制冷降温（精选六篇）
制冷降温 篇1
1 东海煤矿五采区32#层概况
东海煤矿五采区现开采32#煤层, 开采垂深已达1100m, 原始岩温为36.5℃, 即将构成二级热害区。除此之外, 矿井在生产过程中, 风流由地面流动至井下的自压缩温升, 采掘工作面采出的煤矸在运输过程中放热以及采掘工作面机电设备运转时放热等, 加之夏季矿井入风温度高, 从而导致我矿五采区采掘工作面气温高达28~33℃, 湿度85%。在这样的高温环境作业, 已对我矿矿工的身体健康和安全生产造成了影响。为此集团公司与矿研究决定, 在五采区现回采工作面进行热害治理工作。
2 应用地点情况
东海煤矿五采区195采煤队现回采32#右九/右十路, 采面走向长1160米, 倾斜长180米, 煤层平均厚度1.4米, 自2008年8月开采至2009年3月末已推进700米, 走向剩余400米, 开采水平标高-796.8米, 距地表垂深1050米。工作面为高档普采, 采用走向长壁后退式采煤方法, 全部跨落法管理顶板, 使用单体柱维护采场, 上巷采用码袋墙留瓦斯抽排巷及仰角钻治理瓦斯;工作面采用“U”型通风, 新鲜风流由32#层四段绞车道经右十路 (下巷) 冲洗工作面经32#层右九路 (上巷) 进入32#分区风道, 最后汇入总排风道, 现195队工作面配风830m3/min, 入风温度19, 工作面与回风温度较高, 上隅角最高温度达35℃。
3 降温原理
东海煤矿于2009年3月投用北京长顺安达测控技术有限公司生产ZJL-450型制冷机, 制冷设备由制冷降温系统和水冷却系统两个基本要素组成。
(1) 制冷降温系统:
局部通风机通过风筒串联到45KW局部通风机上, 蒸发器通过制冷剂蒸发吸收风筒中风流热量, 将通过蒸发器的空气从20℃降至12℃, 并由局部通风机通过风筒风流将蒸发器中被强制冷却的空气输送到工作面下端入风口, 降低工作面温度。压缩机将在蒸发器中蒸发的制冷剂抽回到压缩机, 并将其压缩为高压高温气体, 排放进冷凝器冷凝为液体, 经过热力膨胀阀降压, 送至蒸发器再次蒸发, 如此循环。
(2) 水冷却系统:
制冷剂经压缩机排到冷凝器液化, 需要放出热量, 该热量传递给冷却水, 使冷却水由20℃升至40℃, 被加热的冷却水送回水仓或经过机械将高温热水排放到地面。
4 调试安装
设备入井前, 必须在地面调试安装。根据气候条件设定其制冷参数, 并对操作人员进行技术培训。调试结束并连续工作24小时, 没有异常情况方可进行井下安装。首先在距采煤工作面下巷入风口处施工一个硐室, 规格为长20米, 宽3米, 高2.8米。专门供电线路, 保证制冷设备安全运转, 一台45KW局部通风机, ∮800mm风筒与蒸发器连接, 在蒸发器出口安装∮
800mm风筒, 接至工作面下端口。
5 降温效果
2009年3月18日制冷机正式投入运转, 蒸发器入风温度19℃, 蒸发器出风温度12℃, 入回风温度差为7℃。风筒内风量为680m3/min。制冷系统连续运行60小时, 总结数据如表1。
随着采区开采深度的增加, 原岩温度的升高, 回采与掘进工作面环境的热害日益严重, 作为龙江深井开采第一矿, 治理矿井热害刻不容缓, 目前采用机械制冷降温是深井开采必由之路, 为了确保矿工身体健康, 给矿工创造一个良好工作环境, 我矿在采用机械制冷的同时也采取了对开采煤层进行煤层注水、缩短入回风路线、加大工作面风量、减少工人劳动强度、提高员工福利待遇等各种措施, 切实做到以人为本和谐发展的企业发展宗旨。为深井开采治理地温热害和企业可持续发展铺就一条成功之路。
摘要：随着采区开采深度的增加, 原岩温度的升高, 回采与掘进工作面环境的热害日益严重, 作为龙江深井开采第一矿, 治理矿井热害刻不容缓, 目前采用机械制冷降温是深井开采必由之路, 为此集团公司与矿研究决定, 在东海煤矿五采区195采煤工作面进行热害治理工作, 取得了良好的效果。
矿井制冷降温系统的研究与应用 篇2
朝阳煤矿核定能力72万吨/年, 从井巷设计、设备选型、系统装备等均按90万吨/年的能力施工。
2 矿井需冷量计算
2.1 采掘面降温标准
