煤矿井下机械降温设计

白 灵

（煤炭工业郑州设计研究院股份有限公司，河南郑州，450000）

煤矿井下机械降温设计

白 灵

（煤炭工业郑州设计研究院股份有限公司，河南郑州，450000）

本文在分析这种降温系统的基础上，对各种将降温的方法进行比较，给给出相关的应用设计。

煤炭行业;井下机械;降温设计

1 对各种降温方式的介绍

1.1 对降温措施进行分类

在对矿井热害进行解决的时候，主要有两种方法，第一种是使用非机械制冷的降温措施，第二种是使用使用机械制冷来进行有效的降温。这两种方法的使用，都需要建立在矿井可以通风的基础上。因此在降温的时候，需要矿井井下气象条件要达到相关的标准。对于非机械制冷的降温措施来说，在实施的过程中，主要是对其通风量进行增加，并且对通风方式进行改变。对于后者来说，是在爱前者条件达不到的基础上来进行实施。

1.2 机械制冷在矿井降温中的重要性

根据相关的研究表明，通过对地面工作风量的增加来进行降温，能够对矿井的气候条件进行改善，并是一种较为经济有效的手段，因此在降温的过程中需要首先对其进行考虑。但是在实际操作过程中，存在着各种因素的限制，使得这种方法得不到有效的开展。

对于矿井的工作面来说，其会受到地面气温及围岩温度等各种因素的影响，因此在通过对地面开挖程度的加大，增加通风量进行方法来降温的方式很难实现。在这种非机械降温措施实行不下去的时候，就需要使用机械制冷来对其进行降温。

2 对煤矿井下机械降温的分类与介绍

在机械制冷降温系统中，可以按照对服务对象的不同来对其进行有效分类，主要可以分为分散式和集中式这两类，其中集中式可以根据制冷站在安装过程中位置的不同，可以将其分为地面集中、井下集中与井下井上联合的三种方式，地面集中又可以根据制冷剂种类的不同可以将其分为冰制冷系统与机冷水系统，另外还可以根据制冷原理的不同，将其分为蒸汽压缩式、空气压缩式及蒸汽压缩式加余热溴化锂两级制冷的三种方式。

2.1 对局部降温系统的介绍

在实施的过程中，矿井工程只有井下局部几个热害点会超出温度范围，并且各个点之间的距离都比较的远，因此回风的温度比较的低。例如在单独的几个工作面需要降温的时，这时局部降温系统就是采用一种较为高校及经济的方式来进行降温。

对于这种降温方法来说，在降温的过程中，具有设备布置简单、负荷调节方便的特点，并且在降温的时候，不需要使用水管道，只需要制冷量达到要求的要求即可。但是这种方法存在的缺陷就是对于设备来说，其存在的单机容量较小，并且在降温的时候，其设备的位置及供水供电的位置都比较的分散，因此在管理的时候，具有一定的复杂性，并且还要在施工的时候，做好防爆工作。另外在冷凝热的排放过程中也存在着较多的问题，首先因为在冷凝器的过程中，采用的是井下回风流的排放模式，这样会造成回风流的温度比较高，回风流的比较脏，使得冷却的水容易受到污染，最后因为冷凝热比较大，因此所带来的降温效果比较差。

2.2 地面集中制冷降温系统

2.2.1 机械制冷水系统

对于机械制冷水系统来说，因为这种系统的制冷站是在地面上来进行建立的，因此对冷凝热进行排放的时候，就需要在地面来对其进行。另外还需要在矿井下设置一种高低压转化器，实现能够将高压冷冻水进行二次转化。

另外需要使用隔热管道来进行运输。这种系统能够使用较大的制冷机组，并且可以在较大的矿井降温系统中加以应用。但是这种系统也存在的一些缺点，比较再次高压冷冻水循环的时候，

造成系统的冷损加大，并且管路比较复杂。另外在施工的过程中所采用的一些设备，具有的成本相关来说都比较的高。

2.2.2 机械制冰系统

另外，对于机械制冰降温系统来说，它是一种比较先进的矿井降温方式。这种方式是对地面制冰场进行有效的利用，并且使用相关的融冰装置，来在矿井实施的过程中，进行热交换，从而能够使水温度得到有效的降低。对于这种方法来说，首先其能够利用冰的融解潜热进行降温，因此在相同冷负荷的条件下，向井下的输冰量仅为输水量的 1/4~1/5，另外由于输送流量降低，管道的投资费用及运行能耗降低，管道冷损失小。最后它所有的设备的都是在井上的，因此不需要对其防爆设备进行考虑进去。但是这种方法本身也存在着一些缺点，首先其在使用的过程中，增加了一个融冰的环节是，使得造成了较为严重的冷量损耗，造成制冷系数出现降低。另外其在使用的过程中，还将浪费大量的水资源。并且这种系统目前还没有得到真的应用，要想达到有效的运用效果，在未来工作开展的过程中，还需要做到对设备的有效研发及制冰设备的研制。

