深部綜采放頂煤開采工作面降溫淺析

◎劉玉昌闞春雨楊清成

前言：深部綜采放頂煤開采工作面的地熱影響會對整體開采工作以及工作施工效果帶來一系列的沖擊，而針對于地熱的影響以及現(xiàn)狀進行分析能夠?qū)Φ孛骈_采工作面的實際情況進行調(diào)控，借助一系列的開采面降溫技術(shù)和降溫方法來幫助調(diào)控工作面的局部溫度，同時統(tǒng)計相應(yīng)的數(shù)據(jù)，幫助完善整體工作環(huán)境提供良好的作業(yè)基礎(chǔ)，保證綜采放頂煤開采的穩(wěn)定性以及可持續(xù)性。

本文通過對深部綜采放頂煤開采工作進行概述，同時討論了深部綜采放頂煤的開采工作過程時的熱源來源情況，結(jié)合實際開采面的溫度狀況以及溫度的產(chǎn)生原因進行分析，提出了具有針對性的深部綜采放頂煤開采工作面降溫技術(shù)供參考研究。

一、深部綜采放頂煤開采工作概述

1.綜采放頂煤。

（1）綜采放頂煤開采技術(shù)。

深部綜采放頂煤屬于煤炭開采過程當中的一項重要技術(shù)，主要的技術(shù)來源以及技術(shù)發(fā)源是把原本深部綜采放頂煤開采一次性進行取出與分層開采以及分部分取出存在較大區(qū)別。深部綜采放頂煤開采是沿厚煤層的底部布置來實現(xiàn)采煤的工作面挖掘，同時在煤層的底部借助傳統(tǒng)的方法，把頂煤從工作面取出后一起放在后刮板輸送機上面，在沿襲傳統(tǒng)的方法以及傳統(tǒng)的技術(shù)原理，利用礦山自身的壓力以及輔助的措施能夠把頂煤從工作面當中分出，實現(xiàn)綜采放。

（2）綜采放頂煤開采條件選擇。

而針對于深部綜采放頂煤開采工作需要借助的技術(shù)以及實現(xiàn)的效果來源也不相同。如果頂煤比較堅硬時，需要對綜采放頂煤進行預(yù)處理，而預(yù)處理的工作和內(nèi)容，首先是要對頂煤就行軟化，借助于爆破或者注水軟化的方式，頂煤在開采之前就進行預(yù)處理工作，有效地降低頂煤自身的堅固性，通過爆破處理或者注水軟化的方式，來實現(xiàn)對頂煤的軟化效果，而對于一些煤層自身的注水特性不是特別突出，則需要借助預(yù)爆破的方式進行軟化，把兩種軟化方式進行相互結(jié)合和相互運用，才能夠從根本上對頂煤進行合理有效的預(yù)處理，幫助在后續(xù)的開采過程中實現(xiàn)深部綜采放頂煤開采的順利進行，因此預(yù)處理過程必不可少，并且需要結(jié)合實際的地理環(huán)境條件和頂煤自身的特性進行綜合考慮后，才能選出更合適有效地的處理方法。

2.綜采放頂煤開采工藝。

（1）綜采放頂煤開采工藝步驟。

綜采放頂煤工藝考慮的工序以及步驟都要從頂煤自身的情況出發(fā)，而針對大部分的綜采放頂煤工藝的主要工序為：割煤→移架→推移前部運輸機→放頂煤→拉移后部運輸機→拉轉(zhuǎn)載機縮膠帶輸送機→支回端頭和超前支柱。

（2）綜采放頂煤開采工藝操作。

首先最開始的工序步驟就是先要把刮板運輸機進行啟動并且運行，因為刮板運輸機在實際操作和使用的過程當中起到非常重要的約束作用。同時如果沒有提前對刮板運輸機進行預(yù)熱和操作的話，可能會在后續(xù)的運輸過程帶來影響。除此以外，在整個深部綜采放頂煤開采工作的工藝步驟過程當中，最關(guān)鍵的步驟就是割煤工序，因為整個綜采放的工作面管理，主要是包括頂板、機電設(shè)備的維護，頂?shù)装迨欠衿秸?，設(shè)備能否正常運轉(zhuǎn)等都與最終的開采效果息息相關(guān)，而頂板自身的平整性能以及設(shè)備的是否正常運作都會在一定程度上取決于頂板的平整程度，因此對于割煤工序過程當中自身的工作面是否平整，是否能達到對齊以及獨立平鋪是整個頂煤開采工業(yè)和工序過程當中的重中之重。

除此以外各個工序相互獨立并且互相配合，不僅能夠有效地提升整體工序自身的工程質(zhì)量和效率，同時也在一定程度上保證了整體割煤工序在開采以及運行過程當中的安全性。

