淺談煤礦高溫?zé)岷Ψ乐渭夹g(shù)

劉貴群

摘要：礦井開采的危險系數(shù)普遍較大，而開采深度與熱害問題之間成正相關(guān)系，在開采深度增加的同時，高溫?zé)岷栴}也會隨之加劇，這不僅會相對增加礦井的安全系數(shù)，更為嚴(yán)重的還會導(dǎo)致工作人員身體健康受損，甚至造成人員傷亡正常生產(chǎn)難以為繼。因此，本文就針對煤礦高溫?zé)岷Ψ乐渭夹g(shù)進(jìn)行了研究及分析。

關(guān)鍵詞：煤礦;高溫?zé)岷?防治技術(shù)

一、傳統(tǒng)降溫技術(shù)

1.非人工降溫技術(shù)

1.1改善通風(fēng)方式

在礦井生產(chǎn)階段，礦井的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計與開拓部署等都與礦井風(fēng)流溫度之間存在密切聯(lián)系，也就是說礦井通風(fēng)方式合理且有效，則能夠有效控制井下空氣溫度，而增加通風(fēng)風(fēng)率、加大通風(fēng)量，則能直接改善井下空氣溫度和濕度，并達(dá)到較為理想的效果，這是非人工降溫技術(shù)中應(yīng)用頻率較高的一類降溫方式，但是對通風(fēng)方式的優(yōu)化以及增加風(fēng)量，作為技術(shù)措施都離不開井下進(jìn)風(fēng)溫度及圍巖溫度等指標(biāo)的直接影響，該種降溫方式并不適宜應(yīng)用于各種環(huán)境下，在開采深度達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)時，其降溫效果將弱化，僅采取通風(fēng)降溫措施，在高溫?zé)岷栴}嚴(yán)重的礦井中并不能起到明顯的改善作用。

1.2控制熱源降溫

其一，巖壁隔熱。用鍋爐渣、聚乙烯泡沫、硬質(zhì)氨基甲酸泡沫、膨脹珍珠巖及其他防水性能較好的隔熱材料噴涂巖壁，如一層10mm厚的聚氨酯泡沫塑料就能產(chǎn)生較好的隔熱效果。巖壁隔熱僅用在熱害嚴(yán)重的局部地段，作為一種輔助手段與其他降溫措施配合使用;其二，熱水及管道熱的控制。主要方法有：超前疏放熱水，并用隔熱管道排到地面，或經(jīng)有隔熱蓋板的水溝導(dǎo)入水倉;將高溫排水管設(shè)于回風(fēng)巷;熱壓風(fēng)管設(shè)于回風(fēng)巷，或?qū)嚎s空氣冷卻后送入井下;其三，控制機(jī)械熱，最為常見的方法是對機(jī)電硐室進(jìn)行單獨設(shè)置，保證通風(fēng)的獨立性及有效性，同時還應(yīng)當(dāng)對輔扇安裝位置進(jìn)行重點把控，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際情況將工作面的輔助設(shè)備設(shè)置在回風(fēng)巷，保證良好的通風(fēng)屬性。

2.人工降溫技術(shù)

2.1人工制冷水降溫技術(shù)

制冷水技術(shù)的核心是礦井空調(diào)技術(shù)，通過在礦井下合理布置壓縮制冷機(jī)，便于借助制冷機(jī)將高溫緩解及降低。雖然氟利昂（R22）對臭氧層有破壞作用，但目前仍無法被完全取代。人工制冷降溫技術(shù)的關(guān)鍵是制冷、輸冷、傳冷、排熱及其系統(tǒng)控制。目前主要采用表面式和噴淋式空冷器來實現(xiàn)這一過程。

2.2人工制冰降溫技術(shù)

制冰降溫技術(shù)的原理為：從制冰機(jī)中取出冰塊并均勻的鋪灑在工作面上，冰塊在融化為水的過程中會吸收熱量，并實現(xiàn)熱量的交換，進(jìn)而將空氣溫度降低。

2.3個體防護(hù)技術(shù)

不同的煤礦中，礦內(nèi)環(huán)境往往存在顯著差異，在部分氣候及外部條件相對惡劣的環(huán)境下，部分降溫技術(shù)并不適宜應(yīng)用，再加之受到經(jīng)濟(jì)限制，風(fēng)流冷卻措施將不能直接使用，此時需要確保處于生產(chǎn)崗位的礦工都正確穿戴好冷卻服，提高個體保護(hù)效果，其作用在于，當(dāng)?shù)V內(nèi)溫度超出人體可承受范圍時，能夠?qū)崃孔韪粼谕?，避免直接與人體的對流，而工作人員在生產(chǎn)階段所產(chǎn)生的熱量也能傳遞給冷卻服。

二、現(xiàn)代降溫技術(shù)

1.深井HEMS降溫系統(tǒng)

