济宁二号煤矿局部移动式冷水降温系统应用

【摘要】济宁二号煤矿开采深度已经达到-740m以下，南翼采掘工作面距离井口较远，增加风量困难，采用机械降温方式较合理。

【关键词】矿用；移动式；冷水降温；应用

１通风现状分析

济宁二号煤矿-740m采区所开采煤层原始岩温达到38～42℃，属于二级高温区。在回采过程中，-740m水平深部采掘地点空气温度已接近或超过《煤矿安全规程》限定的允许工作温度。夏季采煤工作面风流温度达到28～29℃，回风温度达到30～32℃，湿度接近100%；个别综掘工作面温度能够达到33℃。高温、高湿的井下作业环境，不仅严重影响劳动生产率，而且对井下工作人员的身体健康造成了极大的危害，并易产生伤亡事故。虽然可采取通过增加风量的方式在一定程度上达到降温的目的。但是由于-740m水平大巷距进风井口3500m，矿井最大通风流程达14000m，矿井通风较困难，增大风量难度很大。为此对济宁二号煤矿来说，较大程度的提高通风量很难实现，采用机械降温方式较为合理。

表1TS-450P制冷机组相关参数

根据济宁二号煤矿井下高温状况及生产实际情况，针对井下热害较为严重的采掘工作面，采用局部移动式冷水降温系统进行制冷降温，即采用单套TS-450P局部降温机组对采煤工作面进行降温，采用单套TS-300B型制冷机组对掘进工作面进行降温。

２局部移动式冷水降温系统

综采工作面，济宁二号煤矿选用北京鑫源九鼎公司的TS-450P型局部降温机组。这套局部降温机组相关参数如图1。

掘进工作面，济宁二号煤矿选用北京鑫源九鼎公司的TS-300B型制冷机组。TS-300B型制冷机组相关参数如表２。

表2TS-300B型制冷机组相关参数

局部移动式冷水降温系统是针对高温矿井某些采掘工作面的局部高温点，采用整体制冷降温机组来减轻这些高温点所带来的危害。在回采工作面，可以在进风顺槽内安设局部制冷机组，在掘进工作面可以选择某一位置（比如某联络巷）安设制冷机组，制取矿井降温所需的冷冻水或低压低温制冷剂，然后通过与局部制冷机配套空冷设备（蒸发器、空冷器），降低采掘工作面环境温度。

系统工艺流程：采用整体——局部制冷降温机制取降温所用冷媒介质，进入配套的散冷设备——空冷器（蒸发器）中，处理高温高湿风流。将处理后的冷风通过风筒输送至需冷地点（采掘工作面）。冷凝热随矿井回风系统排出或随冷却水进入井底水仓排出。

图1局部移动式冷水降温系统工艺流程

局部机械制冷降温设备主要由主机、蒸发器、冷却器三大部分组成。主机中的压缩机将吸收过热负荷的低压气态制冷剂吸入并压缩为高压高温蒸汽，通过主机中的冷凝器将热量传递给冷却水，同时制冷剂变为低温高压液体。而后低温高压状态下的制冷剂通过膨胀节流阀，变为低温低压气液两相混合物进入蒸发器。其中的液态制冷剂在蒸发器的铜管中蒸发制冷（吸热），而安装于蒸发器一端的局部通风机则不断吸入周围环境中的热空气与蒸发器内铜质盘管间进行冷热交换，从而达到降低温度目的。吸收热负荷后的制冷剂以低压气态进入压缩机再次进行循环。

吸收过制冷剂热量的冷却水可直接由管路排入水仓，进而排至地面，由此将热量排出。也可以采用闭式回冷机回冷模式。冷却水在回冷机内进行闭式循环，通过回冷机内的喷淋系统，回冷机一侧的局部通风机将热量排出。

３现场实施及降温效果

2011年夏季，根据济宁二号煤矿的实际高温状况，在进行通风系统改造后，还有部分采掘工作面温度超过规定，决定采取“局部降温，综合治理”的降温措施，经过科学计算，在充分调研国内外局部降温设备的情况，选用了波兰产局部降温技术装备，济宁二号煤矿选用了北京鑫源九鼎公司的TS-300B型（制冷量300kW）和TS-450B（制冷量450kW）型煤矿井下用制冷装置。

