制冷降温技术在平煤四矿的研究与应用

朱 林

(平顶山天安煤业股份有限责任公司通风处,河南平顶山 467000)

制冷降温技术在平煤四矿的研究与应用

朱 林

(平顶山天安煤业股份有限责任公司通风处,河南平顶山 467000)

通过井下实测矿井热力学参数和矿井深部岩温预测,分析了矿井地热灾害产生的原因,结合具体条件提出了适合平煤四矿矿井热害治理方案,介绍了矿井降温系统原理,并对降温系统降温效果进行了研究与分析。结果表明,实施降温后,采煤工作面温度最高下降了 7～8℃,掘进工作面温度最高下降了 8.8℃,相对湿度由 98%下降到 80%左右。这对于降低煤矿井下工作面温度,消除矿井热害有一定的参考价值。

制冷;降温技术;高温矿井;降温效果

Application of Refrigeration Technology in M ines with High Temperature

随着开采深度的增加,机械化程度提高,开采强度加大,高温矿井数量不断增加[1],矿井高温热害已成为继煤矿五大灾害后,威胁矿井安全生产的又一重大灾害,而且呈不断加重之势。据统计,目前全国受高温热害威胁的矿井有 130对。以平煤集团公司为例,目前就有四矿、五矿、六矿、八矿、十矿、十一矿、十二矿、十三矿和首一矿共 9对矿井受高温热害威胁。

1 矿井热害特点分析

1.1 矿井概况

四矿为平煤集团的主力矿井之一,年产 3Mt,为立井多水平开拓系统。根据地质部门测定,矿井恒温带深度为 25m,恒温带温度为 17.2℃,地温梯度平均值为 3.72℃/100m。四矿热害比较严重的采区主要是己三采区,垂深 880m左右,2006年夏季实测己15-23100和己16-23070回采面气温超过35℃,三水平上车场底板灰岩水出水温度达49.5℃,开拓巷道内气温高达 37.2℃以上,平均湿度 96%～97%。

1.2 井下风流热力学规律的研究

平煤四矿地温梯度平均值大于 3℃/100m,属高温异常区。

2006年 8月 3日至 2006年 9月 4日实际测定的井下风流热力参数表明,井下风流热力参数变化复杂[2],其变化过程属于非稳态传热,但从总体趋势而言,从副井口到己16-23070综采工作面机巷口,风流基本上属于增焓增湿过程,其在焓湿图上的规律见图 1。整个工作面 (从机巷口至风巷外口)基本上为等湿加温过程,其在焓湿图上的规律见图 2。

图1 空气的增焓增湿过程

图2 等湿加热和等湿冷却过程

1.3 矿井深部岩温预测

为搞清四矿井下原始岩温变化规律,在井下对大巷及掘进面实施了中深孔 (30～50m)的炮孔测温工作,实际测定和预测的结果见图 3。

图3 四矿岩温实测与深部岩温预测

结合四矿实际情况,岩热的表现形式为：围岩加热风流的时间增长强度增大;与原始岩温等值的热水涌入采掘工作面或进风巷道,直接加热、加湿进风流;运输的煤、岩预热进风风流等。导致矿井高温的主要热源是由于大采深导致的空气压缩热与岩热,这两种热源都是绝对热源,是典型的深热型热害矿井[3],因此,只能通过采取降温措施来削弱其影响。

2 降温系统

2.1 降温方案

2.1.1 己三风井广场立井输冰方案

制冰站设在己三风井广场,冷源采用双能源型溴化锂吸收式冷水机组,采用保温管将电厂余热蒸汽输送到制冰站溴冷机组,同时将瓦斯电站余热烟气利用管道引入溴冷机组。溴冷机组制取的低温冷水与真空制冰机形成闭路循环,采用真空制冰机制取片冰。冰输送到井口冰仓,采用打孔输冰方案,溜入井筒管道。在己三风井井底建融冰池,冷水泵将融冰池中的低温水通过管道输送至工作面的空冷器,经过热交换后,再返回融冰池,同时融冰池负责降温区域的除尘洒水和降温喷淋用水[4]。