结合朝阳矿目前及下步深水平高温发展状况, 按《煤矿安全规程》规定, 生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26℃, 机电设备硐室的空气温度不得超过30℃计算需冷量。
2.2 供冷范围
按矿生产要求, 降温工程共设计矿井一个综采工作面、四个掘进工作面。
2.3 矿井需冷量计算
1) 回采工作面需冷量的计算
根据矿提供的工作面数值, 计算回采工作面的需冷量为510k W。
2) 掘进工作面需冷量计算
风量260m3/min, 按同样方法计算四个掘进工作面需冷量, 四个掘进工作面总需冷量为610k W。
3) 矿井总需冷量Q=510+610=1120k W
目前矿井井下降温需冷量为:
Qc=K*Q=1.2×1.25×1120=1680k W
3 制冷降温方案确定
制冷水降温主要由制冷水系统、输冷系统、井下输冷散冷系统四大部分组成。
4 水制冷降温系统
4.1 主要制冷设备选型
4.1.1 井下制冷
综采工作面上隅角附近安装1台MK-300空冷器和1台MK-150空冷器, 制冷量500k W, 满足降温需求。掘进工作面的需冷量为150k W, 进风巷采用1台新雪公司生产的MK-200空冷器, 作为热交换器, 满足降温需求。
井下降温总循环冷水量103.2m3/h, 考虑到井下防尘用水量及地面空调用水, 选择冷水量为120m3/h, 用于制冷器降温后的, 剩余回水, 经过回水管排到地面。
地面选用3台1032k W的水冷螺杆机组, 冷冻水由20℃降为5℃, 所需的水量为120m3/h, 可满足矿井1个回采工作面、4个掘进工作面的降温需求及地面中央空调供冷。
4.1.2 供冷设备
可直接由地面制冰机房内的冷水机组提供冷水, 地面冷水机组去除井下降温、防尘用水后, 剩余冷水量为16.8m3/h、制冷量294k W满足餐厅售饭大厅、机关澡堂夏季室内空调用水量。
4.2 降温工艺流程设计
在地面建立制冷中心, 制冷中心生产的5℃的冷水通过供冷水泵送至副井井筒中的通过改造后的备用排水管路, 经过井底减压阀减压后, 低温冷水进入到矿井防尘管网中, 直接供至工作地点, 通过安装的制冷装置, 冷却工作地点进风流温度, 达到工作面降温的目的, 同时空冷器的降温后的回水, 经过排水水泵将工作面高温回水排到地面。
4.2.1 地面制冷系统
制冷机房布置在地面工业广场内, 主井南侧。本设计制冷机房采用砖混结构, 机房内安装冷水机组、水泵, 冷却塔安装在屋顶上。制冷机房内建制冷机设备基础, 安装三台水冷螺杆机组、冷冻水泵、冷却水泵;配电室内安装高压配电柜和低压配电柜。机房顶部安装三台冷却塔, 作为制冷系统排热装置。
制冷系统主要设备参数如下:
1) 冷水机组型号CSRH2702
2) 冷却水泵
根据冷水机组冷却水流量211m3/h, 考虑设备运行效率取系数1.2, 则实际水流量为253.2m3/h, 选用KQL200/285-309/4 (Z) 型水泵4台 (二用二备) , 流量262m3/h, 扬程24m, 功率30k W, 满足要求。
3) 冷却塔
根据冷水机组热负荷1231k W, 选用3台LBCM-250型冷却塔, 冷却水流量250m3/h, 功率11k W, 满足要求。
4.2.2 散冷系统
回采工作面选用1台MK-300型空冷器、1台MK-200型空冷器, 掘进工作面选用1台MK-200型空冷器。
4.2.3 控制配电系统
地面制冷机房设置配电室, 水冷螺杆机组与其他辅机供电采用380V供电。对于各采掘工作面的空冷器风机的供电可取自相近的采区660V电源。
5 降温效果
降温处理后, 井下回采工作面上隅角的温度由35℃下降到26.5℃, 下隅角下降到28℃, 掘进工作面由35℃下降到24℃, 达到了降温的要求, 效果良好。
6 结论
矿井降温系统是高收益的投资, 制冷降温系统运行效果良好决定着整个矿井生产效益。对于深部矿井采结合矿井自身特点, 选用综合性价比较高的制冷降温系统。
参考文献
[1]卫修君, 胡春胜.矿井降温理论与工程设计[M].煤炭工业出版社, 2008 (1) .
[2]项英.矿井生产所需制冷量及降温系统的研究与应用[J].辽宁工程技术大学出版社, 2012.
[3]肖知国, 冉松河.梁北煤矿高温成因与降温对策[J].2007.
