综合降温技术在东怀煤矿的应用

综合降温技术在东怀煤矿的应用

莫继勇

百色双田矿业有限公司 广西百色市 533000

摘 要：近几年以来，伴随煤矿开采深度的增加，导致煤矿矿井的温度也不断提升。矿井内的高温问题已经严重威胁一线煤矿工人的人身安全，每年的安全事故也在逐年增多。笔者结合多年工作经验，深入分析煤矿矿井温度升高的原因，并针对性提出煤矿矿井制冷降温的技术，希望为相关专业人员提供借鉴与参考。

关键词：热害原因；非机械降温；井下局部机械制冷，地面集中机械制冷

前 言

广西东怀矿业有限责任公司东怀煤矿位于广西百色市西南，距百色市约4km，中心位置地理坐标为东经106°35′05″，北纬23°51′20″。矿井2001年建成投产，年设计产量150万吨，采用斜井开拓方式，布置两个水平开采，一水平大巷标高+0，二水平大巷标高-146，地面标高+120。近几年以来，随着开采深度的增加，高应力和高温度等问题随之而来，严重威胁着一线工人的人身安全。

1 矿井高温的原因

1.1地热

地质变动如岩浆岩侵入、断层面摩擦和挤压、地层沉降等，都会形成局部地热异常区。岩层热量通过岩壁与井巷内空气进行热交换，采掘工作面和采空区采落、冒落的煤岩及煤岩在运输中与空气进行热交换，特别是地下水通过岩层裂隙进入深部岩层加热后形成的循环地下热水与空气进行质交换和热交换，都会引起井下温度升高。

根据本地区生产矿井的观测资料，一般采深每增加100m，地温升高2.8℃。煤层埋藏深度为10～700m。矿区属中亚热带气候，年最高气温为42.5℃，最低-2℃，平均为20.3℃。

矿井变温带一般离地表约20～30m以上的地表层，恒温带在变温带之下某一深处，其深度一般在30m左右，增温带在恒温带之下，不受地温周围变化的影响。根据国内资料统计，恒温带温度华北地区一般为9～15℃，中南地区为16～18℃，华南地区18～26℃，恒温带温度t_h按以下公式计算为：

t_h=t_气+t

=20.3+0.8=21.1℃

式中：t_气——地面多年的平均气温，20.3℃

t——一般海平面附近为0.8℃，海拔500～2000m地面为1～2℃

根据本矿井煤层开采条件，按深每增加100m地温升高2.8℃计算，深部的温度为38℃以上，已达到二级热害。

1.2压缩热

随着空气向矿井井下巷道流动，空气位能减少，因体积压缩转化热能而使气温升高。

1.3机电设备散热

井下的各种机电设备、电缆、照明设施、机械摩擦和碰撞能量消耗，都可转化为热能。

1.4氧化热

煤，含炭、硫的围岩，支护材料，充填材料等氧化发热也是井下气温升高的热源之一。

1.5人体散热

井下工人在工作中身体会放出一定的热量进入空气中，其中显热放热量将会引起温升。

煤矿高温形成的重要危害主要是会阻碍劳动者工作效率的提高，使劳动者意识不清，最终导致安全事故的发生。人一旦身处在温度很高的环境中，就容易心情暴躁，身体不舒服，工作人员容易中暑，这对煤矿工人的生命安全造成严重的隐患。《煤矿安全规程》规定：“生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26℃，机电设备硐室的空气温度不得超过30℃；当空气温度超过时，必须缩短超温地点工作人员的工作时间，并给予高温保健待遇。采掘工作面的空气温度超过30℃、机电设备硐室的空气温度超过34℃时，必须停止作业。”

因此，针对东怀煤矿的井下采掘工作面高温治理刻不容缓，矿领导班子以及集团公司部门也高度重视，从开采深度到-300米开始就不断的采取各种降温措施整治热害，经过实践试验，探索出了一套有效的制冷降温方法。

2制冷降温措施

2.1非人工机械降温措施

这是东怀煤矿最先采取的降温措施，主要有：

2.1.1改造通风系统以增加风量，及时带走井下热量

对全矿井通风网路进行全面调查和阻力测定，找出影响通风阻力最严重的地段。扩大巷道断面；及时对失修巷道进行维修；降低巷道通风阻力；开掘新井巷，尽量避免风路转弯、转急弯，降低系统局部通风阻力；加强构筑通风设施工程质量，减少漏风；调整采掘布局，尽量杜绝不合理供风；科学调节矿井风量，合理分风；加强矿井局部通风管理，杜绝无计划用风；实现均衡生产。

2.1.2控制热源降温

①控制采空区散热

在回采工作面的上下出口设置风障，从顶板到底板尽量做到严密不漏风，减少采空区内的热量扩散到回风流中；继续坚持对回采工作面上隅角进行瓦斯抽放试验；继续坚持对采空区上隅角进行回填、封堵工作，尽量减少采空区内的热量扩散到回风流中。

