制冷設備在深井降溫中的應用

李紅紅

（山東黃金礦業（萊州）有限公司焦家金礦，山東 萊州 261400）

隨著我國社會經濟的發展，對金屬礦的需要求逐漸增加，就導致了對金屬礦山開采的深度不斷加大，引發了許多井下熱害問題，為礦井安全生產造成了嚴重的威脅[1]。我國雖然在地面制冷投入了大量的精力和財力，但由于工作的區域離地面制冷站的距離較遠，其制冷作用完全得不到發揮。而應用移動式制冷機后，礦井下面的溫度有所降低，對井下的工作夠了明顯的改善，減少了熱害情況的發生。

1 工作面熱環境的現狀

1.1 熱源分析

某礦井溫梯度平均值超過了3℃/hm，已經屬于高溫異常區的范圍。造成此工作面高溫的主要原因是因為大采深導致的空氣壓縮熱與巖熱，這兩種熱源就是礦井的主要熱源，運用一些具體的措施才能減少其溫度。某礦井不同深度的巖溫，如表1所示。

表1 某礦井不同深度的巖溫

1.2 熱害的影響

采挖的深度是與工作面溫度成正比的，采挖的深度越深其溫度就會越高，只要三水平垂的深度超過一千米，巖溫就會在47℃左右。根據實際的實驗結果，在采區回風階段，該礦井的工作面溫度已經超過了30℃，濕度已經高達98%。高溫熱害不但會影響工作人員的身體安全，還會影響井下工作面出勤人數，導致有些崗位沒有人愿意去工作，給礦井的安全生產造成了不良影響。

2 降溫系統

2.1 降溫方案選擇

根據該礦井的掘進工作面的具體情況和周邊環境的特征，通過對其進行勘察分析，制定出了三種降溫計劃。第一，運用該礦井已經建立完成的降溫系統對三水平進行降溫處理。因為該礦井的制冷站到三水平的最短距離為2.5公里，即使能夠完成降溫，其安裝的難度系數也較大，成本支出較高。如果運用井下降溫處理，現在的三水平還沒有和二水平進行連接。所以，無法運用現有的降溫系統進行降溫處理。第二，建立新的地面集中制冷站。如果在礦井的附近建立一個行的地面集中制冷站，其施工周期較長，成本支出較高，并且該礦井還有部分工程沒有建設好，現在不易施工[2]。第三點，運用井下局部制冷降溫。把移動的制冷設備安裝在施工區域，按照適當的排熱方法將該工作面的熱量排出深井，以此方式來完成對施工區域的降溫作用。此方案施工方便，成本消耗量小，施工周期較小，能夠快速的達到降溫的目的，讓工作面的高溫問題得到有效的解決。通過對以上計劃方案的對比，只有第三種方案最為合適，因此決定采用第三種方案。應用井筒淋水一次性水排熱方案，將達到標準的井筒淋水通過水泵運輸到制冷裝置，該裝置經過冷卻后，將水排放到臨時水倉，然后在排到礦井外。這種方案應用的冷卻水是天然水源，因此并不用在安裝其他的設備對其冷卻和通風，減少了施工的工作量，并且可行性高。通過對該施工區域的生產條件分析，只需要將制冷機安裝在距掘進工作面150m左右處即可。

2.2 降溫系統運行原理

主機、蒸發器和冷卻器是組成制冷機組主要部分，而制冷機組的工作流程如下：首先由主機中的壓縮機將吸收低壓氣態制冷劑，再經過內部處理，對其吸入并壓縮為高壓高溫蒸汽，其次，冷凝器會將工作面的熱量輸送給冷卻水，同時制冷劑變為低溫高壓液體，這種情況小的制冷劑經過膨脹閥節流，就會變成低溫低壓氣液兩相混合液體，在經過一定的處理，流入到蒸發器。其中，液態制冷劑在蒸發器銅管中發揮其制冷作用，同時局部通風機不斷吸收工作面附近的熱空氣，和蒸發器內銅質盤管進行冷熱交換，用此方法來實現制冷的目的，制冷劑在吸收完熱負荷后，往往以低壓氣態的形式流入到壓縮機，然后再以此進行循環工作。其工作流程如下圖所示。當冷卻水吸收完制冷劑的熱量后，會流入到冷卻水箱，然后再經過水循環泵的輸送，進入到冷卻器里，再通過局部通風機的排風系統將熱量排出，最后進入冷凝器內，降制冷劑所帶來的熱量進行吸收。

圖1 工作原理圖

2.3 降溫技術步驟

其降溫的技術一共分為三步，其步驟如下圖所示。第一步：排熱,壓縮機將吸收低壓氣態制冷劑，對其吸入并壓縮為高壓高溫蒸汽，通過水泵運輸到制冷裝置，該裝置經過冷卻后，將水排放到臨時水倉，然后在排到礦井外。冷卻水水源運用的是天然水源。

第二步：制冷，制冷劑變為低溫高壓液體后，經過膨脹閥節流，就會變成低溫低壓氣液兩相混合液體，流入到蒸發器，液態制冷劑在蒸發器銅管中發揮其制冷作用，制冷劑在吸收完熱負荷后，往往以低壓氣態的形式流入到壓縮機，然后再以此進行循環工作。

第三步：輸冷，冷卻水吸收完制冷劑的熱量后，其溫度會變低，并通過通道排出深井，完成制冷的目標[3]。

圖2 降溫技術步驟

3 降溫成效

為了能夠對降溫的質量進行客觀、科學的評價，從降溫系統開始工作時開始對其進行測試，一直延續半年的時間，每天都會選取不同的通風機進風口與出風口，對其溫度進行檢測，并做好記錄，在月末時，求出其溫度的平均值。運用降溫系統后，兩個風口溫度的變化，如下圖所示。經計算發現，兩者最大可相差26.2℃。

圖3 風口的溫度變化

4 結論

通過對深度超過一千米高溫熱害情況的分析，對應用移動制冷設備制冷后，掘進工作面的前后的溫度發生了變化，最高溫度能夠保持一定的穩定性，讓人體能夠適應其溫度的度數，減輕了高溫熱害情況的發生。另一方面，制冷設備能夠隨著工作面的變化而變化，對工作環境有了較大的改變，同時還為深部更大規模的降溫工程提供了一些參考經驗。