基于制冷降温技术在高温掘进巷道中的应用分析

范新荣

（江投集团安源煤业有限公司尚庄煤矿，江西 丰城 331100）

引言：我国现行的煤矿安全规定要求，巷道掘进作业时必须将采掘作业面环境温度控制在28℃以下，若超过则应采取降温措施。而目前掘进巷道中的环境温度通常可以达到30℃以上，因此，需要运用制冷降温技术，将温度控制在标准范围内，以降低环境温度因素对掘进施工带来的影响，提升煤矿生产力水平。

一、案例概况

该巷道掘进工程位于南方区域，地下水资源丰沛。掘进巷道的截面积为8.1m2、通风形式为单一压入、出风量为3.2m3/s。待掘进深度达到280m 时，在东区热能的作用下，掘进作业环境温度迅速升高，形成了高温掘进面热害，严重影响了掘进作业进度，因此，为了顺利消除热害，工作者对当前的热害情况进行了检测分析，以更加细致的了解热害情况，分析出制冷降温需求，保证后续制冷降温技术应用的准确性[1]。在检测分析中，研究者采用布点检测的方式，分别对巷道的风流、岩石内壁、地下水进行了温度检测。其中，检测点布置如图1、检测结果表如表1。

图1 检测点布置图

表1 检测结果表

二、制冷降温技术的应用分析

（一）制冷降温技术选用

通常来说，技术类型选择是制冷降温技术应用的第一个环节。现阶段，能够用于高温掘进巷道作业中的制冷降温技术，总体上可以归结为两类，即非机械类、空调制冷类。其中，非机械类制冷降温技术包括通风降温、水喷雾降温、溶液除湿降温、热源控制降温等，此类制冷降温技术的主要优势是使用成本低，但其制冷效果、制冷范围均比较有限。而空调制冷类制冷降温技术，是指通过在巷道中设置空调机组，并利用机组的循环制冷运作，来达到降温效果的制冷降温技术，此类技术的制冷效果较好，但建设成本较高，工作者需根据实际情况选择合理的技术类型，以保证技术应用效果。对于本案例工程来说，首先，根据上述检测结果，巷道环境温度已经超过了规定提出的28℃，因此，必须要使用制冷降温技术，同时，目前巷道掘进作业中已经应用了非机械类技术中的通风技术，但风温依然能达到28℃以上，且巷道区域的地下水丰沛，大规模的技术建设周期过长、成本也比较高，因此，综合考虑上述因素，工作者提出了运用采用空调、非机械制冷降温技术相结合的方式，在原有通风设施压气式系统的基础上，构建一个局部压气空调器制冷系统，然后通过冷风通风来进行降温，由此既能达到有效降温，还可以压缩成本、提高技术应用前期建设效率。

（二）明确技术应用原理

在降温制冷技术的应用中，待技术选用完毕后，还要明确技术的应用原理，为后续的技术应用建设提供依据。根据上述技术选用结果，在本工程中的制冷降温技术应用原理可以被阐释为，借助空调冷却设施，以换热的方式，在新风被压入巷道空间内之前，对新风进行降温，然后将废热经由回风井排出地面，由此降低巷道空间内的温度。在该技术应用原理下，应用此项制冷降温技术时，不需要工作者布设大规模的空调机组，这不仅降低了前期的技术应用费用，也压缩了后续的技术运维成本，因此，从整体上来看，此技术具有足够的应用合理性。

（三）确定技术设备参数

在技术应用中，待明确技术应用原理后，还要结合实际情况，设计一套完整的技术应用方案，然后按照该方案逐步落实技术操作，以保证技术应用的准确性。一般来说，技术应用方案主要包括，技术设备参数设置、技术设备布置、技术设备调试等内容。其中，在技术设备参数设置上，工作者需要根据当前的巷道制冷需求，以及现有设施系统情况，进行设备参数的设置，再基于此进行设备的选用和购置。在案例工程中，技术所需的设备主要包括，空调主机、蒸发器、双层隔热风筒等，而检测结果显示，巷道内的风流虽然能够带走一部分热量，但依然存在较多的热量积累点，加之巷道的截面积较大，所以，总体来说，巷道的降温需求较大。为此，工作者将技术设备参数设置为，空调主机制冷量8～200kW、蒸发器送风量0.5～4m3/s，供冷量7.5kW、双层隔热风筒长度15m/节，配套隔热材料的传热系数为0.029W/（m2·℃）。通常来说，按照上述参数选择设备，进行降温制冷技术的实施，就基本可以满足巷道降温需求。

（四）技术设备布设

在技术设备布设中，需根据技术作用原理，结合现场实际情况进行合理化的设备布设，由此为技术的应用提供良好的运行承载，增强技术应用效果。在案例工程的技术应用中，按照实际情况、技术作用原理，需设置一个风机硐室于离巷道20m 处的入风侧，并在两者之间设置一个空调硐室，然后在该硐室内，布设空调主机，由此即可运用主机中的空气压缩机，将空气压缩，再送入冷却器中冷却。在冷却器的布设中，需用输冷管道，连接空调蒸发器，以便于利用输冷管道承载载冷剂，实现对风机硐室内空气的换热处理，降低空气温度。此时，借助风机的作用力，即可将低温空气送入到掘进巷道中。此外，还要为空调主机换热器，设置一个废热排除通道，并将该通道与原有的污风回风侧相连，以借助回风井，将废热排出巷道，达到制冷降温的效果，实现技术设备的布设。总体来说，该设备布置效果如图2。

图2 技术设备布设图

（五）技术设备调试

在技术应用中，为了保证技术的顺畅运行，待技术承载设备体系布设完毕后，还要对该设备体系进行调试，确认设备性能、布设操作无问题后，即可正式进行设备运作，完成技术的应用。在此过程中，要先检查设备的管线连接、连接件等部分是否布设完毕，是否存在表观上的布设问题，并及时加以修正。待确认整体布设成果不存在表观问题后，就可以进行技术设备的试运行，同时，也要通过布点观测的方式，测定试运行期间的降温情况，判断技术是否产生效用，以便于对设备性能、布设上存在的问题，予以协调、处理，保证技术应用效果[2]。

三、技术应用案例讨论

在技术应用中，工作者进行了定点温控效果测定，测定结果如表2，对比应用降温制冷技术之前的检测结果，可以看出，上述技术应用环节的落实效果较好，因此，在后续的掘进巷道降温制冷技术应用中，也可以考虑运用上述环节进行技术实施，以确保降温制冷技术的应用效果顺利达到预期。

表2 应用降温制冷技术后的温度检测结果表

结论：综上所述，增强制冷降温技术的应用效果，可以改善掘进巷道的高温环境现状。在掘进巷道作业中，有效落实各项降温制冷技术措施，能够提高降温效率、保持降温效果、维护作业人员的身体健康、为煤矿生产作业提供良好条件，从而获得更好的掘进巷道作业效果。