煤礦井下機械降溫設計

白 靈

（煤炭工業鄭州設計研究院股份有限公司，河南鄭州，450000）

煤礦井下機械降溫設計

白 靈

（煤炭工業鄭州設計研究院股份有限公司，河南鄭州，450000）

本文在分析這種降溫系統的基礎上，對各種將降溫的方法進行比較，給給出相關的應用設計。

煤炭行業;井下機械;降溫設計

1 對各種降溫方式的介紹

1.1 對降溫措施進行分類

在對礦井熱害進行解決的時候，主要有兩種方法，第一種是使用非機械制冷的降溫措施，第二種是使用使用機械制冷來進行有效的降溫。這兩種方法的使用，都需要建立在礦井可以通風的基礎上。因此在降溫的時候，需要礦井井下氣象條件要達到相關的標準。對于非機械制冷的降溫措施來說，在實施的過程中，主要是對其通風量進行增加，并且對通風方式進行改變。對于后者來說，是在愛前者條件達不到的基礎上來進行實施。

1.2 機械制冷在礦井降溫中的重要性

根據相關的研究表明，通過對地面工作風量的增加來進行降溫，能夠對礦井的氣候條件進行改善，并是一種較為經濟有效的手段，因此在降溫的過程中需要首先對其進行考慮。但是在實際操作過程中，存在著各種因素的限制，使得這種方法得不到有效的開展。

對于礦井的工作面來說，其會受到地面氣溫及圍巖溫度等各種因素的影響，因此在通過對地面開挖程度的加大，增加通風量進行方法來降溫的方式很難實現。在這種非機械降溫措施實行不下去的時候，就需要使用機械制冷來對其進行降溫。

2 對煤礦井下機械降溫的分類與介紹

在機械制冷降溫系統中，可以按照對服務對象的不同來對其進行有效分類，主要可以分為分散式和集中式這兩類，其中集中式可以根據制冷站在安裝過程中位置的不同，可以將其分為地面集中、井下集中與井下井上聯合的三種方式，地面集中又可以根據制冷劑種類的不同可以將其分為冰制冷系統與機冷水系統，另外還可以根據制冷原理的不同，將其分為蒸汽壓縮式、空氣壓縮式及蒸汽壓縮式加余熱溴化鋰兩級制冷的三種方式。

2.1 對局部降溫系統的介紹

在實施的過程中，礦井工程只有井下局部幾個熱害點會超出溫度范圍，并且各個點之間的距離都比較的遠，因此回風的溫度比較的低。例如在單獨的幾個工作面需要降溫的時，這時局部降溫系統就是采用一種較為高校及經濟的方式來進行降溫。

對于這種降溫方法來說，在降溫的過程中，具有設備布置簡單、負荷調節方便的特點，并且在降溫的時候，不需要使用水管道，只需要制冷量達到要求的要求即可。但是這種方法存在的缺陷就是對于設備來說，其存在的單機容量較小，并且在降溫的時候，其設備的位置及供水供電的位置都比較的分散，因此在管理的時候，具有一定的復雜性，并且還要在施工的時候，做好防爆工作。另外在冷凝熱的排放過程中也存在著較多的問題，首先因為在冷凝器的過程中，采用的是井下回風流的排放模式，這樣會造成回風流的溫度比較高，回風流的比較臟，使得冷卻的水容易受到污染，最后因為冷凝熱比較大，因此所帶來的降溫效果比較差。

2.2 地面集中制冷降溫系統

2.2.1 機械制冷水系統

對于機械制冷水系統來說，因為這種系統的制冷站是在地面上來進行建立的，因此對冷凝熱進行排放的時候，就需要在地面來對其進行。另外還需要在礦井下設置一種高低壓轉化器，實現能夠將高壓冷凍水進行二次轉化。

另外需要使用隔熱管道來進行運輸。這種系統能夠使用較大的制冷機組，并且可以在較大的礦井降溫系統中加以應用。但是這種系統也存在的一些缺點，比較再次高壓冷凍水循環的時候，

造成系統的冷損加大，并且管路比較復雜。另外在施工的過程中所采用的一些設備，具有的成本相關來說都比較的高。

2.2.2 機械制冰系統

另外，對于機械制冰降溫系統來說，它是一種比較先進的礦井降溫方式。這種方式是對地面制冰場進行有效的利用，并且使用相關的融冰裝置，來在礦井實施的過程中，進行熱交換，從而能夠使水溫度得到有效的降低。對于這種方法來說，首先其能夠利用冰的融解潛熱進行降溫，因此在相同冷負荷的條件下，向井下的輸冰量僅為輸水量的 1/4~1/5，另外由于輸送流量降低，管道的投資費用及運行能耗降低，管道冷損失小。最后它所有的設備的都是在井上的，因此不需要對其防爆設備進行考慮進去。但是這種方法本身也存在著一些缺點，首先其在使用的過程中，增加了一個融冰的環節是，使得造成了較為嚴重的冷量損耗，造成制冷系數出現降低。另外其在使用的過程中，還將浪費大量的水資源。并且這種系統目前還沒有得到真的應用，要想達到有效的運用效果，在未來工作開展的過程中，還需要做到對設備的有效研發及制冰設備的研制。