3.深部綜采放頂煤開采工作面熱源來源。

深部綜采放頂煤開采工作面溫度升高的原因很多，而針對不同的溫度升高情況來說可能的熱源來源也不相同，產(chǎn)生深部綜采放頂煤開采工作面的熱源包括機電設(shè)備、煤層氧化以及通風路線以及其他因素產(chǎn)生的熱量。

（1）機電設(shè)備散熱。

首先，深部綜采放頂煤開采工作面最主要的熱源來源就是機電設(shè)備自身的散熱，因為在深部綜采放頂煤開采工作面中擺放了眾多的機電設(shè)備，并且這些機電設(shè)備自身的功率也非常巨大，大部分的機械功率都超過了一般的機電設(shè)備，如果多臺機電設(shè)備共同運行，總功率的增加也會在一定程度上給整體的功率和電壓帶來一系列的影響和功率的提高。

同時，整個生產(chǎn)期間工作面當中的溫度也會隨之升高，根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)，在深部綜采放頂煤開采工作面的運行過程中，運行時的順道口溫度往往都比停產(chǎn)期間的順道口溫度要高五到六攝氏度左右，因此在整體機械設(shè)備運作過程當中存在巨大的能源消耗并且產(chǎn)生大量的熱量，這也是深部綜采放頂煤開采工作面溫度升高的最重要影響之一。

（2）煤層氧化散熱。

除此以外，深部綜采放頂煤開采工作面中煤層的氧化散熱也是造成綜采放工作面溫度升高的另一個原因，因為在煤層的工作期間，開采區(qū)裸露的煤礦以及煤體自身會存在緩慢氧化的情況。而在這個氧化的過程當中就會造成大量的熱量散發(fā)，同時煤從自身在接觸到空氣的時候氧化的速度會進一步加快，也會在一定程度上進一步提升了深部綜采放頂煤開采工作面當中的溫度升高，給整個綜采放帶來溫度變化的影響。

（3）通風路線。

深部綜采放頂煤開采過程中另一個溫度升高的影響因素是通風路線的選擇以及排布，因為針對于一些頂煤綜采方開采的礦區(qū)和作業(yè)的來說，他們自身的通風路線存在一定的問題，大部分的通風路線都是在綜采方面的邊緣，同時通風的路線以及通風的邊緣也不夠長導(dǎo)致了流動的空氣中會與采放壁發(fā)生摩擦，產(chǎn)生一定熱量同時熱量無法迅速帶走，流動空氣自身流動的速率以及流動的順暢性不，也會在一定程度上造成各種開采工作面當中溫度的聚集和熱量的聚集，形成溫度的升高，同時進一步地影響了整體風流的溫度以及工作面自身的熱量溫度。

（4）其他因素。

除此以外，其他潛在的因素也可能造成深部綜采放頂煤開采作業(yè)過程產(chǎn)生溫度影響，包括礦山的布置方式，因為在深部綜采放頂煤開采工作面當中的布置方式以及軌道下山的方式都不一樣，當運輸條在運作過程當中，由于皮帶自身運作和摩擦都會產(chǎn)生一定的熱量，也會在一定程度上進一步提高了深部綜采放頂煤開采工作面整體空氣的溫度，深部綜采放頂煤開采工作面造成熱量蓄積。

二、深部綜采放頂煤開采工作面溫度情況

1.深部綜采放頂煤開采工作面溫度。

（1）深部綜采放頂煤開采工作面開采深度與溫度的關(guān)系。

由于礦區(qū)自身存在不同的深度，同時煤炭開采的深度與環(huán)境溫度的影響以及地層溫度的綜合影響都會在一定程度上影響深部綜采放頂煤開采工作面自身的溫度，而針對深部綜采放頂煤開采工作面的區(qū)域來說可以分為氣候影響區(qū)域、溫度穩(wěn)定區(qū)域以及地熱影響區(qū)域。

不同的區(qū)域井下地熱的現(xiàn)象都存在不同，而發(fā)生地熱的最主要原因是由于埋藏較大，深部綜采放頂煤開采工作面會受到地表溫度的遞增，導(dǎo)致了深部綜采放頂煤開采工作面自身的溫度可能會造成一系列的區(qū)別。對于深部綜采放頂煤開采工作面的溫度進行分析可以發(fā)現(xiàn)，在實際運作過程當中會受到不同煤層的溫度所帶來的影響。

