涡北煤矿井下热害治理技术研究

涡北煤矿井下热害治理技术研究

陈新1黄东海2万利平1邵志杰1

（1.淮北工业建筑设计院，安徽 淮北 235000；2.淮北矿业集团涡北煤矿，安徽 涡阳 233611）

通过井下实测矿井热环境参数和矿井煤岩地温分析，对目前国内运用的矿井制冷降温系统进行比较。介绍了涡北煤矿矿井降温系统工艺、配置及其运行情况，并对矿井降温系统降温效果进行了考察，认为整个矿井降温系统运转平稳，矿井降温系统对采掘工作面降温效果明显。

井下热害；矿井降温；机械制冷

1 矿井概述

涡北煤矿是淮北矿业集团在涡阳煤田新建的一座现代化矿井，距安徽省涡阳县城约4km。涡阳县属暖温带半湿润季风气候，其主要特征是：气候温和，雨量适中，雨热同步，光照充足，无霜期较长，光、热资源比较丰富。年平均气温14.6℃，极端最高气温41.2℃，历年平均日照时数为2327.4小时。

矿井在工业场地内布置主、副、风三个井筒。采用立井开拓，井下布置南北翼轨道、胶带运输机和回风大巷分区开拓，一个水平上、下山开采，水平标高-640m，回风水平-460m。

矿井恒温带深度为30m，恒温带温度为17.1℃，根据井下地温实测数据，地温梯度为1.88～3.33℃/百米，平均为2.75℃/百米，-640m 水平地温为35℃。32煤层的测温深度460.96～915.14m，底板温度28.65～40.0℃。一级高温区（≥31℃）在-470m以下，-750m水平以下将达到二级高温区（≥37℃），-650m水平平均地温为34.8℃。82煤层的测温深度422.57～913.56m，底板温度27.4～44.7℃。一级高温区在-480m以下，-710m水平以下为二级高温区，-650m水平平均地温为35.5℃。

根据统计资料显示当井下气温高于30℃，相对湿度大于90%时，作业人员开始出现中暑现象，随气温升高而更趋明显。长期在此高温高湿环境下作业，作业人员的心情易于烦躁不安、注意力不集中、反应能力差、事故发生率增加。另根据《矿山安全条例》、《煤矿安全规程》及《矿山井巷工程施工及验收规范》中的相关规定，涡北煤矿井下降温势在必行。

2 降温方案的比较

目前国内运用的矿井制冷降温系统主要有以下三种类型：地面集中式制冷降温系统、井下集中式制冷降温系统、水源热泵式制冷降温系统。由于水源热泵式制冷降温系统多用于煤矿井下的局部降温，因此在选择降温方案时，只对前两种降温系统进行比较。

地面集中式制冷降温系统，将制冷站集中布置在地面，制冷站生产出的冷源（冰片）经井筒中的专用输冷管道输送到井下的融冰池，将一次高压冷冻水转换成二次低压冷冻水，再输送到采掘工作面，用空冷器冷却风流，提供冷风，降低环境温度。其优点是设备安装、维护容易；制冷机组无防爆要求；冷凝热排放方便；用冷方式多样化；初期投资、维护费用低。其缺点是系统复杂，装机总功率大，能耗高；供冷管道长，系统冷量损耗大，制冷效率低。

井下集中式制冷降温系统，将制冷站集中布置在井下，制冷原理与地面集中式相似。其优点是系统简单，能耗较低；冷冻水在井下循环，系统供冷管道短，冷量损耗较小，制冷效率较高。其缺点是井下占用硐室较大，设备安装、维护难度高；制冷设备要防爆、防腐；井下制冷机组冷凝器侧要承受高压，对设备性能要求高，制冷机组对井下增加噪声污染和二次热污染；初期投资、维护费用较高。

