)降溫

井下通風(fēng)降溫方法是現(xiàn)在礦山普遍采用的一種經(jīng)濟(jì)有效的掘進(jìn)作業(yè)面降溫方法， 其降溫能力可達(dá)2～3 ℃。 通過(guò)廢棄巷道預(yù)冷風(fēng)流、增大風(fēng)機(jī)功率、采用大直徑風(fēng)筒、增大掘進(jìn)巷道風(fēng)速，快速帶走圍巖和人體散發(fā)的熱量，使空氣熱量難以積聚上升，這時(shí)作業(yè)面溫度與風(fēng)機(jī)送風(fēng)溫度正相關(guān)。但是加強(qiáng)通風(fēng)降溫受多因素的約束，如風(fēng)機(jī)的送風(fēng)能力、風(fēng)筒性能、作業(yè)面允許風(fēng)速等，并且送風(fēng)量達(dá)到一定值后對(duì)作業(yè)面降溫效果不明顯[5]，適宜的送風(fēng)量為巷道斷面積的0.56～0.84 倍。

2.1.2 水噴霧降溫技術(shù)

水通過(guò)熱傳導(dǎo)及同期氣化傳質(zhì)傳熱的過(guò)程與周?chē)h(huán)境進(jìn)行熱交換，這種傳質(zhì)傳熱過(guò)程受水的表面積影響極大。水霧降溫技術(shù)的基本原理就是將大塊的水分割成多個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，增加水的總表面積，提高水與外界空氣的熱交換速度和水吸熱氣化的速率?，F(xiàn)有技術(shù)可將水通過(guò)霧化噴嘴、超聲波轉(zhuǎn)化成微米級(jí)別的水霧，用于井下降溫速率極快，且降溫成本相對(duì)于其它降溫技術(shù)極低。 該技術(shù)適用于工作范圍小、作業(yè)人員少、需冷量小、熱害嚴(yán)重的掘進(jìn)作業(yè)面[6]。

2.1.3 溶液除濕降溫

人體本身就是一個(gè)產(chǎn)熱源，當(dāng)人體熱量不能散發(fā)時(shí)就會(huì)感到煩悶和疲勞，對(duì)空氣降濕可以加快人體汗液蒸發(fā)速率，使體溫下降。 除濕技術(shù)可分為機(jī)械除濕和溶液除濕[7]。 機(jī)械除濕就是通過(guò)空冷器降低空氣溫度，使空氣中水蒸氣凝結(jié)降低空氣濕度。 溶液除濕采用具有良好吸濕性能的溶液作為吸濕劑[8]，如NaCl 溶液、LiBr 溶液、CaCl2溶液等， 其基本原理為溶液與具有較高濕度的空氣接觸過(guò)程中，由于溶液與空氣間存在著水蒸氣分壓力差， 使空氣中的水分向溶液傳遞，達(dá)到對(duì)空氣除濕的目的。

2.1.4 熱源控制降溫

從源頭上清除熱源或減少散熱源散熱。①減少氧化放熱。 盡量用電驅(qū)動(dòng)力代替井下燃油設(shè)備動(dòng)力；及時(shí)清理井下廢棄坑木和廢棄含硫礦石；對(duì)含硫圍巖用涂料進(jìn)行絕氧隔離。 ②排除機(jī)械放熱。 盡量將機(jī)電設(shè)備放置在回風(fēng)巷道； 當(dāng)進(jìn)行獨(dú)頭巷道掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，盡量錯(cuò)開(kāi)進(jìn)風(fēng)巷道的機(jī)械作業(yè)時(shí)間；大型機(jī)電硐室散熱量大，要設(shè)置專(zhuān)用回風(fēng)巷道。③巷壁絕熱。巷道圍巖散熱作為礦井主要的熱源[9]，為了防止其散熱，可對(duì)其噴灑某種隔熱物質(zhì)，如賽璐珞泡沫、硬質(zhì)氨基甲酸泡沫等國(guó)外現(xiàn)在常用的隔熱材料。 ④防止壓風(fēng)管道風(fēng)流升溫。 選擇合適尺寸的壓風(fēng)風(fēng)筒，防止筒內(nèi)高壓空氣升溫；采用具有隔熱性能的雙層壓風(fēng)風(fēng)筒[10]，防止掘進(jìn)巷道的風(fēng)流與風(fēng)筒內(nèi)風(fēng)流傳熱。 ⑤及時(shí)排盡巷道內(nèi)熱淋水，用排水鉆孔預(yù)先將出水點(diǎn)的熱水排出礦井。