（2）深部綜采放頂煤開采工作面溫度分布情況。

除此以外，洞口的位置以及分布的區(qū)域深度等都會在一定程度上給整體深部綜采放頂煤開采工作面自身的溫度帶來影響，一般在對深部綜采放頂煤開采工作面溫度進行監(jiān)測過程中都會保留三個類型的測溫口，包括簡易測溫口，短期穩(wěn)態(tài)測溫口以及長期穩(wěn)態(tài)測溫口，通過對不同洞口自身的布置布局以及測量不同時期和不同狀態(tài)下的深部綜采放頂煤開采工作面溫度來實現(xiàn)對深部開采工作面溫度有一個長期認識和了解，在一定程度上幫助確定深部綜采放頂煤開采工作面的實際工作溫度情況的真實反映，深部綜采放頂煤開采工作面的實際溫度測量結(jié)果表明，隨著埋深溫度的增加，工作面的溫度也會逐漸升高，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，垂深大約三百米處測得的溫度一般為三十攝氏度。

2.深部綜采放頂煤開采工作面升溫危害。

深部綜采放頂煤開采工作面所帶來的危害也是明顯可見的，因為針對于深部綜采放頂煤開采的過程來說，工作面溫度的升高也會在一定程度上會受到地表溫度的影響，同時深部綜采放頂煤開采工作面的熱量也會進行散發(fā)，影響整體煤礦開采設(shè)備中的機械設(shè)備以及通風設(shè)備的正常運行。

深部綜采放頂煤開采工作面溫度升溫所造成的影響都是不可逆的。同時，隨著溫度的升高會對整體的機電設(shè)備也帶來一系列的負載，具體來說，深部綜采放頂煤開采工作面在運作過程當中需要用到兩個大型設(shè)備以及大功率配套的機械設(shè)備，因此在開采的過程中由于機械設(shè)備自身受到溫度的作用會影響設(shè)備的精確度，久而久之會對設(shè)備運行帶來負面影響。另外深部綜采放頂煤開采工作面溫度升高的時候還會對實際的工作人員在開采和工作過程帶來影響，給工作作業(yè)人員高溫的不適，形成不良的作業(yè)環(huán)境。

三、深部綜采放頂煤開采工作面降溫技術(shù)

1.工作面制冷降溫原理。

（1）工作面局部降溫原理。

深部綜采放頂煤開采工作面制造降溫的原理主要有多個，首先對深部綜采放頂煤開采工作面進行降溫比較顯著的方法是利用局部制冷降溫的原理，局部降溫主要通過蒸發(fā)器以及冷卻器等主要設(shè)備進行共同運作和共同協(xié)作，來幫助實現(xiàn)整體的溫度降低。局部制冷劑附帶的壓縮機能夠有效地把制冷進行循環(huán)，并且制冷劑在吸收的熱量以后能夠以低壓的狀態(tài)存在，能夠更好地把壓縮機自身的壓力轉(zhuǎn)化成為能量，通過冷凝器對外界熱量的吸收能夠很好地把熱量傳遞到冷卻水當中，從而降低外部環(huán)境的熱量。

（2）工作面整體降溫原理。

而相對于深部綜采放頂煤開采工作面的局部降溫來說，深部綜采放頂煤開采工作面的整體降溫也能夠更好地把整體的環(huán)境以及溫度進行降低，而且針對于深部綜采放頂煤開采工作面的整體降溫來說，降溫的模式以及接觸的面積都更大，能夠更好地完成整個熱量的調(diào)控，同時整體降溫一般還會與智能控溫系統(tǒng)進行結(jié)合，能夠在深部綜采放頂煤開采工作面的每一個角度都進行調(diào)控。

除此以外，制冷劑當中冷凝器對熱量的吸收也能夠在一定程度上幫助熱量的降低，同時還可以將制冷劑進行不斷循環(huán)，轉(zhuǎn)化成為低溫高壓的液體狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)制冷劑與空氣中的熱量進行交換，吸收熱量同時完成整個降溫的工作。

但是針對于深部綜采放頂煤開采工作面的整體降溫來說，耗費的時間較長同時需要的經(jīng)濟投入也比較巨大，因此目前比較常用的深部綜采放頂煤開采工作面降溫技術(shù)還是使用局部降溫的技術(shù)與方法。

2.深部綜采放頂煤開采工作面降溫技術(shù)確定。

深部綜采放頂煤開采工作面的降溫效果都與選擇的技術(shù)以及實際的工作面當中的熱量環(huán)境有關(guān)，因此如何選取合理的降溫技術(shù)以及降溫的方式是保證整體降溫工作順利進行的首要關(guān)鍵。

同時，考慮到如果對整個深部綜采放頂煤開采工作面進行全面的降溫技術(shù)，那么無論對整體經(jīng)營海還是系統(tǒng)的經(jīng)濟投入都十分巨大，并且還需要較長的建設(shè)周期，因此如何能夠局部快速的實現(xiàn)深部綜采放頂煤開采工作面的降溫，并且在短時間內(nèi)把工作面產(chǎn)生的熱源帶走是整個深部綜采放頂煤開采工作的核心內(nèi)容。

