一种矿井冷负荷的计算模式

一种矿井冷负荷的计算模式
2011年第5期参战晨斜技165
一
种矿井冷负荷的计算模式
万善学,于峰,陈松
(山东省郓城煤矿,山东郓城274718)
摘要该文详细介绍了一种煤矿深井冷负荷的计算模式;对矿井降温技术,工艺的选择及降温产品的选型具有很好的现实借鉴意义.
关键词矿井冷负荷计算模式放热量
中图分类号TD727.2文献标识码A AbstractThatpaperdetailedlyintroducesthecalculationmodelofcoolingloadforcoalmineu se,itwillbeagoodexmpletotheminetemperaturedrop
technology,thechoiceofprocess,andthechoiceofcoolingproducts.
Keywordsco~lingloadforcoalmineusecalculationmodel
煤矿采掘工作面等的冷负荷计算模式是确定整个
矿井降温系统的基础,只有确定了矿井总的冷负荷,才
能科学合理的确定整个矿井降温系统的制冷量,进而
确定矿井降温技术,工艺及产品.
1冷负荷计算模式
1.1空气自压缩后温升产生的热量
当空气沿着井筒及巷道运行时,在地球重力场作
用下,其势能转换为焓,其压力与温度都会相应上升,
这样的过程称为空气自压缩.根据能量守恒定律,风
流在纯自压缩过程中的焓增与风流前后状态的高差成
正比,即:
Ql=mg(Hl—日2)/1000
式中:Q一空气自压缩产生的热量,kW;
m一通过井筒的风量,kg/s;
与一风流在始点与终点状态下的标高,m;
g一重力加速度,取9.81m/s.
对于理想气体:di=cpdt,即i2一il=cp(t2一t.)
式中:一空气的定压比热容,1005J/(kg?K);
.与t:一风流在始点与及终点时的干球湿度,℃;
故t一f.=0.00976(日.一)(K)
因此,自压缩所引起的焓增加同风量无关,只同两
个标高有关,自压缩这个热源是无法消除的,且随着采
掘深度的增加而相应增大.
1.2矿井巷道围岩的传热量
1.2.1围岩原始温度的计算
围岩原始温度是指矿井巷道周围没有被通风冷却
的原始岩层温度;在许多深井中,围岩原始温度往往很
高,这也是造成矿井高温的主要原因.
在地表大气和大地热流场的共同作用下,岩层原
始温度沿垂直方向上大致可划分为三个层带:在地表
浅部,由于受地表大气的影响,岩层原始温度随地表大
收稿日期:2011—02—10
作者简介:万善学(1979一),男,2004年毕业于山东大学热能与动力工程专业,现任职于山东省郓城煤矿,助理工程师.
气温度的变化而呈周期性的变化,这一层带称为变温
带;随着深度的增加,岩层原始温度受到地表大气的影
响逐渐减弱,受大地热流场的影响逐渐增强,当到达某
一
深度时,二者趋于平衡,岩温常年基本保持不变,这
一
层带成为恒温带,恒温带的温度约比当地年平均气
温高1～2℃;在恒温带以下,由于受大地热流场的影
响,在一定的区域范围内,岩层原始温度随深度的增加而增加,大致呈线性的变化规律,这一层带称为增温带.在增温带内,岩层原始温度随深度的变化规律可
用地温率或地温梯度来表示.地温率是指恒温带以
下岩层温度每增加1℃,所增加的垂直深度,即:
gr=(Z一)/(t一f)?
地温梯度是指恒温带以下,垂直深度每增加
lOOm,原始岩温的升高值,它与地温率之间的关系为: G,=lO0/g,
式中:毋一地温率,单位为m/~C;
G,一地温梯度,单位为~C/100m;
zn,z一恒温带深度和岩层深度温度测算处的深
度,m;
与t,一恒温带温度和岩层原始温度,℃.
1.2.2围岩与风流间的传热量
矿井巷道围岩与风流间的传热是一个复杂的不稳
定的传热过程,巷道开掘后,随着时间的推移,围岩被冷却的范围逐渐扩大,其向风流传递的热量逐渐减少. 矿井巷道围岩与风流间的传热量按下式计算:
Q2=Kr观(一t)
式中:Q:一矿井巷道围岩传热量,kW;
一
围岩与风流间的不稳定换热系数,kW/(m.
c【二);
U一巷道周长,m;
己一巷道长度,m;
t一平均原始岩温,oC;.
t一巷道中平均风温,c【=.