2.2.3 蒸汽压缩式加余热溴化锂吸收式两级制冷系统的使用

在操作的过程中，要是使用电网来进行供电，就导致大量的电力消耗，并且产生大量的成本，造成地区用电紧张的局面发生，甚至会带动电价的上涨，因此造成煤炭所带来的经济效益就会出现严重的下降。因此可以建设相关的瓦斯电站，来满足能量的供应过程。另外还可以使用功能瓦斯电站所发出的点来配置相关的吸收式制冷机，这样就能够产生降温所需要的冷冻水，从而能够形成一条循环的经济链，对其经济效益做到有效的提升，另外还能够改善矿区的环境，做到对国家相关政策的满足。另外瓦斯还是煤矿开采过程中的重要威胁，因此需要对瓦斯气体做到有效的使用与开采，在地面建立瓦斯发电站，可以将其问题得到充分的解决，因此具有多重功效。

3 煤矿井下机械降温设计过程

3.1 机械降温之前需要对矿井通风量进行增加

在以往的设计过程中，我国拥有的经验比较的丰富，另外当原岩温度处于31度到37度中间的时候，通常都是采取对矿井通风进行加强的方式来进行。从而能够对高温温度进行解决。要是原岩的温度大于37度的时候，就需要采用机械降温系统来对其进行降温，但是在降温的过程中，也需要做到将矿井的通风风量进行增加并且解决的问题是: 当矿井通风风量增加时，巷道风压损失就会以二次方增加，风机功率也会三次方增加。另外通过相关的数据及研究资料表明，对于通风时间低于一年的巷道中，风速大于四米每秒，和风速超过五米每秒，通风的时间大于一年的巷道时来说。要是在对其通风时间进行增加时，具有的效果就并不是很明显了。

3.2 采用回采及掘进的相关方式来进行降温

在回采及掘进的降温过程中，需要将空冷器放置在轨道顺槽内，要做到让空冷器直接出保温风筒，另外以延伸到工作面的方式来进行，要是在操作的时候存在困难，就要直接的将轨道放置咋顺槽中。在实施的过程中，需要根据煤矿井内实际的空气干与温度来进行分布。另外还需要将空冷器布置在距离回采工作面处的两百米左右的位置上比较的适合，另外需要将其他的空冷器依次放置在四百及六百米的位置上。在计算的时候，首先需要根据相关的原则来进行，第一步需要做到对操作的方便，另外在对工作面进行移动的时候，不能够过于频繁。第一步在回采的过程中拗不过需要对冷量要做到有效的保障。第三步对于轨道顺槽中存在的空气温度，要维持在22到24度之间，不然就会导致工作人员无法对其做到有效地适应。最后要对风流动的速度进行控制，不然就会造成煤岩与风流之间的存在的传导温差比较的大，从而造成不必要的冷量损失问题存在。

另外在降温的实施的过程中，对于通风风流，需要尽量使用同向通风与下行送风的方式来进行。这样才能够做到对巷道中机电散热设备进入采煤工作面进风流做到有效避免。

3.3 回采工作面内空冷器的放置问题

在对机械降温的原设计中，对于回采工作面来说，需要做到每隔 20 ～30 m 设置 1 台 SPK －25类型的空了器。从实施的结果来看，做到对相关标准的满足是非常有必要的，另外在实际的操作过程中，相关的工作轨道顺槽内的空冷器基本上做到能够满足降温所需要具备的要求。因此需要将工作面内的空冷器进行拆除，避免造成不方便移动的问题产生。

3.4 需要对巷道的岩壁进行隔热

根据相关的检测数据显示，就单位体积风流来说，一些轨道大巷、中巷道岩壁对风流增焓、温升很少，所以，以往对巷道岩壁隔热的作法是不必要的，这也是降温过程中的必要实施环节。

4 结语

煤炭行业是我过能源结构的重要组成部分，因此在实施的过程中，一定做到对其安装性做到充分的考虑进去。而矿井热害却给煤炭行业的发展带来许多不良的影响。因此我们需要加大研究，对各种非机械及机械的降温方法进行分析与考虑，使其能够在日后的降温工作中得到有效的利用。另外还需要对机械降温进行设计，做到能够在实际的煤炭开采的工作中得到有效的应用。促进我国煤炭行业能够得到进一步的发展。

[1]周西华,王继仁,卢国斌,单亚飞,梁栋;回采工作面温度场分布规律的数值模拟[J];煤炭学报;2002年01期

[2]高建良;魏平儒;;掘进巷道风流热环境的数值模拟[J];煤炭学报;2006年02期

[3]张枕薪;;煤矿集中式机械降温系统经济效益比较[J];煤炭工程;2010年08期

Coal mine machinery cooling design

Bai Ling
(Limited by Share Ltd of Zhengzhou coal industry design and Research Institute of Henan,Zhengzhou 450000)

Based on the analysis of the cooling system based on all kinds of the cooling method,application design to give the relevant.

coal industry;underground machinery;cooling design