2.1.5 隔熱分流排熱降溫

掘進(jìn)巷道隔熱分流排熱降溫技術(shù)適用于以圍巖放熱為主的高溫大斷面巷道降溫，該降溫技術(shù)利用隔熱板將巷道沿頂板、 兩幫按一定距離進(jìn)行密閉分割，形成以內(nèi)層作業(yè)、 運(yùn)輸為主的主巷道和外層熱量、污風(fēng)排放的副巷道。在掘進(jìn)作業(yè)面隔熱板端頭設(shè)置導(dǎo)風(fēng)板，引射風(fēng)機(jī)或壓風(fēng)風(fēng)機(jī)壓入風(fēng)流沖洗作業(yè)面后沿兩側(cè)進(jìn)入副巷，以此帶走作業(yè)面、圍巖熱量，使圍巖散熱熱量不與內(nèi)層主巷道相接觸。隔熱板選型是該技術(shù)的關(guān)鍵，包括它的設(shè)置方式、性能和購(gòu)置的經(jīng)濟(jì)性。鄒聲華等將該技術(shù)應(yīng)用于唐洞煤礦里的實(shí)踐表明，掘進(jìn)巷道采用隔熱分流排熱降溫技術(shù)后，局部通風(fēng)機(jī)送入掘進(jìn)工作面的風(fēng)流溫度降低了2.5 ℃；主巷道中的風(fēng)流溫度可降低5.5 ℃[11]。

2.1.6 個(gè)體防護(hù)降溫

個(gè)體制冷成本約為其它制冷方式的20 %左右,根據(jù)冷卻服的制冷介質(zhì)分類(lèi), 有干冰、 液態(tài)空氣、低溫水、和具有自冷卻功能的冷卻服。 當(dāng)在作業(yè)點(diǎn)分散的井下高溫地段, 可穿戴個(gè)體降溫絕熱防護(hù)裝備進(jìn)行井下作業(yè)。 如澳大利亞某高校成功研制出了水冷式、空冷式高溫防護(hù)服，工人在溫度高達(dá)45 ℃的井下也能正常作業(yè)。南非礦業(yè)工會(huì)設(shè)計(jì)了一種內(nèi)層為水袋背心、外層為絕熱夾克的冷卻衣，在實(shí)際應(yīng)用中可滿足個(gè)體2 h 左右的降溫需求[12]。 另外ILc 公司的波羅太空背心、南非的干冰背心及德勒格爾的冰水背心在實(shí)際生產(chǎn)試驗(yàn)中都取得了不錯(cuò)的成果。

2.2 礦井空調(diào)制冷降溫

相對(duì)于國(guó)外的制冷機(jī)行業(yè)，我國(guó)在這方面的發(fā)展起步較晚。20 世紀(jì)50 年代末才開(kāi)始學(xué)習(xí)國(guó)外相關(guān)制冷技術(shù)的基礎(chǔ)， 并對(duì)活塞式制冷機(jī)進(jìn)行仿造生產(chǎn)，在20 世紀(jì)60 年代才開(kāi)始進(jìn)行自主設(shè)計(jì)研發(fā)， 在20 世紀(jì)70 年代我國(guó)出現(xiàn)首個(gè)礦山井下局部降溫空調(diào)系統(tǒng)，20 世紀(jì)80 年代中期我國(guó)有了第一個(gè)集中式井下制冷空調(diào)系統(tǒng)，20 世紀(jì)90 年代我國(guó)又有了首個(gè)地表集中制冷空調(diào)系統(tǒng)，21 世紀(jì)初我國(guó)首個(gè)冰冷地溫輻射降溫系統(tǒng)運(yùn)作成功，而后我國(guó)在這方面的技術(shù)研究逐漸與國(guó)際接軌[13]。