制冷降温 篇3
1 工作面概况
跃进煤矿25110综放工作面开采煤层为下侏罗统义马组2-1煤, 可采走向长865 m, 倾斜长191 m, 平均倾角12°, 平均煤厚11.5 m, 可采储量179.6万t。回风巷布置在上一工作面二分层中, 梯形断面, 净宽6.0 m、净高3.1 m, 净断面15 m2, 巷道采用锚网、矿用工字钢梯形棚复合支护;胶带运输巷为椭圆形断面, 长轴6.2 m, 短轴5.0 m, 净断面24.5 m2, 采用锚网索+36U椭圆形棚复合支护, 沿煤层顶板掘进巷道, 铺设胶带和轨道。
该工作面对应的地面标高为+551~+596 m, 煤层标高为-394.0~-451.7 m。开采深度为969.9~1 041.7 m。采用上行风U型通风方式, 风量1 236 m3/min。工作面相对湿度96%, 机头温度30.0℃, 机尾温度31.2℃。
2 开闭式降温系统
2.1 降温设备
TS-300B直冷式制冷机主要由TS-300/ZM主机、TS-300/PB型蒸发器和CWW-420型冷却器构成。其额定冷却功率300 k W, 配套2×30 k W、2×22 k W对旋式局部通风机向工作面输送冷风降温。主机的冷凝器采用HFC组的R407C环保型冷却剂, 对臭氧层的影响指数ODP=0。
2.2 开式降温系统
2.2.1 制冷设备安装
开式制冷机组安装在工作面胶带运输巷350 m处。在胶带周边安设支撑台架, 制冷机组、开关安设在台架上。对旋式局部通风机、蒸发器吊挂在椭圆形棚梁上 (图1) 。
2.2.2 供排水系统
该机组采用开式冷却水系统。采用该工作面的108 mm供水管路向制冷机组供给冷却水, 机组需水量18~36 m3/h。冷水管和热水管均采用同规格钢管 (108 mm) , 供水水量30 m3/h, 水温28℃, 热水管用岩棉做隔热处理。
供水:静压水源→总进水管→制冷机组进水管→过滤器→主机。
排水:主机冷凝器出水管→热水管→25区水仓。热水管用岩棉包裹, 厚度20 mm。
2.2.3 供电系统
主机用电取自该工作面供电系统, 电机功率90k W, 由1台200 A、660 V的隔爆兼本安开关控制动力。蒸发器配套风机功率为2×30 k W, 由1台100A、660 V防爆开关 (具有本安远程闭锁功能) 控制。另外, 布置安装1台127 V综保开关, 为主机提供控制电源。
2.2.4 供风系统
选用2×30 k W局部通风机, 接800 mm普通柔性风筒经蒸发器至工作面机头100 m处, 向工作面送冷却风流。
2.3 闭式降温系统
2.3.1 制冷设备安装
该制冷机组 (与开式制冷设备相同) 与开式制冷机组安装在同一地点。冷却站设在25区专回下山与工作面胶带运输巷交叉口附近, 冷却站安装设备主要有冷却器、2×30 k W冷却局部通风机、水泵及控制开关等 (图2) 。
2.3.2 供排水系统
(1) 循环供排水流程。自制水箱→阀门→主水泵→供水钢管 (108 mm) →阀门→过滤器→流量表→主机冷凝器进水管→主机→主机冷凝器出水管→阀门→隔热钢管 (108 mm) →过滤器→冷却器进水口→冷却器→冷却器出水口→自制水箱。主水泵选用2台MD85-45×3型、喷淋水泵选用2台MD25-30×2型。由制冷机组主机中冷凝器出来温度为40℃左右的冷却水, 采用规格108 mm×4mm的无缝钢管作为回水管路, 在进风段需进行隔热处理。
(2) 冷却器喷淋水循环流程。冷却器水箱→喷淋水泵→80 mm喷淋管 (胶管) →阀门→喷淋水进口→喷淋→冷却器水箱。
(3) 冷却水及喷淋水补给。采用防尘水补充水量损耗, 补充水量5 m3/h。
(4) 自制水箱。在冷却站放置1个水箱, 循环水系统通过水箱缓冲, 既可散去部分热量, 又有利于水流的稳定。水箱由5 mm厚的钢板焊制而成, 容积6 m3。
2.3.3 供电系统
主机用电取自该工作面移动变电站, 电压为660 V, 电机功率为90 k W, 由1台200 A、660 V的隔爆兼本安开关控制动力。主机控制系统电压为127V, 由1台ZBZ-4型综保开关控制。机组蒸发器配套通风机为2×22 k W对旋轴流局部通风机。由1台QBZ-120/1140 (660) 防爆开关控制。冷却器配套风机功率2×30 k W, 配套主循环泵功率37 k W, 喷淋泵功率11 k W, 分别由3台QBZ-120/1140 (660) 防爆开关控制。
2.3.4 供风系统
