辛安矿南立井工业场区节能环保集成技术创新应用

南成磊

【摘 要】目前辛安矿在辅助提升系统方面存在一些问题，制约了矿井生产能力的充分发挥和矿井安全生产，因此，辛安矿以辛安南风井为基础，新建立井提升绞车工业广场。辛安矿南立井工业场区，集立井提升机的高效节能、矿井废气资源的综合利用于一体。

【Abstract】 At present， there are some problems in the auxiliary system， restricting the full play of production capacity and the safety of mine production， so the Xin'an mine establishes the vertical shaft hoisting winch industry square based on the Xin'an south air shaft. In Xin'an mine south shaft industry area， they integrate the energy-eficient of vertical shaft hoisting and comprehensive utilization of mine waste gas resources into one.

【關键词】节能环保；工业创新 ；废气利用

【Keywords】energy saving and environmental protection； industrial innovation； waste gas utilization

【中图分类号】TD263 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）12-0143-02

1 概况及主要问题

①辛安矿作为已开采多年的老矿山，随着近年来，企业工业化、机械化的不断改造，原工业广场在空间以及设施装配上已经不能满足现代化矿井的要求，大大制约了企业的发展。加之企业环保意识的增强，越来越重视利用现代化设备对矿井资源进行合理利用。

②不断深部开采，矿井地面厂区距井下工作面，平面距离及垂直距离较远，降低了矿井防灾抗灾能力，尤其对于矿井瓦斯、火灾、水灾等灾害的治理。

③国家要求淘汰燃煤锅炉，减少温室气体排放，督促企业进行大气污染治理，如何保护环境，建设绿色矿山，又能兼顾井筒防冻，人员洗澡，冬季取暖、夏季制冷等问题，以实现矿井废气的综合利用。

2 工业场区节能环保集成技术配置方案

①以辛安南风井地面场区为基础，新建辛安南立井担负矿井升降人员及大型设备提升，并兼做进风井和安全出口，是集设备节能降耗、维护简单便捷、灾害预防、矿井废气污染物治理、节能环保的场区生产生活环境等为一体的现代化多功能工业场区。

②新建工业场区在风井风机出口回收矿井乏风，安装回风源热泵替代燃煤锅炉，用于工业场区内井筒防冻、冬季取暖，职工洗浴，夏季制冷等，并建设低浓度瓦斯发电站，实现场区内部分生产生活用电的自给自足，减少温室气体排放，综合利用矿井生产废气。

③充分利用新建立井井筒，在新建立井井筒内安装有梯子间，新增了一条安全通路，增强了矿井的安全可靠性。在安装井筒装备和梯子间的同时在井筒内敷设了紧急避难系统所需注食管、风管及-500排风系统排风管路、压风管路、注浆管路和各种动力电缆、控制电缆等，缩短了施工工期，减少了各种管线的长度，节约了材料。

3 辛安南立井工业场区节能环保技术的应用及创新点

3.1 矿井废气资源的综合利用技术及创新点

在煤矿生产过程中，随着开采活动产生大量的废气，这些废气中混合有很多有害气体，近年来针对矿井废气开展了很多研究，对其产生的废气中的能量进行回收再利用。辛安南副井以风井场地为基础，并距井下主采区较近，是理想的矿井废气收集、利用场所。

3.2 风井回风余热的利用——风源热泵

立井工业厂区建成后，直接面临着井筒上冻，威胁设备运行安全，还有就是职工冬季取暖、夏季消暑，和职工洗澡等问题。矿井总回风综合利用系统图见图1。

矿井正常生产过程中，矿井回风温度基本不受室外气温影响并且全年都比较恒定，辛安南风井回风风量不小于167 m3/s，正常生产中矿井回风温度冬季为18℃，夏季为22℃，有着良好的热源和热汇。

冬季采暖、井筒保温及全年制取生活热水：利用回收矿井回风的热能为热泵机组的热源。

夏季制冷：利用回收矿井回风的冷能为热泵机组的热汇。

第一，冬季热泵系统需要风源热量的确定。

采暖、生活热水与井筒防冻共6台热泵机组运行。总热负荷为3001.2kW。按照热泵机组的综合能效比4.0计算，则需要从热源中提取的热量为：Qcj=Qcjs×（1-1/COP）=3001.2×（1-1/4.0）=2250.9kW。其中：Qcj——冬季需要吸收的热量，kW；Qcjs——冬季设计总热负荷，kW；COP——水源热泵机组综合能效比为4.0。