②控制机电设备散热

选择合理的安装位置，尽量让所有机电设备能独立回风，尽量减少机电设备放热量随风流进入各人员集中工作地点。

③控制围岩散热

加快对未喷浆进风巷进行喷浆，封闭巷道围岩，尽量减少巷道围岩煤体氧化散热。

以上降温措施对浅部采区有一定的效果，但对于深部尤其是二级地热的工作面则收效甚微。单从增大风量无法彻底降低工作面温度，特别是掘进工作面，用两台局部通风机向1个掘进工作面供风仍不能把掘进工作面温度降到３０度以下，所以必须进行机械降温。

2.2井下局部机械降温措施

2.2.1局部制冷机选型

最先采用局部制冷机组的地点是在掘进工作面，局部制冷机其实就是矿用隔爆型空调，型号为：ZLS-180/1140，制冷量180KW，电机功率75KW。

2.2.2局部制冷机组安装方式

该设备为移动式，安装在局扇的风筒中间，有效制冷通风距离大概在300m左右，制冷机组距离掘进工作面越近制冷效果越好。具体安装方式如图一所示：

2.2.3局部制冷机的优缺点

主要优点是降温效果好。局扇供风通过制冷机组的蒸发器（即换热器）后，可确保进出风温差大于8℃,如局扇进风温度为30℃，则掘进工作面温度可保持在26℃左右。

主要缺点：（1）安装搬运麻烦。由于设备主机为整体式，重量将近3000kg，且每隔一定距离就要搬移安装一次，如果不具备机轨合一运输的掘进巷道，搬运十分费时费力；（2）不好维护，故障率高。由于制冷机组的压缩机、冷凝器、蒸发器之间连接的管路、传感器数量较多，安装调式要求高，必须具备制冷方面的技术，每次搬运后重新安装都要费很长时间才能正常运行，使用过程中稍不注意就出现缺油、缺水和漏气问题，甚至压缩机损坏，故障率较高。

2.2.4使用局部制冷机总结

掘进巷道距离短，或者具备运输条件的地方可以使用，建议采购技术成熟、制冷好的设备，且机电维护人员必须经过电气和制冷方面的专业技术培训，并熟练掌握制冷机组的安装维护方法。如不具备上述条件的不建议使用。

2.3地面集中机械制冷降温技术

2.3.1降温方式

在地面安装大型制冷机组，把常温水制冷降温为5℃左右的冷水，通过保温管路供到井下需降温的采掘工作面，采掘工作面巷道中安装空冷器和局扇，冷水经过空冷器吸收热量，通过局扇再把空冷器的冷风供到采掘工作面。设备和管路布置方式如下图二所示：

图二

2.3.2主要设备选型

（1）制冷机组：选用深圳德尔制冷设备有限公司的半封闭螺杆式冷水机组，型号为ILG700S(7℃)，名义制冷量700KW，即600000大卡每小时，主机功率150KW，共四台，总制冷量2800KW。

（2）空冷器：选用武汉星田公司的矿用高压组合式空气冷却器，型号为HPSCC-50-6.4，制冷量50KW，入水量3—5m3/h，入风量300m3/min，工作压力6.4Mpa。

（3）局扇：可使用2*15KW或22KW单级的局部通风机。

（4）管路：机房到井下主井筒主管采用￠150无缝管，每个水平的主管则采用￠100的镀锌管，每个采掘工作面使用￠50镀锌管即可；管路上必须用阻燃保温材料严密包裹，尽量减少冷量损失。

2.3.3地面制冷机房设备布置

如图三、图四和图五所示：

图三

图四

图五

2.3.4地面集中机械制冷降温的优缺点

1、主要优点：（1）制冷效果较好，采掘工作面安装使用后一般可以降温3—5℃；（2）维护简便，故障率低。由于制冷机组固定安装在地面机房，而且是采用技术成熟的螺杆式压缩机，井下的空冷器也就是一个简单的蒸发器，不用设备不用电，因此维护非常简单方便；（3）随意组合，搬运方便。井下采掘工作面使用空冷器可根据实际情况进行增减组合，温度高的地方串联安装多几组，温度低的安装少一点。空冷器重量一般在400kg左右，搬运不是很困难，而且可以利用单轨吊的轨道，把空冷器和局扇吊挂在轨道上，安装在距离工作面100米位置，随着采掘推采进度整套设备可以在轨道上移动，保证空冷器发挥最佳制冷效果。

2、主要缺点：（1）地面到井下采掘工作面距离远，管路保温要求高，如果保温措施做不好则冷量损耗大，影响降温效果；（2）井下采掘工作面比较分散，各点的空冷器回水不好收集抽上地面复用，一般都是直接排放到水仓，增加了泵房排水系统负荷和电耗成本；（3）制冷机组功率大，电耗高。

3.总结

东怀煤矿经过多年的井下热害治理，不断试验和总结经验教训，认为要做好降温工作，首先要优化矿井通风系统，保证高温地点的风量需求；其次是控制热源，对通风设施的漏风修补、采空区的封堵、巷道围岩的喷浆以及机电设备的散热处理等进行整治；最后就是采用井下局部制冷和地面集中机械制冷降温技术，通过这一系列的降温措施，结合实际情况组合应用，可以对井下的高温热害进行有效治理，取得良好效果。