制冷机配备2×22 k W对旋局部通风机, 吸风量控制在350 m3/min, 2套机组总处理风量为750m3/min。风流通过蒸发器制冷后, 冷风通过800mm普通柔性风筒送到工作面机头150 m处。CWW-420冷却器配套2×30 k W对旋风机, 将热风排至回风巷。
3 降温效果
闭式制冷降温系统投入运行后, 对制冷效果进行了测试。测试前, 停止制冷机运转, 并使工作面温度稳定后测定测点温湿度;开启开式制冷机, 待工作面温度稳定后测定测点温湿度;开闭式制冷机联合运转后, 再次测定降温效果, 进行比较。测定结果见表1。
℃
测试结果显示:工作面机头温度为25.2℃, 工作面中部温度为26.2℃, 工作面机尾温度为28.6℃, 回风巷口温度为29.8℃。工作面温度平均下降4℃左右。工作面风流湿度由原来的96%下降到92%, 舒适度增加, 工作环境有较大改善。
4 结语
单台制冷机在综放工作面使用起到一定降温效果, 采取2台制冷机实施开闭式联合运转, 既保障了矿井供水, 又使工作面温度、湿度明显降低, 从而使工作面环境明显改观, 劳动效率得到较大提高。
TS-300B直冷式制冷机操作方便, 运行稳定, 体积小, 便于移动, 一般1个工作面移动3次即可满足要求。但安装地点要有足够的空间, 以便能够运输安装。对于易自然发火矿井, 为防止采空区漏风而降低供风量, 又需解决热害, 采取井下移动式制冷机降温是较好的选择。
摘要：针对单台TS-300B型制冷设备对深井综放面降温效果不明显的情况, 跃进煤矿采取开式和闭式2套制冷设备同时对工作面降温的措施, 既保证了矿井供水需要, 又达到了较好的降温效果, 从而改善了综放面工作环境, 有利于矿井实现高产高效。
制冷降温 篇4
为保障矿工的身心健康和生产的安全进行, 我国的《矿山安全条例》规定:井下工人作业地点的空气温度, 不得超过28℃, 超过时应采取降温和其他保护措施。同时《煤矿安全规程》规定:采掘工作面的空气温度不超过26℃, 机电硐室的空气温度不得超过30℃, 空气温度超过时, 要采取降温措施。
当采掘工作面ta>30℃, 机电硐室ta>34℃时, 必须停止工作, 采取降温措施。
徐州矿区随着煤炭资源的枯竭, 有些矿井不得不向深度开采, 工作面温室度越来越高, 特别是三河尖矿, 张集矿已采到1000米以下, 经测井下出水点水温及岩温高达36~39℃, 掘进工作面空气温度达到31~32℃, 井下局扇吸风侧空气温度达到26~29℃, 严重制约着矿井安全生产, 致使巷道掘进无法正常进行。
为解决地热灾害问题, 曾采取加大迎头风量、降低机电设备散热、缩短作业时间等非人工制冷措施, 但不是解决地热危害的根本途径。由于受巷道断面的限制和局部通风装置的制约, 供给掘进巷道的风量有限, 通过加大风量温度下降很小, 通过测试掘进巷道内空气温度只降低了1℃, 起不到应有的降温作用。下面就现场如何采用机械制冷进行了一系列应用研究, 取得了预想的效果。
1 制冷降温技术
1.1 安装环境
通过现场调查研究决定, 在张集煤矿北翼延深轨道下山掘进中采取安装北京鑫源九鼎科技有限公司TS-300B煤矿井下局部制冷机组, 用于井下掘进巷道的空气降温。北翼延深采区是张集煤矿2014年后主要生产采区, 2012年3月开始掘进, 巷道采用锚喷支护, 北翼延深轨道下山设计长度为1900m, 巷道为拱形巷道, 断面为5.2×4.2m, 截止到2013年5月10日已掘进435m, 迎头标高达到-830m水平。风机前温度29℃, 掘进巷道空气温度超过了31℃, 必须采取降温措施, 才能生产。
1.2 制冷机组的组成及工作原理
现场安设的TS-300B煤矿井下局部制冷机组, 包括压缩机, 换热器 (冷凝器和蒸发器) , 制冷元件 (主要是节流阀) , 电控系统等四大部分组成。其工作原理是主机中的压缩机首先将吸收过热负荷的低压气态制冷剂 (R407C) 吸入, 然后压缩为蒸汽, 这时的蒸汽不但温度高, 压力也大, 压缩的高温高压蒸汽通过冷凝器将热量传递给冷却水, 制冷剂的温度下降, 变成了低温高压液体, 这种低温高压状态下的制冷剂再通过膨胀阀节流, 压力得到降低, 从而变为低温低压的气液两相混合物, 这种混合物进入蒸发器。其中的液态制冷剂在蒸发器铜管中蒸发, 需要吸收大量热量 (称为吸热过程) , 从而使蒸发器内盘形管温度下降 (制冷) , 掘进工作面的局部通风机与蒸发器一端相连接, 开动局部通风机, 通过风机的高温风流流经蒸发器内盘形管, 进行冷热交换, 温度得以持续下降, 然后降温的风流通过风袋被送到工作面, 从而使工作面温度达到标准值以下。而吸收热量后的制冷剂以低压气态再次进入压缩机进行循环;冷却水通过吸收制冷剂的热量, 然后进入冷却水箱, 再通过水泵循环进入冷却器内, 在冷却器的一侧安设局部扇风机, 吸收的热量被排出, 冷却水热量释放后再次进入主机中的冷凝器内, 从而再次吸收制冷剂中的热量, 重复循环, 达到降温的效果。TS-300B制冷机组工作原理如图1。