根据煤矿采掘面的现场温度及条件，我矿分别在9309运顺掘进工作面、9307轨顺掘进工作面和11308采煤工作面（原定为153上01综采工作面，安装时工作面即将回采完毕，工作面热害得到缓解，TS-450型局部制冷机组安装在11308工作面）安装了局部降温机组。

３．１局部降温机组布置

1）采煤工作面制冷机组布置

制冷机组安设位置主要考虑降温效果和采面推进速度两个方面。由于空气的比热小，升温快，因此制冷机蒸发器越靠近采面进风口，采面的降温效果越好。但制冷机距工作面太近会造成移动频繁，影响生产。因此结合矿井实际，我矿将TS-450型局部制冷机组安装在11308轨顺联络巷处，采用局部通风机将空气吸入蒸发器制冷后，将处理后的冷风与工作面进风混合后进入工作面。

2）掘进工作面制冷机组布置

采用局部制冷机组对掘进工作面进行局部降温。因9309运顺掘进巷道和9307轨顺掘进巷道巷道断面较大，可直接将机组布置在巷道中，不必在巷道一帮专门掘砌安设局部通风机、散冷设备的硐室；原始岩温较低，故可将机组布置在距迎头较远的位置；巷道长度为1000m，整个夏季（6-9月）能够推进800m左右，为便于管理、操作和现场使用周期，因此我矿将制冷机组安放在巷道进风口处合适位置，布置方式是在局部通风机后紧跟着安设制冷机组蒸发器。该方式不改变供风量，确保了迎头所需的风量。由于风筒内低温气体的辐射作用，巷道内温度会大幅降低；但缺点是如果巷道掘进距离较长，则巷道中部冷损较大，掘进工作面迎头提供冷量不足。布置方式见附图2。

图2济宁二号煤矿局部降温系统示意

３．２冷凝热的排放

冷凝热的排放我矿采用补给水源一次性水排热方式

将满足要求的补给水源（来自地面和井下水厂）由水泵送进制冷机组冷凝器吸热，吸收热负荷后的冷却水不再循环使用，而是排往附近排水沟，通过排水沟到达南翼3#水仓。此方案系统简单（不再需要安装排热冷却器），降温效果较好。

３．３热害状况分析

（1）9309运顺掘进工作面在掘进长度在700-800m时热害不严重，掘进迎头干球温度29℃，湿球温度28℃，在回风流较严重，温度最高干温30℃，湿温29.5℃，供风量298m3/min。

（2）9307轨顺掘进工作面在掘进长度在1480m时热害严重，掘进迎头干温31.2℃，湿温29.8℃，回风流温度最高干温32.8℃，湿温32.4℃，供风量215m3/min。热害比较严重。

３．４降温效果分析

图59309掘进工作面降温前后效果对比

9309运顺掘进工作面TS-300B型局部降温系统8月26日开始运行，制冷量300kW，因为供水水量不足制冷机效率下调，实际制冷量约210kW。掘进迎头干温25.2℃，湿温22.4℃，降幅3.4℃，达到预期效果。

9307轨顺掘进工作面制冷机组9月6日运行效果如上图所示，制冷量300kW，9307掘进工作面配风量为215m3/min，迎头干温降低3.2℃，湿温降低5℃，降温效果比较明显。

另一方面，风筒未采用隔热风筒，导致冷损比较大，回风最高温度出现在中部位置，为提高制冷利用率建议采用隔热保温风筒。

４结论

４．１为降低冷量损失建议采用保温隔热风筒，图5可以看出，降温后回风流最高温度出现在700-800m位置，说明风筒对巷道内风流有降温作用，采用保温隔热风筒后，可以降低风筒沿线的冷量损失。

４．２建议采用回风机系统，目前济宁二号煤矿采用的是开式的水循环冷却水系统，如图7，对矿井供水系统造成了影响，假若3台机组都采用这一方式，那么矿井供水系统要增加100m3/h，采用回冷机以后将减少矿井供水负担。

图7开式管路降温系统管路图

４．３根据现场实际应用情况，建议局部降温系统应用在千米掘进或回采的工作面，降温效果明显。根据测得数据表明，掘进巷道，掘进长度1000m以下，供风量400m3/min以上的情况下，掘进面热害状况不严重。

【参考文献】

［1］刘何清，吴超，王卫军，陈世强.矿井降温技术研究述评[J].金属矿山，2005（6）.

［2］冯兴隆，陈日辉.国内外深井降温技术研究和进展[J]．云南冶金，2005（5）．

［责任编辑：周娜］