煤矿制冷技术的研究及应用

侯彪

【摘 要】煤炭在我国能源结构占据着很大的比重，随着开采深度的不断增加，矿井的温度越来越高。高温问题已经严重影响到了煤矿一线工人的安全，因高温引发的事故比例也在升高。现在比较常见的制冷技术是空调制冷技术，论文主要论述了地面集中式空调系统的原理，每一种技术都有一定的局限性。因此我们提出了一种联合制冷方式来解决这种问题。

【Abstract】Coal occupies a large proportion in China's energy structure. With the increasing mining depth， the temperature of the mine is getting higher and higher. The problem of high temperature has seriously affected the safety of coal mine front-line workers， and the proportion of accidents caused by high temperature is also increasing. Now the common refrigeration technology is air-conditioning refrigeration technology. This paper mainly discusses the principle of ground centralized air conditioning system， each technology has some limitations. Therefore， we propose a joint refrigeration method to solve this problem.

【关键词】能源结构；高温；空调制冷技术；地面集中式空调系统；联合制冷方式

【Keywords】energy structure； high temperature； air conditioning refrigeration technology； surface centralized air conditioning system； joint refrigeration method

【中图分类号】TB66 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）07-0156-02

1 研究背景

我们都知道煤炭资源在我国能源结构中占重要比例。由于煤炭资源不断被消耗，开采深度不断增加，我国现在的平均开采深度已经高达800m左右，有很多的矿井开采深度甚至已经达到1200m以上。但是随之而来的问题也日益增多，高瓦斯浓度，高温度，高应力等诸多问题。这些问题严重影响了开采的进行以及矿工的安全，如何保证矿工在一个安全的环境中进行开采是一个必须解决的问题。到目前为止，很多专家学者提出了许多的降温技术，比如人工降温，空调降温。但是他们都存在着很多的问题，因此我们提出了一种半导体的降温方法。

导致矿井高温的原因很复杂，其中最重要的是以下几个原因导致的：

①机电设备工作时会释放出大量的热量；

②地表的高温气流会通过通风井进到工作面；

③越往下开采，温度就会越高；

④工作面的煤炭会氧化，释放出很多的热量。

煤矿高温的危害主要是降低劳动者的劳动效率，致使劳动者意志恍惚，从而造成煤矿人为事故。众所周知，人处于高温环境中会感觉不适，易烦躁。在高温环境中工作易发生中暑现象，严重威胁煤矿工人的安全。随着煤矿工人劳动效率的下降，致使煤矿的掘进工作放慢，造成接替紊乱，不能有效地保证煤矿的安全、高效开釆，给煤矿企业带来严重的经济损失。

2 常见制冷的方式和制冷原理

由于人工制冷技术的局限性，我国主要使用的是空调制冷的技术。空调制冷技术分为好多种，最主要的有蒸气压缩式制冷技术，人工制冰技术，热制冷技术等。

矿井空调是一个很复杂的系统，主要是有载冷剂、制冷剂和冷却水三个系统级联而成的。

①制冷剂循环系统：制冷剂通过制冷剂的循环的方式来制取冷量。

②载冷剂循环系统：因为制冷站的位置不同，所以会形成不同的制冷剂循环系统。

③冷却水循环系统：冷却水循环系统是由冷却塔和冷却水管道组成的。系统就是通过这三个同时吸收熱量来降低温度的。

这里主要介绍一下地面集中式空调系统。这种系统通常把制冷站，冷凝热设置在地面上排放，而把高低压换热器设置在井下，可以将高压冷冻水变成二次冷冻水[1]。最后在用风地点上的空冷器来冷凝风流，达到降温的效果，具体的流程如图1所示。

这种系统的优点是：建设成本低，设备便于维护，而且是集中冷却矿井的总进风量，效率较高。缺点是：经济型差，安全性差。而且在风地点的效果也不好。

3 联合技术降温技术

单独的制冷方式都有一定的缺点，因此我们提出了联合技术降温技术来解决矿井高温的方法。

3.1 进风口处制冷

由于夏季气温过高，影响导致进风口气温过高。基于此种情况，我们可以选择在进风口进行制冷处理。可以使用脉外低温巷道降低入风温度、对进风风流采用冷水逆流喷淋降温等技术处理。比如可以向矿山的进风井中进行低温水逆流喷淋（武安-30喷雾器）。当进风量为12m/s，温度为26℃，喷水量为40t/h时，这时候温度可以降低2.2～2.6℃。如果是采用冰块与27℃水混合的冷却水在工作面进行风筒喷雾，这时候能够使工作面的入风温度平均下降5.5～6.5℃，相对湿度由原来的40%增加到50%，耗水量约0.24L/min。这种技术降低了夏季的入风气温，效果很好。

3.2 机电设备降温制冷

①可以减少步进电机的发热。减少电机发热的本质就是减少铜损和铁损。

②如果是已经选好的电机，那么就应当充分利用电机驱动器的自动半流的控制功能和脱机功能。自动半流的控制功能在电机处于不工作的状态自动减少电流，脱机功能直接将电流切断。

③应当选择合适的驱动电机电压等级，兼顾高带性、平稳性和发热、噪音等指标。

④细分数越高的步进电机驱动器能够使得电流波形接近正弦波，使谐波大大减少，这样就可以使电机发热减少。

3.3 局部制冷

可以采用将低温风流直接压入工作面的技术，通过采用隔热风筒 可以有效地改变工作面作业条件。采取这种技术可以大大降低工作面温度，同时又可保证作业点有比较固定的风速，从而使作业人员有满意的舒适感[2]。向高温工作面采用水力引射器、压气引射器、涡流管等技术方法在一定程度上也改变了工人舒适感。

3.4 热量回收

地下的热量可以作为类似地热能一样的能量加以回收利用。每当夏季炎热高温的时候，矿井的温度可达30℃以上，部分矿井甚至可达40℃以上，这样温度的气体倘若被抽到地表加以利用，不仅可以解决矿井高温的问题，20～50℃的水还可以用来沐浴，水产养殖，饲养牲畜，土壤加温，脱水加工。

4 发展前景

随着我国社会经济的快速发展，对煤炭需求量会进一步上升，所以煤炭开采的深度会越来越深，这样矿井高温的问题就会十分普遍。目前，我国已经有超过数十对矿井开采深度超过900m，高地温问题越来越成为影响煤矿企业安全、高效生产的主要问题之一[3]。矿井制冷与矿井热量的收集在煤矿有着广阔的应用前景，要实现矿井制冷有质的飞跃，还需要进行更加深入的研究。

【参考文献】

【1】李莉，张人伟，王亮，等.矿井热害分析及其防治[J].煤矿现代化，2006（2）：34-35，79.

【2】陈安国.矿井热害产生的原因、危害及防治措施[J].中国安全科学学报，2004（8）：6-9.

【3】苏明军.矿井热害与防治措施[J].煤矿机电，2007（5）：78-80.