机械降温技术在煤矿的应用

　　我国是世界上第一产煤大国,也是高温热害矿井最多的国家。矿井热害不仅影响着井下作业人员的工作效率，影响矿山的经济效益，还严重地影响着井下的安全生产。

　　新汶矿业集团华丰煤矿就是一个饱受热害威胁的矿井。目前，华丰矿开采深度已达到-1100m，深部采区由于受围岩放热和采掘生产的影响，环境温度普遍较高，其中1612工作面所处的五水平东翼，原始岩层温度高达36℃，被鉴定为一级热害区。高温围岩的放热直接导致了1612工作面环境温度的升高，造成了局部地区的高温热害现象。近年来，华丰矿不断探索实践，采用了局部机械制冷降温措施，成功实现了井下热害防治，大大改善了工作面的生产环境，提高了职工的劳动效率，保障了矿井的安全生产，保护了职工的身体健康。

尝试多种措施降低矿井热害

　　华丰煤矿1612工作面位于新汶井田东部五水平前组一采区第四亚阶段，上限平巷标高-981.8m~-1004.8m，下限标高-1078.1m~-1098.2m，埋深1191.1m~1218.2m。工作面倾斜长度为150m，走向长度1114.2m，煤层倾角29°~35°，平均为32°，煤层厚度1.15m，采用走向长壁后退式综合机械化采煤，工作面采用上行通风。

　　1612工作面高温热害的主要热源为围岩放热，原始岩层温度最高时达36℃，再加上1612工作面机械化程度较高，各种机械设备散热又成为另一重要热源，工作面回风风流温度常年保持在31~34℃，井下环境就像是“桑拿天”，工人干活就像是在洗桑拿。因此，高温问题直接影响着华丰矿工人的身心健康和矿井的安全生产。为解决工作面高温热害问题，华丰矿曾经采取了调整系统增大风量、安设降温水幕、减少井下工人工作时间、给职工发放防暑药品等多种措施，这些措施虽然也取得了一定的效果，但并未从根本上解决高温热害问题。

　　为改善职工的作业环境，华丰矿一直进行着不懈的努力，近年来采取了局部机械降温措施，引进了TS-300B型机械降温设备，通过局部机械降温，有效地解决了1612工作面的高温热害问题。

　　TS-300B型制冷机组采用了蒸汽压缩式制冷——利用液态制冷剂汽化时吸热、蒸汽凝结时放热的工作原理进行制冷。制冷机组主要由3部分构成，即主机、蒸发器、排热冷却器。

　　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阀节流，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中蒸发制冷(吸热)，而安装于蒸发器一端的局扇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，从而达到降低温度的目的。同时，吸收热负荷后的制冷剂，再以低压气态形态进入压缩机进行循环利用。

　　吸收过制冷剂热量的冷却水可采用开式或闭式系统将热量排出。开式系统是在水源丰富并能满足设备用水要求的前提下，吸收过热量的高温冷却水被直接放空;闭式系统则是高温冷却水进入冷却水箱，通过水循环泵进入排热冷却器内，通过安装于排热冷却器一侧的局扇将热量排出，降温后的冷水被送回主机的冷凝器内，再次吸收制冷剂所带来的热量，以实现冷却水的循环利用。

局部降温方案的实施

　　制定局部机械降温措施后，华丰矿首先抽调专业技术人员对工作面的环境参数进行了全面测量，确定该工作面降温前初始空气环境参数，包括：工作面风量695m3/min，制冷站供风温度(干/湿)32℃/31.6℃，工作面进风温度32.8℃/32.4℃，工作面回风温度33.6℃/33.2℃。在此基础上，研究确定了工作面降温目标，要在当前的通风条件下，工作面温度降到30℃以下，湿度不超过85%。