深井HEMS降溫系統(tǒng)是針對深井開采高溫?zé)岷刂扑邪l(fā)的一套工藝系統(tǒng)，其工作原理是利用礦井各水平現(xiàn)有涌水，通過能量提取系統(tǒng)從中提取冷量，然后運(yùn)用提取出的冷量與工作面高溫空氣進(jìn)行換熱作用，降低工作面的環(huán)境溫度及濕度。HEMS-DUSEL系統(tǒng)包括將利用礦井涌水作為冷源的HEMS-I制冷系統(tǒng)、深井管道流體高壓轉(zhuǎn)化的HEMS-PT壓力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、全空冷式降溫HEMS-II降溫降濕系統(tǒng)、系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)及溫度數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程實時監(jiān)測系統(tǒng)。HEMS降溫技術(shù)與國內(nèi)外技術(shù)相比，無論是在獲取能量能力、降溫供風(fēng)方式還是在降溫降濕效果方面，均達(dá)到國際領(lǐng)先水平。系統(tǒng)運(yùn)行后，工作面的平均溫度降低4～6℃，效果非常明顯。

2.熱管降溫技術(shù)

分離熱管輸送冷媒技術(shù)依托分離氨系統(tǒng)延伸發(fā)展而來，其原理為：將中央制冷站直接設(shè)置在地表上，將熱管的蒸發(fā)器設(shè)置在井下。之所以進(jìn)行如此設(shè)置是因為，將制冷站設(shè)置在上部，便于后續(xù)進(jìn)行維護(hù)及管理，中央制冷機(jī)能夠直接將熱管中的冷凝熱排至地面，克服井下安裝制冷設(shè)備余熱污染問題，而下部設(shè)置則能夠提高冷媒水的循環(huán)利用效率，這就能夠合理縮減排水費用，基于制冷劑的相變屬性進(jìn)行制冷，冷損量得到了有效控制。

3.礦井壓氣蒸發(fā)冷卻技術(shù)

蒸發(fā)冷卻通過合理應(yīng)用水的汽化潛熱屬性，能夠借助水分的蒸發(fā)將熱量進(jìn)行吸收，從而將高溫緩解及降低。通過對可靠資料進(jìn)行研究可以發(fā)現(xiàn)，冷空氣升溫吸熱降低環(huán)境溫度、吸濕降低濕球溫度、膨脹吸熱降溫是高壓冷空氣的三大降溫能力。

4.壓縮空氣制冷技術(shù)

壓縮空氣制冷技術(shù)，是來自井下壓縮空氣主干管的壓縮空氣，經(jīng)限流環(huán)將空氣壓力減少到0.18～0.22MPa，然后進(jìn)入渦輪膨脹機(jī)的壓氣機(jī)端進(jìn)行增壓，壓氣機(jī)的推動力來自渦輪中空氣膨脹時的輸出功，空氣在壓氣機(jī)中增壓的同時，溫度亦隨著升高，壓氣機(jī)出口的空氣在水冷卻器與來自礦井中的供水進(jìn)行熱交換，使空氣的溫度降到接近壓氣機(jī)進(jìn)口時的空氣溫度，然后冷卻的空氣再通過膨脹機(jī)進(jìn)行絕熱膨脹，絕熱膨脹后的空氣溫度通?？山档?30℃左右。通過隔熱減噪風(fēng)筒將-30℃左右的冷風(fēng)導(dǎo)入掘進(jìn)面供風(fēng)筒，與熱風(fēng)混合后送往掘進(jìn)工作面。

5.瓦斯發(fā)電制冷降溫技術(shù)

瓦斯發(fā)電制冷降溫技術(shù)的應(yīng)用要點在于：基于瓦斯抽排實現(xiàn)發(fā)電功能，而后借助電能進(jìn)行制冷，實現(xiàn)對高溫的緩解。現(xiàn)階段部分瓦斯發(fā)電技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了成熟，其中十分常見的技術(shù)類型有燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、氣輪機(jī)發(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)發(fā)電等。

6.空氣透平膨脹制冷系統(tǒng)

氣體等熵膨脹是獲得低溫的重要方法之一，而透平膨脹機(jī)則是實現(xiàn)接近絕熱等熵膨脹過程的一種有效機(jī)械。目前，從空調(diào)設(shè)備、低溫環(huán)境模擬到空氣分離、氫氦的液化，都有透平膨脹機(jī)的實際應(yīng)用，即利用井下作業(yè)的高壓氣體作為工質(zhì)，通過透平膨脹機(jī)膨脹降溫，然后與一部分回風(fēng)相混合，送入空調(diào)區(qū)域。

三、結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)代煤礦的開采技術(shù)水準(zhǔn)不斷提升，深度開采不再是難題，但是在開采深度增加的同時，工作面的高溫?zé)岷栴}卻會不斷加劇，合理應(yīng)用降溫措施意義重大。

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（作者單位：河北中煤四處礦山工程有限公司 ）