1.3 制冷机组的相关参数
1.3.1 制冷主机参数
主机型号:TS-300/ZM;制冷量:300kw;制冷剂hfc:R407C.ODP=0;外形尺寸:长度*宽度*高度=3400*820*1280mm;重量:2750kg;电机电压:660V或1140V, 50Hz;电机功率:90kw;冷凝器类型:壳管式;冷却功率:380kw;冷却水循环压力:最大40bar;冷却系统:循环式 (循环供水) ;安全控制装置:ia (ib) -Exia (ib) d I本安型。
1.3.2 空气蒸发器参数
蒸发器类型:TS-300/PB;制冷量:300kw;外形尺寸:长度*宽度*高度=2900*900*1050mm;重量:1600kg;风量:10m3/s;压降:1000Pa;制冷剂循环最大压力:2.5MPa;喷淋喷嘴处压力:1.6MPa。
1.3.3 冷却器参数
蒸发-喷淋冷却器型号:CWW-300;冷却功率:300kw;外形尺寸:长度*宽度*高度=3550*900*1600mm;重量:1850kg;风量:7.5m3/s;冷却水流量:5-10kg/s (18-36m3/h) ;冷却循环最大压力:4.0MPa;喷淋供给最大压力:1.6MPa。
2 在现场中应用实践
2.1 制冷机组在现场的安设
制冷机组的具体安设位置非常关键, 安设位置的好坏, 一是牵涉到安全防爆, 二是牵涉到降温效果。三是电能消耗的大小。为此在现场通过比较分析, 确定制冷主机安设在北翼延深轨道下山掘进巷道局部通风机旁侧巷道处 (专门设置的硐室) , 空气蒸发器安设在局部通风机出风侧风筒中, 冷却器安设在风机处旁侧巷道中。为了更好地让制冷剂循环, 增加传输效果, 制冷主机和空气蒸发器间采用4寸高压软管来连接。同样制冷主机和冷却器间采用4寸钢管来连接, 这样保证了冷却水的循环。水箱中水要不间断供应, 它的来源是本地区的防尘水, 直接与巷道中防尘管路相连接, 作为补水水源。多余热水直接排放到回风巷内水沟内, 经水泵排到上一水平, 并流到井底水仓内。具体安设情况如图2所示。
2.2 现场调试
安装完成后, 分别请相关专家进行调试, 正式运行的时间为2013年6月18日。经过对温度的实际监测, 张集矿北翼延深轨道下山掘进工作面空气温度下降到24℃, 轨道下山距回风巷道入口空气温度下降到27℃, 降温效果显著, 掘进巷道、掘进工作面作业环境明显改善, 工作效率明显的有了很大提升, 有效的为矿井的安全稳定生产以及职工人员的身体健康提供了安全保障。
1-制冷主机;2-空气蒸发器;3-局部通风机;4-冷却器;5-水冷循环管路;6-风筒
3 结束语
3.1 通过在现场安装了TS-300B型制冷设备后, 设备正常运行后, 工作面气温条件发生很大变化, 满足了矿井空气质量标准, 使工作面空气温度下降到24℃, 降温效果明显, 空气温度下降了6~9℃, 有效改善了井下工作地点的气候条件。
3.2 造成矿井温度较高的原因有很多, 产生热害的程度也大不一样。因此, 在对矿井设计降温时, 必须要结合具体的实际情况, 针对具体的因素采取措施进行降温处理, 做到经济有效安全。本掘进下山采用重新构建巷道安设制冷主机和冷却器, 其他地点可根据现场实际, 选择已有巷道进行安设。选取的制冷机组型号也可以是TS-400B和TS-450B, 依据现场温度的高低来确定。
3.3 在热害处理方面, 如果仅仅是依靠加强通风这一措施来达到降低温度的目的, 效果是非常不明显的, 因此必须考虑人工制冷降温系统的应用。
摘要：随着开采深度不断加大, 许多矿井面临高温带来的严重威胁, 巷道中作业场所空气温度明显超过《煤矿安全规程》的相关规定, 特别是掘进作业, 由于受巷道断面的限制和局部通风装置的制约, 供给掘进巷道的风量又不能明显加大, 通过加大风量温度下降很小, 起不到应有的降温作用。文章采用最新的局部制冷降温技术, 在张集煤矿高温掘进作业地点安装TS-300B型煤矿井下局部制冷机组, 对如何安设和利用进行了实地应用研究, 空气温度下降69℃, 取得了良好的效果, 解决了井下高温问题。
关键词：制冷降温技术,掘进巷道,高温,应用
参考文献
[1]亓晓.矿井热环境预测方法研究及数值模拟系统开发[D].山东科技大学, 2010.