　　为实现降温目标，工作人员在1612工作面安装了1台TS-300B制冷机组，机组制冷功率300kW，配套1台2×22kW对旋风机向工作面输送冷风。

图1  制冷站布置图

　　制冷站设在工作面东进风石门开口以里30~40m处(见图1)，施工专门硐室，安放制冷主机和蒸发器。蒸发器采用吊挂方式固定在顶板上，便于与风筒连接，距主机2m，采用柔性高压管与主机连接。闭式系统的冷却站安设在-1100东翼回风井内，可以直接将高温风流排至回风井。

　　选择合适的冷却供水系统，将热量排出，是保证制冷设备正常运转的关键。华丰矿依据井下实际条件，采取了开式和闭式两种排热方式，通过供水系统改造，形成了制冷系统的专门供水系统。

　　开式系统采用浅部-210m水平低温出水作为制冷机供水水源，在-450m东大巷建立300m3的蓄水池，利用自然高差，通过两路水管不断补给水池。沿东翼回风井敷设一路专门供水管(/108mm)至制冷机，在闭式系统冷却站处设置支管、阀门，供闭式系统使用，在-604m、-920m处安设减压阀，解决水压高的问题。

　　冷水管路(进水管路)设置为：水源(-210涌水)→ -450水池→进水管(/108mm)→减压阀及总控制阀→制冷机组进水管(/ 108mm)→过滤器→主机(/ 80)。

　　热水管路(回水管路)设置为：主机冷凝器出水管(/ 80)→阀门→热水管(/ 108mm)→-1100临时水仓。

　　排热管采用PE管，解决保温问题，防止回水热量再次散发到巷道中，进入工作面进风流，影响降温效果。(见图2)

图2  开式系统布置图

　　闭式系统冷却站设在-1100东翼回风井，在原开式系统回水管路上安设三通阀门，接一路回水管至冷却器进水口，两套系统通过阀门控制热水回水方向。冷却后的循环水在冷却站处与开式系统的供水管连接，安设三通阀门进行控制，形成一趟管路两套系统的模式，通过阀门的控制实现两套系统的交换运行，向主机供水。(见图3)

图3  闭式系统布置图

　　供水管路设置为：主机(/80)→热水管(回水管路)→水箱(5m3)→水泵→过滤器→冷却器进水管(/108mm)→冷水管(进水管路)→主机(/ 80)。

　　在冷却站进风侧安设一台2×22kW的局部通风机，向冷却器供风，利用风流和喷淋降低回水温度，进入水箱，再次进入制冷机进行循环使用。在制冷站外50m处安设一台2×22kW的局部通风机，通过风筒(/800mm)与蒸发器连接，敷设至距工作面进风口100m处。风筒的风流通过蒸发器进行冷却，利用局部通风机提供的动力，输送至工作面。主机用电取自-1100中央变电所，电压660V，电机功率90kW，由1台200A、660V的防爆兼本安开关控制。主机控制系统电压127V。蒸发器及冷却器配套风机功率为2×22kW，各由1台100A、660V防爆开关控制。闭式系统主水泵流量40m3/h，扬程70m;喷淋泵流量20m3/h，扬程40m，风机功率2×22kW。各由1台100A、660V防爆开关控制。

机械降温措施取得显著效果

　　采用局部机械制冷降温措施后，华丰矿矿井热害防治收到了明显的效果。从测量数据来看，1612工作面制冷设备正常运行以后，制冷机供风量达到(局部通风机风量)380m3/min，工作面风量达到700m3/min，开式系统正常运行用水量25~30m3/h，制冷主机冷却水增温13.3℃，蒸发器前后温差13~15℃，工作面进风流温度为27℃，工作面中部温度为29℃，工作面回风口温度为30℃，采用局部机械制冷降温措施后温度降低了2~3℃，湿度下降了15%。

　　华丰矿采用局部机械制冷降温措施后，有效的降低工作面的温度、湿度，大大改善了工作面的生产环境，提高了职工的劳动效率，保障了矿井的安全生产，保护了矿工的身体健康。这一成功实践，为国内同类矿井热害防治摸索出了有益的经验。

　　编辑 余茂君