2.1.2 电厂区斜井输冰方案

制冰站设矸石电厂区内,利用矸石电厂余热和瓦斯电站烟气通过溴化锂冷水机组制取低温冷水,通过真空制冰机制取片冰[5]。真空制冰机中的浓缩器放在主斜井井口附近,地面制取的 -3℃的冰直接送至井口附近的冰仓,用水泵从 -260m融冰池中的回水室抽回水至地面,回水和部分冷水一起冲冰,然后冰和水一起流至 -260m融冰池。冷水泵将融冰池中的低温水通过管道输送至工作面的空冷器,经过热交换后,再返回融冰池,同时融冰池负责降温区域的除尘洒水和降温喷淋用水。

2.1.3 地面集中制冷方案

利用热电厂的蒸汽余热,通过溴化锂吸收式制冷机一级制冷制出 5.2℃的低温水,再由压缩式制冷机二级制冷使冷媒温度进一步降低到 -3.4℃,然后由主斜井送到 -320m水平的换冷硐室内的高低压换热器的高压侧进行冷热交换,乙二醇水溶液放出冷量后返回地面循环使用。高低压换热器的低压侧循环水吸收冷能后,由冷水泵将 3℃左右的低温水输送到安装在综采工作面机巷的空冷器进行冷热交换,使工作面进风流温度降低[6]。

2.2 降温方案选择比较

3种降温方案特性及优、缺点见表 1。

表1 降温方案比较

经过对 3个方案优缺点的分析比较,并结合四矿现场实际,认为第 3种方案地面集中制冷方案能有效改善工作面高温环境,降低工作面的温度,所以最终确定采用地面集中制冷方案。

图4 降温系统工作原理

2.3 降温系统工作原理

降温系统工作面原理[8]见图 4。

3 降温效果

实施制冷降温技术后,为了考察降温系统的降温效果,对实施降温工作面的温度及湿度进行了实际测量。工作面实施降温后,采煤工作面的温度下降 7～8℃,掘进工作面迎头温度最高下降了8.8℃,相对湿度由 98%下降到 80%左右。工作面环境得到明显改善,取得了预期的降温效果。

4 结论

(1)制冷降温技术在高温的平煤四矿实施后,采掘工作面温度、湿度下降明显,效果良好,改善了工作面高温、高湿的工作环境,给职工创造了较为舒适的工作条件。

(2)由于降温的需要,以前排掉的电厂废热,得到了充分利用,既避免了大气污染,又创造了经济效益,实现了资源的有效利用。

(3)结合平煤四矿矸石电厂和瓦斯电厂余热,利用溴化锂吸收式制冷和电制冷技术集成研究,通过创建新型矿井降温模式,为高温矿井热害防治和安全高效生产奠定了基础。

[1]李亚民 .局部降温机在矿井高温工作面的应用 [J].煤矿安全 .2008,39(9)：39-40.

[2]胡春胜 .孙村煤矿深部实用制冷降温技术的研究与应用 [J]矿业安全与环保,2005,32(5)：45-47.

[3]陈安明 .济二矿深部开采热害治理技术研究 [D].西安：西安科技大学,2006.

[4]毛淑丽 .冰输冷降温系统原理及设计计算研究 [D].泰安：山东科技大学,2007.

[5]卫修君,胡春胜 .热 -电 -乙二醇低温制冷矿井降温技术的研究与应用 [J].矿业安全与环保,2009,36(1)：22-23.

[6]李慧娟 .矿井降温中的空气调节技术 [J].暖通空调,1994(6)43-45.

[7]刘 伟,钱高峰 .利用电厂余热制冷新技术治理矿井地热灾害的实践 [J].煤矿安全,2008,39(10)：42-44.

[责任编辑：周景林 ]

TD727

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1006-6225(2011)02-0056-03

2010-11-01

朱 林 (1983-),男,河南平顶山人,助理工程师,现从事煤矿一通三防管理工作。