目前，根據(jù)載冷劑的不同，礦井空調(diào)系統(tǒng)制冷可分為空氣壓縮制冷、冷水制冷、人工制冰制冷等空調(diào)制冷技術(shù)及其它空調(diào)系統(tǒng)制冷技術(shù)。

2.2.1 水制冷空調(diào)技術(shù)

水制冷空調(diào)根據(jù)不同類(lèi)型的冷源可分為以水蒸汽-液態(tài)水為循環(huán)的壓縮式制冷空調(diào)、 以LiBr-H2O和NH3-H2O 等為循環(huán)系統(tǒng)的余熱吸收式制冷空調(diào)、及以低溫水源為冷源的熱泵式制冷空調(diào)。 水制冷空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)布置形式又可分為地表集中式、 井下集中式、局部移動(dòng)式、井上井下聯(lián)合集中式[14]。 地表集中式和井上井下聯(lián)合集中式在制冷過(guò)程中排冷凝水方便， 但是向井下輸冷過(guò)程中容易產(chǎn)生溫度躍升的問(wèn)題，而井下集中式系統(tǒng)不易出現(xiàn)該問(wèn)題，但是冷凝水排放不便。 集中式系統(tǒng)制冷范圍廣，局部式系統(tǒng)只適用于小范圍制冷降溫。在實(shí)踐中要根據(jù)礦山特點(diǎn)、制冷需求選擇合適的系統(tǒng)布置方式。 水制冷空調(diào)系統(tǒng)降溫技術(shù)經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐，已經(jīng)發(fā)展相對(duì)較成熟，在我國(guó)應(yīng)用較廣泛，是我國(guó)主要的礦井降溫技術(shù)。

2.2.2 空氣壓縮式制冷技術(shù)

空氣壓縮制冷空調(diào)根據(jù)壓縮設(shè)備的不同可分有渦輪機(jī)壓縮制冷、渦流管壓縮制冷、透平機(jī)變?nèi)葜评浜蛪簹庖淦髦评涞取?其以空氣作為制冷介質(zhì)，空氣受壓縮時(shí)放熱，進(jìn)入冷卻器進(jìn)行定壓冷卻，有時(shí)可將受壓冷卻的空氣直接吹掃作業(yè)面， 受壓空氣膨脹吸熱，以此吸收作業(yè)面熱量，達(dá)到降溫目的。該空調(diào)系統(tǒng)以空氣作為制冷介質(zhì)，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 但是其制冷設(shè)備較大，不便移動(dòng)安裝，制冷能力差，制冷成本高，在我國(guó)礦山中未得到廣泛運(yùn)用。

2.2.3 人工制冰空調(diào)技術(shù)

人工制冰空調(diào)系統(tǒng)降溫過(guò)程包括冰的制備、輸送、融化3 個(gè)步驟。首先在地表利用制冰機(jī)制冰，而后將冰粒通過(guò)輸送管道往下輸入各個(gè)中段的融冰池，冰融化吸熱與液態(tài)水進(jìn)行換熱，低溫液態(tài)水又通過(guò)管道進(jìn)入作業(yè)面空冷器與作業(yè)面空氣進(jìn)行換熱，以此達(dá)到降溫目的。其優(yōu)點(diǎn)：冰的蓄冷量比水高，單位冰的冷量是單位水的4～5 倍，冰在融冰池內(nèi)與水接觸換熱，換熱效率高。不足之處：冰的輸送過(guò)程易發(fā)生堵塞，冰的融化速度很難提高，冰的輸送、融冰環(huán)節(jié)有待進(jìn)一步研究改進(jìn)。 該系統(tǒng)在我國(guó)還處于試用階段, 相比水冷卻降溫系統(tǒng), 該類(lèi)系統(tǒng)工程實(shí)踐較少[15]。

2.2.4 其它空調(diào)制冷技術(shù)

