深部开采的矿井降温

摘要：随着开采深度的加大，由于地温梯度，地质原因，大型机械的使用，矿井温度很高，甚至影响到正常的生产。对于国内外目前正在使用的一些降温措施，进行分析比较。他们具有各自的特点和适应性，在实际应用中也取得了良好的效果。

关键词：开采深度 降温措施

1前言

1.1为什么深部开采需要降温

随着浅部矿产资源的不断采竭，目前越来越多的矿山已经或即将转入深部开采，从而使得矿山的热害问题也不断增加。统计资料表明，目前国内受高温热害影响的煤矿多达130个，随着矿井开采年限的增长，这个数字还将迅速扩大。

矿井向深部延伸、大型机械化设备的采用，开采强度的加大，采场向深部延伸的速度加快，加剧了工作面温度环境的恶化。

工人长时间处在高温热环境中，生理调节机能将发生严重障碍，出现体温升高，代谢紊乱，心跳加快，心律失常、血压升高等现象，甚至虚脱中暑，严重时可能导致昏迷或死亡。由于高温高湿的作业环境中会使作业人员精神烦躁、疲惫乏力、精力不集中，也增加了事故发生的机率。

1.2矿井降温的意义

随着国民经济的持续稳定发展和我国对矿山资源回收率要求的提高，特别是矿产资源中煤炭价格的回升，开采深度不断加深，但是由于人的热适应能力与其所处的大气环境有关，处在热带地区的人的热适应能力要大于处在寒带地区的人的热适应能力。人不能长时间的在高温的环境下工作。导致生产效率降低，危险发生的可能性在加大，而且我国金属矿山规定井下作业地点的空气温度不得超过27℃，化学和铀矿矿山规定不得超过26℃。

因此有效地降温和控温措施，对于安全高效，绿色开采有着非同一般的重要意义。

2 深井降温研究现状

纵观国内外矿井降温技术，改善矿井内气候条件的措施很多，但总体上可以分为非人工降温技术（采矿技术）和人工制冷降温技术（矿井空气调节）两大类。

我国矿井热害治理工作始于20世纪50年代，但直到80年代后期才取得实质性进展，相关研究论文和著作相继问世。

目前，我国矿井空调的制冷能力和制冷设备比以往都有了很大的提高和改进，但与国外相比仍有一定的差距，大型矿井集中式空调系统中的许多问题尚待解决。对于水冷却系统的应用，基本上是沿用德国集中空调降温技术，引进国外制冷机组进行矿井降温，价值高昂，系统实施后虽然工作面温度能满足要求，但能耗大，运行费用高，有些已停止运行。近年来，随着我国制冷空调技术的发展，对矿用空调制冷机进行了研究，开发出了一批国产矿用制冷机，但整个降温模式没有本质的变化。目前，冰冷却系统在我国尚未形成工业化利用，最近几年一些科研院校针对冰冷却系统降温模式、融冰输冰技术及其经济性分析展开了研究，但仍需探索。

3矿井高温危害的成因

井下热害形成的原因很多，主要有地质成因、围岩散热、空气自压缩热、机电设备散热、运输中煤炭及矸石的散热等。

1.地质成因包括地质构造、地下水等。

2.开采深度。

3.井上气候条件的季节性变化直接影响井下微气候的变化。

4.空气自然压缩。

5.矿井进风流在向下流动的过程中，承受的大气压力也越来越大，存在一个空气自压缩放热的过程。

6.围岩散热是矿井的一个最大热源，随着矿井开采深度增加，井下原岩温度也随之增加。

7.机电设备散热。

8.火成岩与辐射元素的影响。

4 矿井降温研究与实践

4.1人工制冷技术概况

1人工制冷水降温技术

从20世纪70年代，人工制冷降温技术开始迅速发展，使用越来越广泛、越来越成熟。该种降温技术已经成为矿井降温的主要手段。该种矿井降温技术主要有：井下集中式、地面集中式、井下地面联合集中式、分散式。德国实践表明：负荷小于2 Mw.的矿井，以采用分散式最优；负荷大于2 Mw。的矿井，才采用集中式；集中式的3种型式，又以井上、下联合集中系统费用最低，地面集中式系统次之，而以井下集中式系统最高。

针对井下系统的冷凝热排放问题和地面系统高低压转换的温度跃升问题，各国研究机构都在进行不懈努力。井下系统的冷凝热排放，经历过用井下回风流排热到井下回风流加喷淋水到利用地面制冷机组的冷冻水排热的过程。地面系统的高低压转换器，则经历了储水池、降压阀、高低压换热器到高低压转换器，其转变的过程实际上是尽可能地消除高低压转换器温度跃升的过程，国外研制的一种新型水能回收高低压转换器，其温度跃升可从一般的4—6℃降低到0.2℃。

2人工制冰降温技术

冰冷却降温系统与水冷却降温系统不同之处：①冰冷却降温系统主要是利用冰的融化潜热降温，获得相同冷量所需的冰量仅为水冷系统水量的1/5。②冰冷却系统是通过冰与水直接接触换热，换热效率高，可获得l℃左右的低温冷水，送人空冷器的水量相应减少，减少了水泵的输送能耗。

南非某矿山研究机构的试验研究表明，井下热负荷为25 Mw的矿井降温系统，采用冰冷却降温系统，水泵的输送能耗仅为水冷系统的21%左右。③冰冷却降温系统由制冰、输冰和融冰3个环节组成。正是由于这3个环节还处在研究探讨过程中，使得冰冷却降温系统还没能得到广泛应用。

3空气压缩式制冷技术

1973年煤科院抚顺分院研制了YP一100型矿用环缝式压力引射器、涡流管制冷器；1993年平顶山矿务局和原中国航空工业总公司609研究所联合研制了KKLl01型矿用无氟空气制冷机；1989年南非二金矿建成了压缩空气制冷系统。由于空气压缩制冷循环的制冷系数、单位质量制冷工质的致冷能力均小于蒸汽压缩制冷系统，在产生相同制冷量的情况下，空气压缩式制冷系统需要较庞大的装置，并且单位制冷量的投资和年运行

费用均高于蒸汽压缩式系统，因此，全矿井采用空气压缩式制冷系统降温的矿井是屈指可数的。而压力引射器、涡流管制冷器等装置，实际上仅是一种空气膨胀装置，它必须与地面空气压缩机联合使用。