综合降温技术在长距离供风工作面研究与应用

摘 要：针对田陈煤矿高地温7108综放工作面的具体情况，研究高温热害形成原因及危害，介绍了局部降温制冷方案，配合其他降温措施，现场应用效果明显，成功治理了长距离供风、大采深工作面的高温热害。

关键词：煤矿 综放工作面 降温 热害

【分类号】：TD722

引言

随着煤矿开采深度和长度的不断增加，高温热害问题逐渐凸显，给职工职业健康问题带来了危害，同时制约了煤矿的高产高效。

1 高温热害分析

田陈煤矿随着矿井开采的不断延深，开采深度已达到-800米以下，根据矿井低温梯度2.5℃/100m的规律，7108工作面巷道围岩原始岩温将上升到30℃以上，通过在该工作面轨道巷施工钻孔测量地温，孔深2米处温度为34.9℃。同时，通风流程最远达到14000余米，风流不仅吸收了沿途机电设备和巷道围岩散热，而且克服通风摩擦阻力生热，使北七采区进风冬季达到26℃，夏季达到29℃，该采区采掘工作面风流温度冬季达到30℃，夏季达到32℃左右，局部地点高达35℃，由于北七采区巷道岩温、风温较高，使巷道水分大量蒸发，湿度接近100%，作业地点潮湿闷热，气候状况不好，特别是采掘工作面温度高湿度大，大大影响了劳动效率。

2 热害治理方案分析

目前，高温矿井井下降温的方法有人工制冷和非人工制冷两种。其中非人工制冷的主要方法是通风降温。当采用非人工制冷的方法无法解决热害问题时，就需要采用人工制冷的方法。田陈煤矿7108工作面热害单独采用非人工制冷方法难于解决矿井热害问题，必须采取机械制冷降温措施。

3 井下局部制冷方案

井下局部制冷降温模式，就是把制冷机组安装在高温工作面附近，再采用科学、合理的排热方式将交换来的热量排出，从而达到降低工作面风流温度的目的。

3.1 初始温度条件

现场实测7108轨道巷温度：进风温度28℃，工作面温度33℃，湿度均为100%，风量为954m3/min。

3.2 降温目标

对该工作面进行降温，要求在当前的通风条件下，工作面温度降到28℃以下，湿度不超过85%。

3.3 需冷量

采用焓差法计算： Q =M（I1-I2）×1.2

根据现场实测：

空气密度：1.26

风量：954m3/min（20.034kg/s）

I1：风流温度33℃，湿度100%时焓值108.58

I2：降温目标要求，风流温度28℃，湿度85%时焓值75.33

达到降温目标需冷量：Q =799.4kw

3.4 局部制冷设备选型

根据制冷需求选用2台制冷量400kw移动制冷设备，可满足降温要求。

3.4.1 排热方式的选择

设备冷凝热的排放是影响制冷降温效果的关键。一般情况下，局部可移动制冷机组冷凝热的排放方式有2种：

一次性水排热（开式）：将生产用水或井下水源（≤30℃即可满足要求）作为冷却水，经进水管进入制冷机组的主机内的冷凝器中，吸收制冷剂的热量后，再通过回水管（保温管）排至回风巷排水沟。此方案系统简单，不再需要安装排热冷却器和排热局扇。当井下水源比较富裕和有一定排水能力时可采用此方法。

循环水排热（闭式）：将生产用水作为冷却水循环使用，主机回水（热水）通过冷却处理后，再供主机使用。该排热方式需在回风巷（或附近）安装1台排热冷却器，利用新安装的局扇将新鲜风流送至冷却器内将热量排到回风巷，系统较复杂，需占用部分风量，对井下通风有一定影响。但需水量较小，适用于井下水量小、水质差、通风相对富余的矿井。

根据工作面现场，生产用水紧张，附近又无合适的井下水源，制冷设备用水量较大，在节能减排的前提下，采用循环水系统（闭式），将冷凝热排至采区回风系统，通过风井排出矿井。

3.4.2 局部制冷原理

该制冷机组主要由主机（压缩机）、蒸发器、排热冷却器三部分组成。工作原理见图1。

图1 制冷设备原理图

4 井下局部降温设备的安装使用

4.1 制冷站：

制冷站设在轨道巷联络巷以里，距掘工作面200m左右位置，两台制冷站进行串联，为减少工程量，可不用掘专门制冷洞室，制作钢支架安装在巷道左邦位置，将制冷主机和蒸发器安装在支架之上，便于风筒与蒸发器连接。

4.2 风路系统：

在轨道巷每台制冷站安装有1台2×18.5kw对旋风机，风筒为直径800mm普通胶布风筒，蒸发器可直接与该风筒相连，热风通过蒸发器换热后又通过风筒被送至工作面。

4.3 冷却站：

冷却器设在运输巷与皮带下山交叉口处，每台冷却器由1台2×22kw冷却风机与冷却器对接，制作容积不小于6m3循环水箱，增加循环泵（主水泵）1台，喷淋泵1台。

4.4管路系统：

循环水管路铺设巷道：制冷站--轨道巷--联络巷--运输巷--皮带下山口--冷却站。冷水管和热水管均采用?100mm钢管，热水管需做隔热处理。

冷水管（进水管路）：冷却器出水口--阀门--变径--钢管--截止阀―过滤器―流量表--主机冷凝器进水管。

热水管（回水管路）：主机冷凝器出水管--阀门--变径（隔热）--隔热钢管―沉淀水箱―循环水泵―过滤器--冷却器进水口。

冷却器喷淋管路：喷淋水箱―喷淋水泵--喷淋管（钢管或高压胶管）--阀门―喷淋水进口。

蒸发器冲洗管路：消防水管―高压胶管―阀门―蒸发器冲洗水进口。

冷却水及喷淋水补水管路：长度视现场情况定。

消防水管― 总阀门--- 三通---高压胶管―阀门―沉淀水箱

-----高压胶管―阀门―喷淋水箱

采用防尘水补充水量损耗，预计补充水量5-10m3/h。

4.5闭式系统设备连接见图2

图2 工作面制冷设备安装示意图

5 效果分析

7108采煤工作面在没有使用制冷机组前，切眼温度31℃，湿度98%，职工作业环境比较差。安装制冷降温系统后，工作面面温度和湿度均有所下降，其中切眼温度下降了约5～7℃，目前7108切眼中部温度24.7℃，湿度94%，运输巷距切眼20m处温度26℃，湿度95%，作业环境得到一定程度改善，现场作业人员反映良好。

6结语

田陈煤矿7108工作面主要热害主要由大采深、长距离供风、巷道围岩散热、工作面机电设备散热而引起的，通过使用降温制冷设备冷却工作面进风流，结合工作面其他降温措施，有效的降低了工作面温度、湿度，解决了长距离供风、大采深工作面高温热害。

参考文献：

[1]中华人民共和国煤炭行业标准. 矿井技术规范. MTT 1136-2011.

[2]卢义玉等. 矿井通风与安全. 重庆大学，2006.

[3] 2007山东省煤炭工业局 山东省煤矿“一通三防”工作实施细则（试行）山东省煤炭工业局办公室印发 2002.