集中制冷降溫技術(shù)在陽城煤礦熱害治理中的應(yīng)用研究

王來彬

（山東濟(jì)礦魯能煤電股份有限公司陽城煤礦，山東 汶上 272500）

引言

陽城煤礦位于汶上縣郭樓鎮(zhèn)境內(nèi)，井田東西寬2.2～6.7 km，南北長10.5 km，面積為46.1 km2。采用立井-暗斜井開拓，布置主、副、風(fēng)三個(gè)井筒，井底車場水平標(biāo)高-312 m，主水平標(biāo)高-650 m。煤炭地質(zhì)儲(chǔ)量5.44億t，可采儲(chǔ)量1.33億t；主采3煤層，平均厚度7.5 m，屬低磷低硫氣煤，煤層賦存情況較好。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力180萬t/年，核定生產(chǎn)能力為202萬t/年。

1 礦井地溫分布規(guī)律及熱害來源分析

礦井采用中央并列式通風(fēng)，區(qū)內(nèi)地溫梯度的平均值為1.86℃/100 m，屬地溫正常區(qū)。－500～－650 m深度地溫26℃，其－650 m以下屬正常增溫區(qū)。

礦井熱害來源：地?zé)崾菍?dǎo)致礦井熱害的主要因素；綜采工作面及煤、巖巷普掘工作面的機(jī)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)散熱；煤炭生產(chǎn)運(yùn)輸過程中的煤矸巖溫散熱和煤、矸氧化放熱；風(fēng)流壓縮熱，風(fēng)流自然壓縮使風(fēng)流溫升[1]。

隨著開采深度的增加，通風(fēng)距離逐漸增加，地溫逐漸升高，采掘工作面的風(fēng)溫也將逐漸升高，夏季井下工作面溫度達(dá)到30～32℃，最高34℃，超過《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定，呈現(xiàn)較嚴(yán)重的季節(jié)性熱害特征。為確保礦井安全生產(chǎn)和職工的健康，必須進(jìn)一步采取措施調(diào)節(jié)風(fēng)溫，解決礦井的高溫?zé)岷栴}，經(jīng)調(diào)研論證，確定采用井下集中降溫系統(tǒng)。

2 礦井需冷量

集中制冷最終目的是將進(jìn)入采掘工作面的風(fēng)溫降低到《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的范圍。因此載冷劑必將從進(jìn)入采掘工作面的風(fēng)流中吸取熱量，并將這些熱量通過制冷機(jī)的排熱系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到回風(fēng)巷道或地面大氣中去。礦井制冷降溫系統(tǒng)冷負(fù)荷主要是采掘工作面冷負(fù)荷之和，再加上系統(tǒng)的冷量損失。但是，要精確計(jì)算或者預(yù)測礦井降溫系統(tǒng)的冷量損失較為復(fù)雜，尤其是管道的冷量損失。根據(jù)《礦井降溫技術(shù)規(guī)范》和《煤礦井下熱害防治設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，結(jié)合孫村、平八礦、唐口、陽城等礦井的情況，在礦井降溫制冷量基礎(chǔ)上取1.1～1.2的系數(shù)，即為礦井降溫系統(tǒng)冷負(fù)荷。陽城煤礦永久降溫系統(tǒng)需冷量（按最大冷量計(jì)算）為：

式中：ΣQt，x為礦井降溫系統(tǒng)總冷負(fù)荷、制冷量，kW；ΣQc，m為采煤工作面需冷量，kW；ΣQj，j為掘進(jìn)工作面需冷量，kW；k為備用系數(shù)，取值范圍為1.1～1.2，這里取 1.2。

根據(jù)礦井的實(shí)際情況，陽城煤礦井下集中制冷降溫系統(tǒng)按兩面六頭設(shè)計(jì)，并考慮深部區(qū)域，富余量較大，不再考慮系統(tǒng)的擴(kuò)容。陽城煤礦井下集中制冷降溫系統(tǒng)冷負(fù)荷為如下頁表1所示。

通過計(jì)算可得出陽城煤礦井下集中制冷降溫系統(tǒng)所需冷負(fù)荷為6 056 kW。

3 井下集中制冷降溫系統(tǒng)工藝

井下集中制冷降溫系統(tǒng)的工藝流程為（見下頁圖1）：冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、補(bǔ)水系統(tǒng)、散冷系統(tǒng)和排熱系統(tǒng)[2]。

井下集中式制冷系統(tǒng)方案與地面集中降溫系統(tǒng)相比，該方案的最大區(qū)別是沒有高低壓轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，機(jī)組冷凝器本身能承受16 MPa的高壓。

表1 陽城煤礦井下集中制冷降溫系統(tǒng)冷負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

圖1 井下集中制冷降溫系統(tǒng)工藝流程示意圖

4 系統(tǒng)設(shè)備選型

根據(jù)上面制冷站冷負(fù)荷計(jì)算結(jié)果可以確定降溫系統(tǒng)制冷機(jī)組選型，本方案中選擇單臺(tái)制冷量為3 300 kW高壓模塊化的井下集中制冷機(jī)組2臺(tái)（計(jì)算系統(tǒng)冷負(fù)荷6 056 kW）。目前國內(nèi)同類型產(chǎn)品，即礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置（以下簡稱CS-3000），單套該機(jī)組額定制冷量為3 300 kW，主要參數(shù)如下表2所示，蒸發(fā)器參數(shù)如表3所示，冷凝器參數(shù)如表4所示。

表2 CS-3000制冷機(jī)組技術(shù)參數(shù)

表3 蒸發(fā)器技術(shù)參數(shù)

表4 冷凝器技術(shù)參數(shù)

5 實(shí)際應(yīng)用

工程建成投入運(yùn)行后，使掘進(jìn)工作面距迎頭500 m范圍內(nèi)溫度降幅平均達(dá)到5℃或者迎頭溫度達(dá)到28℃，濕度有較大幅度下降，工作面工作環(huán)境得到明顯改善。

6 結(jié)語

通過井下集中制冷降溫系統(tǒng)的建設(shè)，使得礦井采掘工作面溫度和濕度明顯降低，井下工作環(huán)境得到明顯改善，職業(yè)危害水平顯著下降，確保了作業(yè)人員免受危害，工作效率顯著提高，對(duì)于有效解決礦井深部采區(qū)高溫?zé)岷﹄y題，具有較高的推廣價(jià)值[3]。