制冷降温 篇5
1 地热概况
根据矿井地质资料, 本区恒温带深度50m、温度18.9℃;平均地温梯度2.88℃/100m, 其中非煤系地层平均地温梯度2.52℃/100m, 煤系地层平均地温梯度3.23℃/100m。矿井主采3煤层底板温度平均41.38℃, 3煤层全部处于一或二级高温区。
2 热环境分析
2.1 地面季节性气候
矿井所在地区季节性气候明显, 夏季炎热。由于夏季地面入风温度较高, 从而导致井下气温较高。同时, 地面大气温度的季节性变化, 也影响到井下风温的季节性变化, 而且变化规律基本上是同步的。经实测, 矿井井筒常年为加温过程, 这与其他矿井夏季井筒起降温作用有着根本的区别, 这是该矿井夏季高温热害较严重的重要原因。
2.2 巷道围岩放热
矿井开采深度大, -810m水平的围岩温度曾高达44.7℃, 处在二级热害区。因此, 围岩是矿井内风流的主要加热环境。矿井通风系统形成后, 巷道围岩放热增加了风流的温度。
2.3 矿井涌水放热
目前矿井总涌水量保持在1000m3/h~1500m3/h, 涌水水温45℃~51℃, 涌水水温比岩温高, 同水平水温比岩温高4~6.3℃, 水的放热量传递给风流的速度快。水温高散热是该矿井高温热害重要特点。[1]
2.4 机电设备运转时放热
该矿井为高度机械化生产的大型现代化矿井, 采、掘、运的机电设备容量大, 采煤工作面内装机容量为3450k W, 掘进工作面内装机容量为403k W, 采煤工作面运输顺槽内装机容量为3140k W, 采煤工作面辅助顺槽内装机容量为296k W, 胶带输送机大巷内装机容量为2520k W等。机电设备运转放热是矿井不可忽视的高温热环境。
2.5 风流压缩热
风流为一可压缩流体, 其沿井筒向下流动时, 由于自身的压缩使其焓值升高, 相反地, 向上流动时, 由于膨胀使其焓值降低, 风流从地面流入井底是一个加温压缩的多变过程, 对井底车场的风温起决定性的作用。[2]局部通风机对风流的压缩, 也遵循以上规律。风流经过局部通风机高压压缩送入工作面, 风筒内的风流比局部通风机前风流的温度升高4~6℃。[3]
3 国内外矿井降温技术概述
防治矿井热害技术自20世纪20年代兴起, 至今已有80余年的历史;但是, 迅速发展并广泛应用是在20世纪70年代以后。纵观国内外矿井降温技术, 可分为非人工制冷降温技术, 人工制取冷水降温技术, 人工制冰降温技术和空气压缩式制冷技术。[4]从20世纪70年代开始, 人工制冷降温技术开始迅速发展, 使用越来越广泛、越来越成熟, 该种降温技术已经成为矿井降温的主要手段。该种矿井降温技术主要有:井下集中式、地面集中式、井下地面联合集中式、分散式。[5]
4 井下集中制冷降温系统
4.1 井下集中制冷降温系统概述
新巨龙公司井下集中制冷降温系统采用先进的德国WAT降温技术, 制冷降温部分主要由冷却水循环系统、冷冻水循环系统和散冷系统等组成。通过打钻孔方式从地面下两趟冷却水管到井下, 冷凝热在地面排放, 同时在井下设制冷硐室、地面设冷却机房。主要优点有: (1) 制冷机组可尽量靠近负荷中心, 冷损小; (2) 机组可模块化组合, 根据负荷分布情况分区域集中制冷; (3) 系统简单, 无需设高低压转换设备, 少一个高压冷冻水循环, 系统冷损小; (4) 冷却水管路无需保温, 施工、安装方便。
4.2 井下制冷机组
井下制冷机组使用德国WAT公司成熟的产品KM3000机组, 单机制冷量可达3300k W, 目前安装三台机组。根据《煤矿井下热害防治设计规范》的要求, 当采用井下集中式制冷降温方式时, 制冷机出水温度不应高于5℃。制冷机组出水温度确定为3℃, 另外, 供水与回水的大温差对整个系统更有利, 国外一般为15℃, 从设备运行安全性、稳定性及使用情况等方面考虑, 采用3℃/18℃的供回水温差。
4.3 冷却水系统
结合地面冷却机房的布置, 选用两台方形横流塔作为冷却塔。与井下制冷机组相配套, 选用三台冷却水循环泵。由于冷却塔存在蒸发损失、风吹损失及排污损失且补水要求为软化水, 计算出需补水量并安装配套补水设备。利用在地面打钻孔方式下两趟冷却水管, 与井下制冷系统相连接, 实现冷却并在地面排放冷凝热。
4.4 冷冻水系统
与制冷机组相配套, 选用三台冷冻水循环泵, 两用一备。冷冻水的补水定压方式采用设补水箱, 补水泵, 水源引自降温硐室的冷却水回水管, 经减压阀减压后接至补水箱。由于制冷机组对水质的要求, 井下集中式制冷降温系统需补充软化水, 因此应提供满足制冷机组要求的水质。
4.5 散冷系统