（1）空冷器熱交換技術(shù)。

深部綜采放頂煤開采工作面中采用空冷器熱交換技術(shù)能夠很好地幫助提高整體設(shè)備的冷熱交換效率。空冷器熱交換技術(shù)是通過借助螺旋盤管的空冷器來實現(xiàn)冷熱交換，不僅能夠把整個冷熱交換效率進行更替，同時還能把傳統(tǒng)的體積進行降低，更好地幫助空冷器在深部綜采放頂煤開采工作面中移動，可以更好地對主要產(chǎn)生熱源的地方進行調(diào)控，實現(xiàn)溫度的控制以及熱量的調(diào)整。

空冷器熱交換技術(shù)降溫的根本依據(jù)是考慮降溫效果以及降溫的調(diào)控性能。由于空氣自身的比熱容比較小，因此借助空冷器的運行能夠很好地幫助實現(xiàn)溫度的變化，同時更好地實現(xiàn)控溫效果，特別是針對于空冷器的擺放位置來說，可以把空冷器放在深部綜采放頂煤開采工作面的出口處，這樣能夠更好地把出口處的熱量收集起來，同時從出口處帶走熱量，幫助實現(xiàn)降溫。一般在深部綜采放頂煤開采工作面中最里面空冷器安裝的位置需要與開采面的距離不超過100 m，如果要把工作面向外推進到距空冷器十到二十米時，那么最里面的空冷器就需要移動到最外面空冷器以外大約五十到六十米處，通過不斷循環(huán)以及重復(fù)來提高降溫效果，同時又可以很好地減少空冷器的移動次數(shù)。

（2）噴淋降溫及采面設(shè)備冷卻技術(shù)。

深部綜采放頂煤開采中工作面使用噴淋降溫的技術(shù)能夠幫助實現(xiàn)設(shè)備的有效冷卻，總所周知設(shè)備產(chǎn)生熱量是整個工作面出現(xiàn)溫度上升以及熱量增加的最主要原因，而借助噴淋降溫技術(shù)不僅能夠快速地把溫度進行控制，同時還能在常規(guī)機械制冷降溫方式的基礎(chǔ)上結(jié)合深部綜采放頂煤開采工作面自身的溫度情況以及產(chǎn)熱效果，幫助完成在不同情況下的溫度調(diào)控以及冷卻控制。除此以外，通過噴淋降溫的技術(shù)還能解決深部綜采放頂煤開采工作面當中“下冷上熱”冷熱不均的現(xiàn)象，通過低溫水的降溫以及噴淋幫助將塵埃以及熱量帶走。

除此以外，還可以在深部綜采放頂煤開采工作面中使用到的設(shè)備的水進行更換，同時把采煤機、 輸送機 、轉(zhuǎn)載機等設(shè)備的冷卻水換成低溫水，進一步更高地提高整體的降溫效果，幫助實現(xiàn)深部綜采放頂煤開采中工作面的溫度控制，從設(shè)備源頭減少產(chǎn)生的熱量以及熱源危害。

（3）降溫系統(tǒng)智能控制。

降溫系統(tǒng)智能控制比較適用于需要降溫較大面積的深部綜采放頂煤開采區(qū)域以及系統(tǒng)，如果在深部綜采放頂煤開采中使用智能集中控制系統(tǒng)可以把整個工作面需要的冷卻以及降溫的系統(tǒng)以及溫度和風量等進行綜合調(diào)節(jié)，幫助實現(xiàn)全方位的參數(shù)調(diào)整以及降溫控冷的效果。而借助智能控制系統(tǒng)不僅能夠有效地進行檢測，同時還可以把不同的降溫設(shè)備進行聯(lián)動，將設(shè)備都接入到系統(tǒng)當中實現(xiàn)系統(tǒng)化的智能控制以及降溫調(diào)節(jié)。此外，借助降溫系統(tǒng)的調(diào)整還可以把降溫的參數(shù)以及運作的參數(shù)、水量以及壓力等進行集中調(diào)控，通過集中的控制來取得良好的降溫效果，此外操作人員還可以根據(jù)實際系統(tǒng)運作過程中出現(xiàn)的問題進行調(diào)整，結(jié)合實際的情況以及問題，通過深部綜采放頂煤開采智能控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)收集以及數(shù)據(jù)調(diào)控，把錯誤的情況反饋到工作人員手中，及時掌握可能存在的問題以及需要處理的現(xiàn)狀，進一步完善以及落實對深部綜采放頂煤開采工作面的溫度調(diào)節(jié)以及降溫操作。

結(jié)語：

綜上所述，深部綜采放頂煤開采工作面中產(chǎn)生熱量的原因很多，如何多熱源進行排查以及控制是保證工作面降溫的首要步驟，其次還需要針對性地對深部綜采放頂煤開采工作面采取降溫措施，包括局部降溫或者整體降溫的方式，實現(xiàn)溫度以及熱量的調(diào)節(jié)以及控制。