基于制冷降溫技術在高溫掘進巷道中的應用分析

范新榮

（江投集團安源煤業有限公司尚莊煤礦，江西 豐城 331100）

引言：我國現行的煤礦安全規定要求，巷道掘進作業時必須將采掘作業面環境溫度控制在28℃以下，若超過則應采取降溫措施。而目前掘進巷道中的環境溫度通常可以達到30℃以上，因此，需要運用制冷降溫技術，將溫度控制在標準范圍內，以降低環境溫度因素對掘進施工帶來的影響，提升煤礦生產力水平。

一、案例概況

該巷道掘進工程位于南方區域，地下水資源豐沛。掘進巷道的截面積為8.1m2、通風形式為單一壓入、出風量為3.2m3/s。待掘進深度達到280m 時，在東區熱能的作用下，掘進作業環境溫度迅速升高，形成了高溫掘進面熱害，嚴重影響了掘進作業進度，因此，為了順利消除熱害，工作者對當前的熱害情況進行了檢測分析，以更加細致的了解熱害情況，分析出制冷降溫需求，保證后續制冷降溫技術應用的準確性[1]。在檢測分析中，研究者采用布點檢測的方式，分別對巷道的風流、巖石內壁、地下水進行了溫度檢測。其中，檢測點布置如圖1、檢測結果表如表1。

圖1 檢測點布置圖

表1 檢測結果表

二、制冷降溫技術的應用分析

（一）制冷降溫技術選用

通常來說，技術類型選擇是制冷降溫技術應用的第一個環節。現階段，能夠用于高溫掘進巷道作業中的制冷降溫技術，總體上可以歸結為兩類，即非機械類、空調制冷類。其中，非機械類制冷降溫技術包括通風降溫、水噴霧降溫、溶液除濕降溫、熱源控制降溫等，此類制冷降溫技術的主要優勢是使用成本低，但其制冷效果、制冷范圍均比較有限。而空調制冷類制冷降溫技術，是指通過在巷道中設置空調機組，并利用機組的循環制冷運作，來達到降溫效果的制冷降溫技術，此類技術的制冷效果較好，但建設成本較高，工作者需根據實際情況選擇合理的技術類型，以保證技術應用效果。對于本案例工程來說，首先，根據上述檢測結果，巷道環境溫度已經超過了規定提出的28℃，因此，必須要使用制冷降溫技術，同時，目前巷道掘進作業中已經應用了非機械類技術中的通風技術，但風溫依然能達到28℃以上，且巷道區域的地下水豐沛，大規模的技術建設周期過長、成本也比較高，因此，綜合考慮上述因素，工作者提出了運用采用空調、非機械制冷降溫技術相結合的方式，在原有通風設施壓氣式系統的基礎上，構建一個局部壓氣空調器制冷系統，然后通過冷風通風來進行降溫，由此既能達到有效降溫，還可以壓縮成本、提高技術應用前期建設效率。

（二）明確技術應用原理

在降溫制冷技術的應用中，待技術選用完畢后，還要明確技術的應用原理，為后續的技術應用建設提供依據。根據上述技術選用結果，在本工程中的制冷降溫技術應用原理可以被闡釋為，借助空調冷卻設施，以換熱的方式，在新風被壓入巷道空間內之前，對新風進行降溫，然后將廢熱經由回風井排出地面，由此降低巷道空間內的溫度。在該技術應用原理下，應用此項制冷降溫技術時，不需要工作者布設大規模的空調機組，這不僅降低了前期的技術應用費用，也壓縮了后續的技術運維成本，因此，從整體上來看，此技術具有足夠的應用合理性。

（三）確定技術設備參數

在技術應用中，待明確技術應用原理后，還要結合實際情況，設計一套完整的技術應用方案，然后按照該方案逐步落實技術操作，以保證技術應用的準確性。一般來說，技術應用方案主要包括，技術設備參數設置、技術設備布置、技術設備調試等內容。其中，在技術設備參數設置上，工作者需要根據當前的巷道制冷需求，以及現有設施系統情況，進行設備參數的設置，再基于此進行設備的選用和購置。在案例工程中，技術所需的設備主要包括，空調主機、蒸發器、雙層隔熱風筒等，而檢測結果顯示，巷道內的風流雖然能夠帶走一部分熱量，但依然存在較多的熱量積累點，加之巷道的截面積較大，所以，總體來說，巷道的降溫需求較大。為此，工作者將技術設備參數設置為，空調主機制冷量8～200kW、蒸發器送風量0.5～4m3/s，供冷量7.5kW、雙層隔熱風筒長度15m/節，配套隔熱材料的傳熱系數為0.029W/（m2·℃）。通常來說，按照上述參數選擇設備，進行降溫制冷技術的實施，就基本可以滿足巷道降溫需求。

（四）技術設備布設

在技術設備布設中，需根據技術作用原理，結合現場實際情況進行合理化的設備布設，由此為技術的應用提供良好的運行承載，增強技術應用效果。在案例工程的技術應用中，按照實際情況、技術作用原理，需設置一個風機硐室于離巷道20m 處的入風側，并在兩者之間設置一個空調硐室，然后在該硐室內，布設空調主機，由此即可運用主機中的空氣壓縮機，將空氣壓縮，再送入冷卻器中冷卻。在冷卻器的布設中，需用輸冷管道，連接空調蒸發器，以便于利用輸冷管道承載載冷劑，實現對風機硐室內空氣的換熱處理，降低空氣溫度。此時，借助風機的作用力，即可將低溫空氣送入到掘進巷道中。此外，還要為空調主機換熱器，設置一個廢熱排除通道，并將該通道與原有的污風回風側相連，以借助回風井，將廢熱排出巷道，達到制冷降溫的效果，實現技術設備的布設。總體來說，該設備布置效果如圖2。

圖2 技術設備布設圖

（五）技術設備調試

在技術應用中，為了保證技術的順暢運行，待技術承載設備體系布設完畢后，還要對該設備體系進行調試，確認設備性能、布設操作無問題后，即可正式進行設備運作，完成技術的應用。在此過程中，要先檢查設備的管線連接、連接件等部分是否布設完畢，是否存在表觀上的布設問題，并及時加以修正。待確認整體布設成果不存在表觀問題后，就可以進行技術設備的試運行，同時，也要通過布點觀測的方式，測定試運行期間的降溫情況，判斷技術是否產生效用，以便于對設備性能、布設上存在的問題，予以協調、處理，保證技術應用效果[2]。

三、技術應用案例討論

在技術應用中，工作者進行了定點溫控效果測定，測定結果如表2，對比應用降溫制冷技術之前的檢測結果，可以看出，上述技術應用環節的落實效果較好，因此，在后續的掘進巷道降溫制冷技術應用中，也可以考慮運用上述環節進行技術實施，以確保降溫制冷技術的應用效果順利達到預期。

表2 應用降溫制冷技術后的溫度檢測結果表

結論：綜上所述，增強制冷降溫技術的應用效果，可以改善掘進巷道的高溫環境現狀。在掘進巷道作業中，有效落實各項降溫制冷技術措施，能夠提高降溫效率、保持降溫效果、維護作業人員的身體健康、為煤礦生產作業提供良好條件，從而獲得更好的掘進巷道作業效果。