通过对比，根据涡北煤矿井下环境湿度大，多尘、高温、对设备腐蚀性大以及考虑相关安全性等情况，最终确定采用地面集中式制冷降温系统方案。

3 矿井降温系统

3.1 矿井热源分析

3.1.1 围岩散热：井下未被扰动岩石的温度(原始岩温)是随着与地表的距离加大而上升的，其温度的变化是由自地心径向外的热流造成的。在一个不大的地区内，大地的热流是相当稳定的，一般为60～70mW/m2。原始岩温的具体数值决定于温度梯度与埋藏深度。围岩向井巷传热的途径有两个：一是借热传导自岩体深处向井巷传热；二是经裂隙水借对流将热量传给井巷。Q围=K τ V τ（Tgu－TB）。

3.1.2 机电设备散热：目前我国煤矿井下所使用的能源，几乎全部采用的是电源。机电设备所消耗的能量除了部分用以做有用功外，其余全部转换为热能并散发到周围的介质中去。Q机=∮∑N。

3.1.3 氧化热和炸药爆破热：如硫化矿、煤等碎石都会氧化发热，若到达自燃阶段，发热更大，是矿内氧化发热的主要热源。从采空区煤氧化而来的发热，又加上空场漏风助势，一般都占全煤工作面总热量的30%以上，有时达到55%。Q氧= 0. 7VB0.8ULqo。

3.2 制冷量的统计

目前矿井生产采区为南一采区，8101工作面和8103工作面正在回采，北二采区为开拓采区。矿井在-640m水平设置有中央泵房、内外水仓，泵房正常排水能力600m3/h。矿井采用全负压抽出式机械通风，初期供风量为122m3/s，负压为1640pa；后期生产能力增加，风量可调至170m3/s，负压为2500pa。根据通风的技术参数和空气焓湿变化的计算公式，可以得到夏季高温降温系统末端需要约4000kW的冷量，考虑冷损，需要4800kW冷量。

3.3 降温系统的配置

地面建立集中制冰站制取片冰，通过

图1 降温系统工艺

一条输冰管道进入井底融冰池；供冷泵将融冰池中的低温水通过管道输送至工作面的空冷器，经过热交换后，再返回融冰池，

部分冷水作为综采机和综掘机的冷却用水，并通过喷淋装置对工作面进行降温除尘。工艺系统如图1如示。

地面制冷系统安装5套雪人公司生产的F1800C的制冰设备，每套设备包含：压缩机机组、蒸发冷、虹吸罐、储液罐、换热型气液分离器、片冰机蒸发器。每套制冰量180t/24h，制冷量为1000kW，5套总计5000kW。每套制冰系统独立运行，采用模块化设计。制冰机生产的－5℃片冰通过螺旋输冰装置输送至主井井口，流入安装在主井里φ 426的保温输冰管，落到井下融冰池。片冰在融冰池里与水混合融化成0～3℃冰水，通过冷水水泵送到工作面进行降温。总的输冷水流量为：345m3/h，设计水流速度为2m/s。

采煤工作面配置5台300kW的空冷器，为空冷器配5台对旋防爆风机FBD No6. 0/2×22，每台风机功率44kW；5套喷淋装置每套制冷量为25k W。冷水流量为104m3/h，进水管路和回水管路为φ 159mm。

掘进工作面配置1台450kW的空冷器，为空冷器配1台对旋防爆风机FBD No6. 0/2×30，功率60kW；2套喷淋装置每套制冷量为25kW。冷水流量为35m3/h，进水管路和回水管路为φ 89mm。

3.4 降温系统运行情况

矿井降温系统自2010年3月进行安装，7月中旬所有设备安装完毕，7月25日降温系统投入运行。目前整个矿井降温系统运转平稳，矿井降温系统对各采掘工作面降温效果明显。2010年8月中旬对井下各采掘工作面的降温效果进行了测试,降温系统投入运行前各采掘工作面温度一般都在30～34℃左右，投入运行后井下各工作地点温度一般降低4～6℃,最大能降低8℃，相对湿度降低20%以上。

4 结论

涡北煤矿的井下降温系统是有效的。整个系统运行平稳正常，能够满足各采掘工作面的降温要求，起到了良好的降温效果，极大地改善了职工的劳动条件，保障了矿井安全高效生产。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.02.012

陈新（1975年3月－），男，工程师，1997年毕业于淮南矿业学院机械设计专业，现工作于淮北工业建筑设计院。