1）熱電冷聯(lián)產(chǎn)空調(diào)降溫技術(shù)。熱電冷聯(lián)產(chǎn)空調(diào)系統(tǒng)[16]是利用具有易液化特性的溴化鋰、氨作為制冷介質(zhì)的吸收式制冷機(jī)組，其以礦井地?zé)峄螂娬居酂釣闊?/p>

源對(duì)制冷介質(zhì)進(jìn)行加熱，制冷介質(zhì)吸熱氣化，又通過(guò)冷卻器進(jìn)行定壓降溫，而后輸送到空冷器，在空冷器內(nèi)液化吸熱與作業(yè)面空氣進(jìn)行換熱。在熱電冷聯(lián)產(chǎn)空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)用中，全礦采用溴化鋰、氨制冷機(jī)組無(wú)法達(dá)到制取1～2 ℃的冷水的要求，通常采用串聯(lián)式兩級(jí)制冷機(jī)組，溴化鋰、氨制冷機(jī)組作為第一級(jí)，后面串聯(lián)離心制冷機(jī)或壓縮制冷機(jī)。 該系統(tǒng)可以將礦井廢熱能源進(jìn)行梯級(jí)利用, 適用于高瓦斯、 高地?zé)岬V井。

2）深井HEMS 降溫系統(tǒng)。 HEMS 系統(tǒng)降溫技術(shù)[17]是利用地下低溫涌水提取冷量，與作業(yè)面空氣進(jìn)行熱量交換，交換的熱量排出地表作為生活、其它作業(yè)供熱的循環(huán)制冷產(chǎn)熱技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵在于是否能保證源源不斷的地下低溫水供應(yīng)，因此，該技術(shù)僅適用于低溫地下水豐富的礦井。

3）分離式熱管降溫技術(shù)。分離式熱管降溫系統(tǒng)[18]可分為2 部分：蒸發(fā)端、冷凝端。分離式熱管技術(shù)屬于高效無(wú)吸液芯熱管傳熱技術(shù)， 蒸發(fā)端在冷凝端下方，蒸發(fā)端底部設(shè)有液池， 液池受熱產(chǎn)生蒸汽通過(guò)絕熱管流向冷凝端， 蒸汽經(jīng)過(guò)冷凝后又依靠重力回到蒸發(fā)端[19]，整個(gè)過(guò)程形成一個(gè)冷熱傳輸循環(huán)。 該技術(shù)目前主要受蒸汽凝結(jié)性、蒸汽傳輸脈沖振蕩、液池充液率等因素影響較大，還僅用于熱源溫度較低的礦井環(huán)境中。

3 某硫鐵礦降溫技術(shù)應(yīng)用研究

3.1 井下熱環(huán)境測(cè)定

某硫鐵礦屬于淺部開(kāi)采礦山，地處水資源豐富的南方地區(qū)，當(dāng)?shù)V山開(kāi)采至-280 m 中段時(shí)，受-280 m中段東區(qū)豐富的地?zé)崮苡绊?，井下采掘作業(yè)人員飽受高溫的危害。 特別是東主運(yùn)輸巷的掘進(jìn)作業(yè)中，由于高溫的影響，未能按計(jì)劃的四個(gè)月內(nèi)完成該巷道掘進(jìn)工作。 針對(duì)掘進(jìn)巷道的高溫危害問(wèn)題，對(duì)掘進(jìn)巷道圍巖、風(fēng)流、地下水進(jìn)行溫度測(cè)定和分析，掘進(jìn)巷道現(xiàn)采用單一壓入式通風(fēng)， 巷道截面積8.2 m2， 風(fēng)筒直徑600 mm，風(fēng)筒出口風(fēng)量為3.2 m3/s，溫度測(cè)點(diǎn)布置按圖1 所示，測(cè)定結(jié)果如表1 所列。