输冷管采用无缝钢管, 输冷管的隔热保冷结构采用塑套钢预制成型保温管, 其内工作管为无缝钢管, 中间层为聚氨酯发泡保温层, 外护管为双抗高密度聚乙烯管。为确保冷冻水系统通往各采区主干管路的压力平衡, 在采区的枝干管处必须设置电动调节阀及流量计, 以调节冷冻水流量。
将冷水输送到采掘工作面后, 采用空气冷却器散冷方式, 对采掘工作面进行散冷降温。[6]根据采掘工作面的散冷量, 在采掘工作面的合理位置安设大小不同、多少不等的空气冷却器进行散冷, 以降低采掘工作面的风温。新巨龙公司采用了德国先进的RWK-450型空冷器, 确保了空冷器的散冷效率。
5 应用效果
制冷降温 篇6
淮南矿业(集团)有限公司所属的淮河以北煤矿,2002年后陆续进入深部开采。随着开采深度的增加,热害问题日趋突出。高温、高湿环境使得夏季井下工作条件恶化,工作效率大幅下降,严重危害工作人员身体健康。热害已到了非治理不可的地步。目前淮南矿业集团已实施的矿井热害治理工程,按照制冷机组和冷却系统布置形式可分为:井下移动制冷降温系统、井下集中制冷降温系统和地面集中制冷降温系统[1,2]。
1 潘谢矿区地温分布规律
潘谢矿区背斜均呈向顶状,在其核心部分地温很高,向西开始有下降趋势。地温梯度以背斜核心部分为最大,其中第四系平均地温梯度为4.5~5.0℃/100 m,二迭系为4.3℃/100 m,核心两侧第四系、二迭系平均为3.5℃/100 m。
通过对潘谢新区生产矿井井田内的数十个测温孔的实测分析和模拟计算,成果评价为:地温变化随深度增加而提高,淮河以北矿区平均地温梯度一般在3.5~4.0℃/100 m之间,均属于地温异常区。原始地温处于31.0~37.0℃,属于一级热害区,大于37.0℃,属于二级热害区。
2 强制降温标准及冷负荷构成
根据《煤矿安全规程》第102条规定,生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26℃,采掘工作面气温超过30℃时必须减少作业,生产矿井采掘工作面空气温度不得超过30℃,采掘工作面气温超过34℃时必须停止作业。
矿井热害的负荷构成:①地热。地热是导致矿井热害的主要因素,原始地温处于31.0~37.0℃,属于一级热害区,大于37.0℃,属于二级热害区。②综采工作面及煤、岩巷普掘工作面的机电设备运转时散热。③煤炭生产运输过程中的煤矸岩温散热和煤、矸氧化放热。④风流压缩热。风流自然压缩使风流温升[3]。
3 制冷降温技术方案的选择
3.1 制冷降温系统的选择
目前制冷降温系统主要分为:井下移动制冷降温系统、井下集中和地面集中3种形式。
(1)井下移动,即整个制冷系统(机组制冷和冷凝热的排放)均布置在井下。由于井下冷凝热的排放条件差,造成制冷机组冷凝压力高,能效比低,机组制冷能力大幅下降造成制冷机组无法正常工作,甚至停机。
(2)井下集中,即制冷机组布置在井底车场制冷峒室,冷凝热由地面排放。由于冷凝供回水管路由制冷峒室沿井筒敷设至地面,需要制冷机组冷凝器耐压10 MPa以上。国内尚无此类型产品,需要进口且受单台制冷机组制冷能力小和单位制冷量投资高的制约,一般用于矿井制冷规模不大于6 MW。
(3)地面集中,制冷机组和冷凝热排放设备布置在地面。地面集中制冷降温是在地面制冷站完成冷冻水的制备,将冷冻水通过入井管道送至井下降温硐室,经过高低压耦合设备后,由降温硐室内水泵将低压冷冻水通过管路送至系统末端空气冷却器,实现制冷区域或峒室降温。高压一次侧冷媒水与低压二次侧冷媒水进行热量交换后再循井下管路返回地面,系统能效比高、单台制冷机组制冷能力大、单位制冷量投资低。淮南矿业公司淮河以北高温矿井的降温冷负荷均大于10 MW。因此在具体实践中,大多选择地面集中制冷降温技术方案。
3.2 制冷主机设备选型
根据GB50418-2007《煤矿井下热害防治设计规范》的规定,在应用地面集中制冷降温方式时,制冷机冷冻水出水温度不应高于3℃。制冷机出水温度低,便于井下一、二次系统采用国产间接交换方式,有利于降低工程投资,也有利于井下除湿;冷媒水进出口温差大,可减少系统冷冻水循环量,有利于减少系统末端的换热面积,并降低运行费用。
目前,潘谢矿区投运的潘一矿、潘三矿、朱集矿、顾桥矿及谢桥矿地面制冷系统,均设计地面制冷站出水温度2.5℃,回水温度18℃,实际制冷站出水温度3~5℃。由于冷媒水供回水温差较大,一级制冷实现困难,为方便负荷调节,多采用两级制冷单元式组合形式。两级制冷单元可以有2种机组搭配形式,一种为溴化锂、电联合制冷单元,另一种为全电制冷单元[4,5,6,7,8,9]。