2.2.3 蒸汽壓縮式加余熱溴化鋰吸收式兩級制冷系統的使用

在操作的過程中，要是使用電網來進行供電，就導致大量的電力消耗，并且產生大量的成本，造成地區用電緊張的局面發生，甚至會帶動電價的上漲，因此造成煤炭所帶來的經濟效益就會出現嚴重的下降。因此可以建設相關的瓦斯電站，來滿足能量的供應過程。另外還可以使用功能瓦斯電站所發出的點來配置相關的吸收式制冷機，這樣就能夠產生降溫所需要的冷凍水，從而能夠形成一條循環的經濟鏈，對其經濟效益做到有效的提升，另外還能夠改善礦區的環境，做到對國家相關政策的滿足。另外瓦斯還是煤礦開采過程中的重要威脅，因此需要對瓦斯氣體做到有效的使用與開采，在地面建立瓦斯發電站，可以將其問題得到充分的解決，因此具有多重功效。

3 煤礦井下機械降溫設計過程

3.1 機械降溫之前需要對礦井通風量進行增加

在以往的設計過程中，我國擁有的經驗比較的豐富，另外當原巖溫度處于31度到37度中間的時候，通常都是采取對礦井通風進行加強的方式來進行。從而能夠對高溫溫度進行解決。要是原巖的溫度大于37度的時候，就需要采用機械降溫系統來對其進行降溫，但是在降溫的過程中，也需要做到將礦井的通風風量進行增加并且解決的問題是: 當礦井通風風量增加時，巷道風壓損失就會以二次方增加，風機功率也會三次方增加。另外通過相關的數據及研究資料表明，對于通風時間低于一年的巷道中，風速大于四米每秒，和風速超過五米每秒，通風的時間大于一年的巷道時來說。要是在對其通風時間進行增加時，具有的效果就并不是很明顯了。

3.2 采用回采及掘進的相關方式來進行降溫

在回采及掘進的降溫過程中，需要將空冷器放置在軌道順槽內，要做到讓空冷器直接出保溫風筒，另外以延伸到工作面的方式來進行，要是在操作的時候存在困難，就要直接的將軌道放置咋順槽中。在實施的過程中，需要根據煤礦井內實際的空氣干與溫度來進行分布。另外還需要將空冷器布置在距離回采工作面處的兩百米左右的位置上比較的適合，另外需要將其他的空冷器依次放置在四百及六百米的位置上。在計算的時候，首先需要根據相關的原則來進行，第一步需要做到對操作的方便，另外在對工作面進行移動的時候，不能夠過于頻繁。第一步在回采的過程中拗不過需要對冷量要做到有效的保障。第三步對于軌道順槽中存在的空氣溫度，要維持在22到24度之間，不然就會導致工作人員無法對其做到有效地適應。最后要對風流動的速度進行控制，不然就會造成煤巖與風流之間的存在的傳導溫差比較的大，從而造成不必要的冷量損失問題存在。

另外在降溫的實施的過程中，對于通風風流，需要盡量使用同向通風與下行送風的方式來進行。這樣才能夠做到對巷道中機電散熱設備進入采煤工作面進風流做到有效避免。

3.3 回采工作面內空冷器的放置問題

在對機械降溫的原設計中，對于回采工作面來說，需要做到每隔 20 ～30 m 設置 1 臺 SPK －25類型的空了器。從實施的結果來看，做到對相關標準的滿足是非常有必要的，另外在實際的操作過程中，相關的工作軌道順槽內的空冷器基本上做到能夠滿足降溫所需要具備的要求。因此需要將工作面內的空冷器進行拆除，避免造成不方便移動的問題產生。

3.4 需要對巷道的巖壁進行隔熱

根據相關的檢測數據顯示，就單位體積風流來說，一些軌道大巷、中巷道巖壁對風流增焓、溫升很少，所以，以往對巷道巖壁隔熱的作法是不必要的，這也是降溫過程中的必要實施環節。

4 結語

煤炭行業是我過能源結構的重要組成部分，因此在實施的過程中，一定做到對其安裝性做到充分的考慮進去。而礦井熱害卻給煤炭行業的發展帶來許多不良的影響。因此我們需要加大研究，對各種非機械及機械的降溫方法進行分析與考慮，使其能夠在日后的降溫工作中得到有效的利用。另外還需要對機械降溫進行設計，做到能夠在實際的煤炭開采的工作中得到有效的應用。促進我國煤炭行業能夠得到進一步的發展。

[1]周西華,王繼仁,盧國斌,單亞飛,梁棟;回采工作面溫度場分布規律的數值模擬[J];煤炭學報;2002年01期

[2]高建良;魏平儒;;掘進巷道風流熱環境的數值模擬[J];煤炭學報;2006年02期

[3]張枕薪;;煤礦集中式機械降溫系統經濟效益比較[J];煤炭工程;2010年08期

Coal mine machinery cooling design

Bai Ling
(Limited by Share Ltd of Zhengzhou coal industry design and Research Institute of Henan,Zhengzhou 450000)

Based on the analysis of the cooling system based on all kinds of the cooling method,application design to give the relevant.

coal industry;underground machinery;cooling design