從表1 可知，測(cè)點(diǎn)1～5 的圍巖溫度、水溫基本變化不大，最高巖溫34.4 ℃，最高水溫36.8 ℃，最高干球風(fēng)溫34.7 ℃；通風(fēng)時(shí)巷道風(fēng)流沿程帶走部分圍巖、地?zé)崴疅崃?，由測(cè)點(diǎn)1 至測(cè)定5 熱量逐漸積累，風(fēng)流溫度由掘進(jìn)頭向巷道出口逐漸增大；測(cè)點(diǎn)6 處于送風(fēng)巷上風(fēng)側(cè)，最高巖溫30.2 ℃，干球風(fēng)溫28.8 ℃，但是風(fēng)筒出口測(cè)點(diǎn)1 風(fēng)溫溫度相對(duì)于測(cè)點(diǎn)6 較高，可知風(fēng)筒送風(fēng)的過(guò)程中掘進(jìn)巷道風(fēng)流與風(fēng)筒內(nèi)風(fēng)流進(jìn)行了熱交換，使得風(fēng)筒出口溫度較高。

3.2 降溫措施的提出

根據(jù)表1 的測(cè)定結(jié)果，對(duì)照《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》的規(guī)定“井下作業(yè)點(diǎn)溫度不得超過(guò)28 ℃；超過(guò)時(shí)，應(yīng)采取降溫或其它防護(hù)措施。”該井下掘進(jìn)作業(yè)熱環(huán)境已經(jīng)超標(biāo)，存在危害工人生命健康的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)立即采取降溫或防護(hù)措施。 由于礦山處于淺部開(kāi)采階段， 在礦井生產(chǎn)建設(shè)時(shí)期未建設(shè)礦井機(jī)械制冷系統(tǒng)，礦山通常采用加強(qiáng)通風(fēng)方式進(jìn)行礦井降溫，同時(shí)考慮到：

1）建設(shè)全礦性的礦井機(jī)械制冷系統(tǒng)花費(fèi)昂貴，建設(shè)時(shí)間長(zhǎng)；

2）礦井低溫地下水豐富，-135 m 中段水泵房的水溫可達(dá)24 ℃,但是水輸運(yùn)系統(tǒng)建造成本大，時(shí)間長(zhǎng)；

3） 送風(fēng)巷新鮮風(fēng)入風(fēng)側(cè)的干球風(fēng)溫最低達(dá)到28.8 ℃， 加強(qiáng)通風(fēng)降溫也難以使掘進(jìn)巷道風(fēng)溫降至28 ℃以下，且對(duì)于不斷向內(nèi)掘進(jìn)，加強(qiáng)通風(fēng)使得通風(fēng)費(fèi)用昂貴，通風(fēng)機(jī)械耗損嚴(yán)重；

4）主運(yùn)輸巷的掘進(jìn)不屬于長(zhǎng)期的作業(yè)計(jì)劃，應(yīng)考慮布置降溫措施的經(jīng)濟(jì)性。

為此，提出采用局部壓氣式空調(diào)器制冷系統(tǒng)進(jìn)行制冷降溫， 并用隔熱式雙層風(fēng)筒進(jìn)行送風(fēng)， 及時(shí)排出掘進(jìn)作業(yè)面的地?zé)崴?礦井制冷系統(tǒng)布置如圖2所示， 在距離掘進(jìn)巷道20 m 的送風(fēng)巷新鮮風(fēng)入風(fēng)側(cè)建造一個(gè)風(fēng)機(jī)（降溫）硐室，在風(fēng)機(jī)硐室與掘進(jìn)巷道口之間建一個(gè)空調(diào)硐室，空調(diào)主機(jī)內(nèi)空氣壓縮機(jī)壓氣使空氣壓縮升溫，再通過(guò)冷卻器冷卻；載冷劑（空氣）通過(guò)輸冷管道在空調(diào)末端機(jī)（蒸發(fā)器）與風(fēng)機(jī)硐室的空氣進(jìn)行熱量交換， 使風(fēng)機(jī)硐室空氣降溫，并通過(guò)風(fēng)機(jī)將低溫空氣壓入高溫掘進(jìn)面；同時(shí)空調(diào)主機(jī)換熱器產(chǎn)生的廢熱隨風(fēng)流排至污風(fēng)回風(fēng)側(cè)，由回風(fēng)井排至地表。