采用蒸汽溴化锂制冷机与电制冷机串联的制冷方案,由于蒸汽溴化锂制冷机出水温度较高,可作为第一级制冷,电制冷机为第二级制冷。蒸汽双效溴化锂冷水机组冷媒水进口温度设计为18℃,出口温度设计为7℃。电制冷机组冷媒水进口温度设计为7℃,出口温度设计为2.5℃。
由于电制冷机组体积小、运行灵活,管理简便,无制冷量衰减问题,两级制冷均可采用电制冷。两级电制冷串联冷水机组的冷媒水中间温度的确定与设备价格相关,可由设备厂家通过优化设计选择。
蒸汽溴化锂与电联合制冷优点是可以利用自备电厂的余热;缺点是蒸汽溴化制冷机组初期投资大、厂房体积大、冷却水循环量大于电冷机组,同时需要敷设电厂蒸汽管道及凝结水回收系统。全电制冷机组初期投资小、厂房体积小、能效比高,缺点是耗电量大。
3.3 井下压力耦合形式的选择
目前矿井降温压力耦合形式分为二类,一类是三腔冷媒分配方式,另一类是管壳式间接热交换方式。
(1)三腔冷煤分配方式。三腔冷媒分配器是德国西玛格公司的专利产品,该产品通过安装在不同分配器的阀门反复开、关,科学地将一次供冷循环的高压供水转换为低压,送入井下二次侧供冷循环,又将井下二次供冷循环高温回水升压,返回地面一次供冷循环。优点:①井下二次供冷系统冷媒水供水温度低约4℃(转换过程只有0.5℃的温升);②由于供水温度低,在相同的供回水温差和相同的进出风条件下,较高压换热器方式空冷器交换面积减少约20%。缺点:①进口(专利)产品价格昂贵;②维护成本高,核心控制及部件、配件均为进口。
(2)管壳式间接热交换方式。管壳式间接热交换方式是传统的压力耦合方式,它是通过间接交换的方式,将一次供冷循环的冷量传递给井下二次供冷循环的冷水,并将二次供冷循环冷水的热量传递至一次供冷循环。优点:①设备结构简单、价格便宜;②维护成本低。缺点:①一、二次侧冷冻水由于采用间接换热温差较大,造成二次侧冷冻水温升约4℃,实际运行二次侧冷冻水供水温度大于8℃;②造成在相同的能力、供回水温差和相同的进出风条件下,末端空冷器交换面积增加约23%。
4 淮南矿区矿井降温系统选择原则
在淮南矿区,井下降温负荷大于10 MW时,应该采用地面集中制冷降温系统;井下降温负荷小于6 MW或在矿井建设井底车场形成后的生产及通风系统巷道施工阶段,可采用井下集中制冷降温系统。井下移动降温系统应作为淮南矿区集中降温系统的重要补充,用于集中降温系统未覆盖的井下偏远降温负荷小于0.4 MW高温头、面的降温。
4.1 地面集中制冷降温系统
(1)拥有自备电厂的生产矿井井下降温利用电厂余热,采用蒸汽溴化锂、电冷联供系统应作为首选,大幅降低制冷能耗和运行费用。
(2)电制冷技术比溴化锂热制冷技术更为节能。实践证明,无稳定余热利用条件,应首选电制冷机组。
(3)地面集中制冷降温系统冷凝热应采用冷却塔的循环冷却水方式冷却。
4.2 井下集中制冷降温系统
(1)采用一、二次供冷循环的压力耦合系统有困难。
(2)井下集中制冷降温系统应采用建立冷却水系统解决冷凝散热,冷却水应送至地面冷却塔冷却。
4.3 井下移动制冷降温系统
(1)由于冷却水进水温度高,要求制冷机组的冷凝温度应大于45℃。
(2)井下空气冷却器的冷却条件差,地下水量大的矿井应适当补充部分冷却水,以降低水温,提高制冷机制冷效率。
5 工程实践
为治理热害,2005年淮南矿业集团选择与开展井下降温工程研究最早的德国鲁尔集团进行合作,由萨尔能源公司提供技术咨询,煤炭工业合肥设计研究负责工程设计,淮南矿业集团负责工程建设,国家压缩机制冷质量监督检测中心———合肥通用机电产品检测院负责现场检测鉴定。
2007年以后,随着潘一煤矿、丁集煤矿井下降温工程建成并投入运行,取得了显著效果,从而奠定了淮南矿业集团治理深井热害的技术基础。2010年,集团公司同时开展了顾桥、潘三、潘一矿(东区)、朱集、谢桥5对矿井热害治理工程的建设,并如期于2011年投入运行,有效地解决了这些矿井的热害问题。
摘要：潘谢矿区地处淮河以北,随着开采深度增加热害日趋严重。高温、高湿环境使得井下工作条件恶化,危害井下生产人员身体健康,如不加以治理将影响矿井的正常生产。在分析淮南矿区矿井地温分布规律的基础上,分别介绍了井下移动、井下集中和地面集中3种制冷降温系统的组成及选择原则。项目应用实例表明,工程实施完成后,极大地改善了工人的工作条件,系统运行稳定可靠,达到预期效果。
关键词：热害治理,高温矿井,集中制冷降温,湿度,温度
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