围岩与风流问的不稳定传热系数K,是指巷道围
岩深部未被冷却的岩体与空气间温差为1oC时,单位时间内从每巷道壁面上向空气放出的热量或吸收166东媳晨斜技2011年第5期
的热量.
1.3井下正常生产涌出热水的放热量
井下采掘过程中涌出的热水,放热量主要取决于
水温,水量和排水方式;当采用有盖水沟或管道排水时,传热量一般按下式计算:
q3=kwS(tw—t)
式中:Q,一热水传热量,kw;
k一水沟盖板或管道的传热系数,
kW/(m?℃);
5一水与空气间的传热面积,m;
水沟排水时:S=BL;管道排水时:.s=3.14DL
B一水沟宽度,m;
D一管道外径,m;
￡一水沟长度,m;
tw一水沟或管道中水的平均温度,oC;
t一巷道中风流的平均温度,cI=.
1.4井下正常生产运输中煤与矸石的放热量
在以运输机巷作为进风巷道的采区通风系统中,
运输中煤及矸石的放热是一种比较重要的热源:
q4=mCt
式中:Q一运输中煤或矸石的放热量,kW;
m一煤或矸石的运输量,kg/s;
C一煤或矸石的比热,kJ/(kg?℃);
t一煤或矸石与空气的温差,单位为qC,具体数值
以实测为准.
1.5井下机电设备的散热量
电动机在带动设备运行中向空气散发的热量主要
有两部分,一部分是由电动机本体温度升高散发的热量,另一部分是电动机所带设备在运行中摩擦等散发的热量:
q5=0.211XNz+0.286×No+0.05Ⅳ
式中:q一井下机电设备的散热量,kW;
一
运输设备电机功率之和,kW;
一
采掘设备电机功率之和,kW;
Ⅳ^一井下变压器容量之和,kW".
1.6井下作业人员的放热量
在作业人员比较集中的采掘工作面,人员自身放
热对工作面的环境有一定的影响;人身放热与劳动强度及个人体质有关,具体放热量按下式计算:
q6=nq
式中:q一作业人员放热量,kW;
/7,一工作面作业总人数;
q一每人发热量,单位为kW.
1.7矿物及其他有机物的氧化放热量
井下矿物及其它有机物的氧化放热是一个十分复
杂的过程,很难将它与其他热源分离出来单独计算,一(上接第164页)程启停设备并监视设备的运行状态及各个运行参数变化趋势.在远程启停某台设备时,其
操作步骤和集控手动类似,操作人员只需按下监控软件上的开启(关闭)按钮即可.
(4)自动方式:即根据液位高低,上水与否和峰谷
电价时段等因素自动启停水泵,阀门与水泵之间联锁
起停,并实时检测各个设备的状态,发生故障自动停机并报警.此方式下可实现无人值守.
2.3液位控制及避峰填谷
系统可以根据电网负荷和供电部门所规定的平
段,谷段,峰段供电电价时间段,在水位不高的情况下, 以"避峰,填谷"的原则确定开,停水泵时间,从而合理
的利用电网信息,提高矿井电网的运行质量.
液位控制和峰谷电价时段控制的综合控制原理简
述(图3):
水仓
位4(高水位)
位3
位2
位1(低水位)
图3水位控制示意图
当水位达到水位2时,若处于低计费时段,可以立
即起动,若处于高计费时段,则暂缓起动;当水位继续
上升至水位3时,则不论电网如何,必须起动水泵.若
水位继续上升至水位4时,则表明一台水泵的排水量已不足于排除矿井涌水,必须起动第二台水泵,两台水泵一齐排水,以矿井的最大排水能力来排除矿井出水. 不论投入几台泵,水位必须下降到水位1方可停泵.
同时,控制系统配有以太网模块,控制分站配置标
准的RJ一45网络接口,或RS485接口,OPC协议,分站接人中央变电所环网交换机,控制分站的水泵监控数据,以OPC方式传输到工业以太环网及矿井综合自动化平台.可以通过矿综合信息网将中央泵房水泵的运行状态和参数等信息上传到地面控制室,地面控制室通过局域网再将这些信息传至有关部门,管理人员在
地面即可掌握井下排水系统设备的所有检测数据及工
作状态,获取相应的权限后,还可以远程起停设备.
