淺析礦井熱害的降溫技術措施

馮康偉 段三壯

摘 要：隨著我國深井開采時代的到來，礦井降溫工程的需求量將越來越多。隨著開采深度的增加，礦井熱害顯然躋身于繼傳統五大礦山災害之后的另一重大災害行列。本文簡要分析了礦井熱害的降溫措施，將其分為非機械降溫與機械降溫兩大類，旨在引起人們對井下熱害及相關問題的重視，在現有技術基礎上對新技術新方法的積極探索。

關鍵詞：深井開采;礦井熱害;降溫措施;非機械降溫;機械降溫

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.055

0 引言

礦井熱害降溫技術的重視與研究對于維持礦區的可持續發展至關重要，熱害治理技術問題也顯然成為礦業領域穩定健康發展的瓶頸和關鍵技術。本文對礦井熱害降溫技術做了兩方面歸納，分別為機械降溫與非機械降溫技術，有助于理清現有治理技術和對新技術的啟發。

1 非機械制冷降溫技術

在煤礦生產中，從礦井初期開拓、工作面生產等每個環節都會對井下環境的溫度產生一定的影響，綜上所述，大致可分為如下若干方面：礦井初期開拓和礦山巷道布置。頂板管理方法的影響、開采方法的影響、通風風量影響。

1.1 礦井開拓部署與礦山巷道布置對溫度的影響

礦井通風系統的形式主要有：中央式通風系統，兩翼對角式通風系統，分區式通風系統。如若改變傳統通風方案，采用分區或者兩翼風井進風，可以明顯的縮短進風路線的長度，縮短程度能達到一半左右。如此，在相同的風速時，據有關資料報道，在大巷的末端風溫上，對比兩翼式與中央式，前者比后者溫度低大約低2.1～6.3℃，對比分區式與中央式，前者比后者低大約2.3～9.6℃。

低溫巖層對風流的熱傳遞相對較弱，因而將進風流布置在溫度低巖層中，能起到降溫作用。采用混合式通風和下行式通風也會對風流具有一定的降溫作用，其中下行風對工作面的熱環境能有1～2℃改善。

1.2 采煤方法及頂板管理方法對溫度的影響

根據現場經驗，提供相同的開采條件，后退式采煤法與前進式采煤法相比，后退式相對漏風小，并且有效風量大一些，能使工作面降溫1～2℃。在煤炭開采方法中，傾斜長壁開采法與走向長壁開采法相比，通風路線相對較短。在頂板管理中，將全面充填法與全面垮落法進行比較，前者更有利于井下冷卻降溫，同時，充填入溫度較低的材料效果會更好。

1.3 增加風量對溫度的影響

多年來的礦井采煤經驗告訴我們增加風量具有較好的降溫作用，可使工作面風流溫度降低1～4℃，但應當控制在合理的風速內，否則會吹起煤塵。在此之外，增加風量的效果還會受到進風和圍巖溫度影響，當兩個程度達到一定水平時，再增加風量效果甚微，特別是圍巖達到40℃時，這時不應該通過增加風量降溫，應該控制流量去增加冷卻度。

2 機械制冷降溫技術

從上個世紀七十年代以來，機械制冷降溫技術開始進入高速發展階段、同時應用也廣泛起來。該種降溫技術儼然成為礦井冷卻方式的主要手段。

2.1 空氣壓縮式制冷降溫技術

這種方式使用空氣作為冷介質。降溫技術步驟為：壓縮機壓縮空氣→用制冷設備生產冷凍水→將其用冷凍汞輸送至換熱器→冷卻器的冷水與壓縮機的壓縮空氣進行熱交換→產生低溫壓縮的空氣→最后由輸氣管路輸送至各種需冷場所形成冷風射流后用以降溫。此種方式簡單靈活，但是制冷能力較小，不宜為提高冷量而耗費耗工的去使用。

2.2 機械制冷水降溫技術

該類礦山降溫技術主要包括：地面集中式制冷水降溫技術、井下集中式制冷水降溫技術、井下地面聯合集中式制冷水降溫技術、分散式制冷水降溫技術。公認實踐表明負荷超過2MW的礦山適用集中式的類型，對于低于此負荷的礦山，用分散式較好。費用方面地面集中式費用最低，井下集中式最高，而其余的在兩者之間。井下集中式類型的缺點是冷凝熱難以排出，井上井下聯合集中式與地面集中式的問題是必須使用高低壓轉換設備，同時造成溫度上升。

2.3 機械制冰降溫技術

此種技術流程為：地面冰場中制取泥狀或粒狀冰→通過風力或水力輸送至井下融冰裝置→熱交換中降低空調回水溫度。該技術的原理是利用冰的溶解潛熱帶走溫度，所以在同樣冷負荷的條件下，向井下輸冰量僅為輸水量的20%～25%。故這種技術管道投資和工作運行能耗低，同時也沒有高靜水壓和排放冷凝熱難的問題，但缺點是制冷效率低，能耗較制冷水高1～3倍，同時對于運行管理和控制方面，要求較高。

2.4 HEMS降溫系統

這種制冷工藝流程主要有：冷量提取系統→井下水源中的冷量→冷凍水輸送至壓力轉換系統→井下降溫系統→與風流熱交換并降低工作面溫度[2]。這種系統能較充分的利用各部分資源，能節省能源和減輕環保壓力，其中的壓力轉換系統能有效應對高靜水壓方面問題。但其初期費用以及后期維護費用較高，以及其對礦井涌水的限制，導致其更適用于某些大型和涌水量大的礦井。

2.5 熱電冷聯產制冷降溫

這種系統是一種高效益的降溫系統，此系統將熱量、冷量以及電能化為一體，使用的是瓦斯發電，余熱制冷[3]的原理。該系統的工藝流程為：將井下瓦斯抽采至瓦斯抽排站→去除雜質存儲瓦斯→將瓦斯發電并輸入電網→發電過程的高溫煙氣與冷卻水作為制冷機組，另外當井下冷負荷低時，多余煙氣進入余熱鍋爐制取蒸汽，向礦井供熱。這種系統能有效的利用礦上資源，還能減輕環境壓力，減少熱害的治理成本，效益較好，是一種比較好的降溫系統。但其初期耗資較大，同時對礦井的瓦斯濃度要求苛刻。故適用于一些大型礦井，并且是相對穩定且賦存瓦斯較多的礦井。

3 結論

本文對礦井降溫工程技術進行了總結：

（1）每種降溫技術需要在相應條件下才會有效，因此必須結合礦井具體的實際情況來實施熱害治理。

（2）由于礦井逐漸縱向延伸，熱害愈加嚴重，對機械降溫技術的研發力度急需加強。

參考文獻：

[1]嚴榮林，侯賢文.礦井空調技術[M].北京：煤炭工業出版社，1994（05）：131+133.

[2]馮德清，趙向東，陳州.深部開采局部降溫技術在徐莊煤礦的應用[J].工礦自動化，2013，39（03）：92-97.

[3]馬超，基于熱電冷聯產技術的煤礦瓦斯利用研究[D].遼寧工程技術大學碩士論文，2009（12）：23.