井下局部降溫技術在采煤工作面的應用

焦博朋

（陜西省延安市黃陵二號煤礦 陜西延安 727307）

目前，我國煤礦產量越來越高，一定程度上增加了礦井開采深度，而且礦井采掘機械化水平也得到了明顯飛躍，進一步加劇礦井熱害現象，所以對深部礦井生產產生了很大的影響，很難確保高效化生產目標的順利實現。在煤炭資源開采方面，其深部發展趨勢愈發顯著，在煤炭生產過程中，井工開采非常常見，由于礦井熱害越來越嚴重化，所以對井下作業人員的人身安全產生了一定的威脅，基于高溫高濕環境，很難將礦井作業人員生產效率提升上來。所以高溫熱害問題，已經成為了煤炭企業共同關注的話題之一。

一、井下局部制冷降溫技術

（一）技術原理

在井下采煤工作面局部降溫系統工作過程中，“蒸發吸熱、冷凝放熱”原理得到了廣泛應用。制冷機組在做功方面，主要借助于壓縮機來進行，實現蒸發后的制冷劑向高溫高壓氣體的順利壓縮和轉化，對于壓縮后的制冷劑來說，在進入冷凝器以后，在與冷卻水熱交換的影響下，可以實現冷凝放熱，借助膨脹閥節流降壓，可以為冷凝后的制冷劑液體進入蒸發器與進風的熱交換創造有力條件，對空氣中的熱量進行蒸發吸收，從而不斷提高降溫效果。空氣中的水分在與露點溫度相符的情況下，可以迅速凝結，經水管排出可以將降低濕度的目標得到完成[1]。在吸入壓縮機壓縮完蒸發后的制冷劑后，可以使循環過程得以完成。在制冷劑中的熱量被冷凝器中冷卻水吸收后，借助冷卻水管，可以為排至回風巷中的冷卻器創造條件，冷卻器中回風可以對冷卻水中的熱量予以汲取，然后排至地面，冷卻后的冷水經過不斷循環可以達到冷戰中的冷凝器，然后促進與制冷劑熱交換的順利進行。圖1為制冷機工作面原理圖：

圖1 制冷機工作原理圖

（二）井下局部降溫系統組成和參數

一般來說，制冷、輸冷以及排熱，是井下局部移動制冷降溫系統的重要構成，通過對移動式降溫設備的應用，其構成主要包括制冷主機和冷凝器等。

排熱部分。在蒸發器吸熱后，壓縮機在低壓氣態制冷劑的幫助下，可以使高壓高溫蒸汽壓縮而成，再將其輸送到冷凝器，并實現熱量向冷卻水的迅速傳遞，借助保溫管道，可以使冷卻水迅速排到冷卻水箱之中，再借助冷卻水循環泵，實現在排熱冷卻器內的順利傳送，并給予循環吸熱和放熱一定的保障。在排熱冷卻器一端，應對對旋局扇進行安裝，為工作面回風壓進冷卻器提供便利性，由于冷卻水可以對冷凝熱進行釋放，所以可以順利排到地面。

制冷部分。基于低溫高壓視角，制冷劑在膨脹閥節流的狀態下，可以為進入蒸發器創造有力條件，在蒸發吸熱后，由于進入壓縮機的次數為兩次，所以高壓高溫蒸汽被壓縮而成，然后在工作裝置中的冷凝器中，可以將冷凝排熱功能發揮出來，從而確保循環制冷目標的順利達成。

輸冷部分。借助蒸發器，工作面機巷風筒的風流的放熱性能顯著，在達到降低溫度的要求后[2]，可以在工作面實現順利傳送，從而將工作面風流溫度的降低水平提升上來。

二、現場應用及效果分析

（一）工作面溫度情況

以某地煤礦Ⅱ020203綜放工作面為例，2＃煤層為所采的主要煤層。結合相關地質勘探報告了解到，分析20個測溫鉆孔資料，其孔底溫度在高于31℃，其中，15個鉆孔的孔底溫度均高于37℃，在測溫鉆孔中占據75%。該煤礦具有高產性質，所以具有明顯的生產自動化水平，在現場溫度影響方面，設備運行散熱為重要一大因素。對現場數據進行分析，Ⅱ020203采煤工作面風量1分鐘為1000m3，相對濕度最低為94%，最高為100%。

（二）實施過程

首先，制冷站位置。在工作面運輸巷與工作面進風口距離合理位置處，應加強制冷站的設置，其最佳位置為300m左右，在站內，分別對TS-450ZM主機和TS-450PB蒸發器進行安裝，其中，1臺制冷機作用于機電列車[3]，這在降溫方面得到了充分體現，1臺機組借助風筒，可以為冷風傳送到工作面進風口對回采面創造條件，從而確保降溫效果的穩步提升。

其次，管路系統設計。對制冷系統要求水量等進行分析，循環水管路通過對母管制的應用，母管、支管分別對Φ200mm、Φ100mm無縫鋼管進行選擇，針對于熱水管道，隔熱處理非常有必要。此外，在管路鋪設路線中，先由制冷站開始，經過運輸2＃聯絡巷口、2＃聯絡巷等，最后到達Ⅱ020203回風聯絡巷。

最后，通風系統。對該套制冷降溫系統的通風系統進行分析，其構成主要包括熱風排放和冷風輸送，從該煤礦井下通風情況出發，在制冷站與蒸發器，應加強對旋風機的應用，確保降溫輸冷系統的順利構建。在采空區側，應加強擋風簾的設置，將采面供風量提升上來，并對冷風在采空區的損失程度進行控制。

應用效果

在該降溫系統運行過程中，實際測量該煤礦綜放工作面現場溫度，其工作面下口溫度最低為23℃，與最高溫度相差并不大。工作面上口溫度最低為30℃，與最高溫度相差也不大。同時，經過半年后的實測，工作面進風下口、上口最低溫度分別為24℃、28℃[4]。由于季節變化明顯對工作面溫度的影響程度較高，冬季和夏季溫差最高為2℃。

對安全監測系統所測數據進行分析，工作面的溫度平均降低3℃，通過制冷機在工作面中的使用，可以大大提高降溫和除濕效果，進一步改善作業環境舒適度。在降溫的幫助下，可以對高溫熱害的嚴重性進行控制，以免過渡威脅到作業人員的人身安全，并給予工作面良好的作業環境一定的保障，從而確保勞動生產效率的穩步提升。

三、結束語

由于一些煤層具有易自燃性質，自然發火期并不長，在工作面回采區域內，散熱現象經常出現，再加上一些影響因素的出現，極容易升高采煤工作面的溫度，這對于礦井的正常開采產生了很大影響，甚至對礦工的人身安全產生威脅。而借助井下局部降溫技術，不僅可以確保工作面熱害問題得到解決，而且還可以滿足積累經驗和提供依據等要求，從而構建安全、高效的采煤工作面的生產環境。