系统具有网络同行功能,具有统一校时功能,便于
矿领导及上级主管部门对监控信息的利用.
3结论
梁家煤矿主排水系统远程监控系统投入运行后一
年多,系统运行稳定,可靠.但仍存在一部分问题,如
电动闸阀到位后,阀门关闭不严,水泵启动时,负压值
不稳定,影响了水泵的启动.但此类问题经过现场的
多次探索,已经一一解决.
2011年第5期.象撼晨科技167
煤矿井下变压器保护装置初探
刘海俊
(阳泉市上社煤炭有限责任公司,山西阳泉045000)
摘要为了保证变压器的安全可靠运行,必须针对变压器存在的故障类型,采取不同的技术保护措施,除此之外,还要注意变压器的日常管
理维护,达到为煤矿生产提供可靠供电保障的目的.
关键词变压器保护装置
中图分类号TD608文献标识码C
变压器是煤矿井下供电系统中的重要设备,其工
作状态对供电系统的可靠性和安全性起着举足轻重的
作用.变压器的保护技术措施要根据其容量和重要程
度配置,设置专门的继电保护装置,确保变压器的良好
运行,为煤矿安全高效生产提供稳定的电力保障.
1变压器故障分类
煤矿井下变压器的故障大致分为两类,内部故障
和外部故障.内部故障主体表现在绕组的相问短路故
障,匝间短路故障,单相接地短路故障.变压器的不正
常运行状态主要表现在系统短路引起的过电流,过负
荷及油箱的油面降低和油温过高等.针对变压器的故
障类型和不稳定工作状态,应采取以下针对性的安全
技术保护装置.
2保护装置
2.1瓦斯保护
油浸式变压器利用油作为变压器的绝缘和冷却.
当变压器内部发生短路时,由于电弧和高温的作用使
油分解出大量气体,气体膨胀上升,从油箱流向油枕的
上部.当故障严重时,产生大量的气体,气体夹杂着油
流冲向油枕的上部,使继电器的接点动作,接通指定的
十收稿日期:2011—03—31
作者简介:刘海俊(1963一),男,山西盂县人,毕业于山西矿业学
院煤矿机电专业,现在阳泉市上社煤炭有限责任公司从事煤矿机电技术管理工作.
控制回路,并及时发出信号或自动切除变压器,此保护
装置称为瓦斯保护.
瓦斯继电器是构成瓦斯保护的主要元件,它安装
在油箱本体与油枕之间的连接管道上,为了增加瓦斯
保护的灵敏系数与可靠性,必须使变压器内故障所产
生的气体全部顺利地通过瓦斯继电器,因此在安装变
压器时应使油箱体向油枕方向倾斜1～1.5%,油管应
向油枕方向倾斜2.一4%,如图1所示.
继电器在正常运行时,其内部充满变压器油,当变
压器内部轻微故障时,变压器由于分解产生的少量气
体上升并聚集在瓦斯继电器上部的气室内,迫使油面
亦随之卞降,致使上磁钢接近于一对干簧接点,动作后
发出轻瓦斯故障信号.如果是严重故障,产生大量气
体,同时油温升高,热油膨胀,箱体内压力剧增,形成油
气流迅速冲动继电器下部挡板,致使下磁钢接近于另
一
对干簧接点,作用于跳闸.
1I
r—
图1瓦斯继电器的安装位置
2.2电流速断保护
在变压器电源侧绕组,绝缘套管及引出线发生故
障时,可利用装设在电源侧的电流速断保护做为主保般估算如下;
Q7=0.7q0vo.UL
式中:Q,一矿物及其他有机物的氧化放热量,kW;
一
巷道中的平均风速,m/s;
q.为V=1.0m/s时单位面积氧化放热量,kW/
m
2
.
综上所述,考虑损失系数,取K=1.1,Q总为各种
放热量之和,煤矿深井总的冷负荷:Q冷=总,即
Q冷=1.1×(Ql+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7)
2结论
矿井采掘工作面等的冷负荷计算模式确定后,再
通过科学,合理,详尽的计算,就能确定矿井实际的冷负荷需要量,从而确定整个矿井降温系统的制冷量;熟悉矿井冷负荷的计算模式,对矿井降温技术,工艺的选择及降温产品的选型具有很好的现实借鉴意义,对矿井建设的顺利开展有较大的促进作用.。