3.3 降溫措施的應(yīng)用效果

按圖2 進(jìn)行井下空調(diào)制冷系統(tǒng)布置， 采用立柜式風(fēng)冷空調(diào)主機(jī)， 如圖3 所示， 其制冷量可達(dá)8～200 kW； 配備吊頂式射流機(jī)組作為空調(diào)末端，如圖4 所示，供冷量7.5 kW，送風(fēng)風(fēng)量0.5～4 m3/s；采用D=600 mm 的雙層隔熱風(fēng)筒， 如圖5 所示，風(fēng)筒外層為PVC 夾網(wǎng)布，內(nèi)層為錫箔泡棉復(fù)合材料，長(zhǎng)度為15 m/節(jié)，傳熱系數(shù)為0.029 W/（m2·℃）（平均溫度40 ℃情況下）。

對(duì)巷道熱環(huán)境進(jìn)行再次測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。由表2 測(cè)定結(jié)果可知，空調(diào)供風(fēng)口測(cè)點(diǎn)a 的溫度在18 ℃左右，空調(diào)冷氣口空氣與巷道空氣混合，使得壓風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口附近測(cè)點(diǎn)b 溫度上升， 約為21.7 ℃；風(fēng)筒內(nèi)外進(jìn)行熱量交換， 風(fēng)筒內(nèi)風(fēng)流溫度上升，風(fēng)筒出口附近測(cè)點(diǎn)1 約為24 ℃，上升了2.3 ℃，未更換雙層風(fēng)筒前的風(fēng)筒進(jìn)出口溫度差為6 ℃，表明雙層隔熱風(fēng)筒起到良好的隔熱效果；相對(duì)于表1 測(cè)定結(jié)果，巖溫降溫幅度比水溫大，是因?yàn)閹r石的比熱容比水小，巖石散熱能力更大；采用該空調(diào)制冷系統(tǒng)，巷道風(fēng)溫最大可降低10.2 ℃，最高溫度（干球）由34.7 ℃降至26 ℃， 降溫后的最高風(fēng)溫滿足低于28 ℃的規(guī)程要求。

表2 采用制冷空調(diào)后的熱環(huán)境測(cè)定結(jié)果Table 2 Measurement results of thermal environment after using refrigeration and air conditioning

4 結(jié)束語(yǔ)

1）目前，非機(jī)械礦井降溫技術(shù)在淺層礦井熱害治理中比較成熟。 其中，加強(qiáng)通風(fēng)降溫技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛。 在三大主要的礦井空調(diào)制冷技術(shù)中， 水制冷空調(diào)技術(shù)在技術(shù)和應(yīng)用中已經(jīng)較為成熟；人工制冰空調(diào)技術(shù)在我國(guó)引進(jìn)的時(shí)間短、應(yīng)用較少，但發(fā)展?jié)摿薮螅?空氣壓縮制冷空調(diào)技術(shù)在礦井中的應(yīng)用較少，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)污染，仍是礦井降溫的一個(gè)選擇。

2）對(duì)于未來(lái)不斷向下的深部開(kāi)采，受地溫的影響逐漸加大，礦井空調(diào)制冷技術(shù)會(huì)成為礦井作業(yè)面的主要降溫方法[20]。 本著節(jié)能減排的理念，如熱電冷聯(lián)產(chǎn)空調(diào)降溫技術(shù)、深井HEMS 降溫系統(tǒng)、分離式熱管降溫技術(shù)等利用地?zé)帷嵊克?、電站余熱作為?dòng)力進(jìn)行制冷的空調(diào)技術(shù)會(huì)成為未來(lái)礦井空調(diào)降溫技術(shù)的一大研究方向。

3）針對(duì)該硫鐵礦-280 m 中段東主運(yùn)輸巷道掘進(jìn)時(shí)的高溫問(wèn)題，采用局部空壓式空調(diào)制冷系統(tǒng)，更換風(fēng)筒為雙層隔熱風(fēng)筒， 及時(shí)排除掘進(jìn)面的地?zé)崴?，掘進(jìn)作業(yè)區(qū)風(fēng)流最高溫度（干球）由34.7 ℃降至26 ℃，滿足了掘進(jìn)巷道溫度低于28 ℃的規(guī)程要求。