第二，夏季热泵机组制冷工况下排热量的确定。

夏季：夏季2台机组工作，其中1台机组30%工作用于空调，1台机组50%工作用于生活热水。生活热水机组与空调机组采取冷凝热回收方式，空调机组回水通过生活热水机组提取热量后排除，系统设计时按最不利情况考虑，即单独运行空调机组时需要排出的热量。热泵机组冷负荷为200kW，按综合能效比4.0计算，则需要向热汇中排出的热量为：Qzl=Qls×（1+1/COP）=200×（1+1/4）=250kW。其中：Qzl ——夏季需要排放的总热量，kW；Qls——夏季设计总冷负荷，kW；COP——水源热泵机组综合能效比为4.0。

其相对于燃烧锅炉水源热泵系统具有以下优点：①利用井下回风流温度相对稳定的特性，冬季从井下回风中吸热，向建筑物供暖，夏季向回风中排热为建筑物制冷。②该系统在运行过程中仅需消耗少量电力，不会对环境排放任何有害物，在节能的同时还可以有效降低场区热岛效应[1]。③设计系统全部为闭式循环，不会造成空气的污染，即无直燃机的二氧化碳排放，因此对生态环境不会产生不利影响。endprint

3.3 瓦斯的有效利用减少排放

出于环保节能考虑将在工业场区建设低浓度瓦斯电站，根据实际情况建设一座装机容量为1000kW的低浓度瓦斯发电机组电站，发电机组发出的0.4kV交流电能经升压变压器升至6kV后送至矿变电所，为工业场区风源热泵、注浆站及其他生产生活提供部分用电。

根据低浓度瓦斯发电机组发电瓦斯浓度不低于9%及两台发电机组每分钟消耗纯浓度瓦斯4.66m3的要求，结合我矿瓦斯抽采实际情况，即：回采工作面瓦斯抽采方法为高顶抽放，抽采瓦斯量为3～5m3/min，抽采浓度一般在12%～20%，基本穩定在15%；掘进工作面瓦斯抽采方法为边掘边抽，抽采瓦斯量为1.0～1.8m3/min，瓦斯抽采浓度一般在4%～8%，基本稳定在5.5%。一组大煤工作面瓦斯抽采量不能满足两台机组的需要，只能保证一台发电机组正常工作，但是大煤工作面瓦斯抽采浓度高，可以采取配气将一定量的高浓度瓦斯与一定量的低浓度瓦斯混合成瓦斯浓度在9%及以上的瓦斯来保证两台发电机组正常运转。

利用瓦斯发电机组500～550℃高温尾气的热量，通过余热回收系统产生65℃热水。单台发电机组排烟余热可回收28.7万kcal/h，二次产生热水量4957kg/h，2台产热水量为9914kg/h，约可供100人次洗浴。系统建设将减少风源热泵的开机数量。

该项技术具有以下优点：①因瓦斯气的温室效应是二氧化碳的21倍，大量的瓦斯排入大气中对环境造成很大的污染，利用瓦斯发电可以消耗大量的瓦斯气体，减少了对大气的污染，具有较好的环保效益。②为污染物治理实现了废物的减量化，资源化利用，无害化处理新途径。

4 结语

辛安矿南立井工业场区，集立井提升机的高效节能、矿井废气资源的综合利用于一体。回风源热泵经过三年的使用后，能确保井底温度达到2℃以上，确保了矿井不结冰，并且在降低环境污染、节约常规能源、减排大量CO2和其他有害物质的同时，还大大减少了运行费用，完全符合当前节能减排的国家战略方针。在节能、环保等方面为矿井做出了突出贡献，产生了巨大的经济效益和社会效益。

【参考文献】

【1】李美婷. 辛安矿南立井工业场区节能环保集成技术创新应用与实

践[J].安徽建筑大学学报，2016，24（06）：30-34.endprint