矿井热害治理技术及其发展现状

中图分类号: TD727
文献标识码: B
文章编号: 1003- 496X( 2009) 03- 0033- 05
1 国内外矿井热害治理的发展状况
1. 1 国外发展状况 国外对矿井高温现象的描述, 最早可追溯到 16
世纪。直到 20世纪 20年代, 对于高温现象的研究 都只是局限于矿井地温及巷道温度的观测, 在理论 上的研究很少。但是不可否认, 这些研究积累了大 量的技术数据和观测资料, 取得了非常重要的技术 成果。
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煤 矿 安 全 ( Tota l 412)
技术经验
调系统在我国应用得比较广泛, 曾在平煤五矿己二 采面用 1台制冷量为 300 kW 的防爆制冷机组向己 15- 23071采 面供冷, 利用井 下回风 排热, 效果明 显, 平均降温幅度 4e ; 四矿 戊九采面空调系统, 采
用 1台制冷量为 500 kW 的制冷机组向戊九采区的 S- 19140采面供冷, 很好的满足了降温要求。
社, 2002. 1 52 王海涛, 徐全 伏. 高瓦斯 综采 工作 面瓦 斯综 合治 理实
践 1 J2. 煤炭技术, 2006, 6( 6) : 79- 81.
作者简介: 彭继刚 ( 1982- ) , 男, 安 徽淮北 人, 中 国矿业 大学硕士研究生, 从事矿 井瓦斯防治方面的研究。
(收稿日期: 2008- 08- 04; 责任编辑: 王福厚 )
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煤 矿 安 全 ( Tota l 412)
技术经验
煤矿是世界上最深的, 其 80% 以上的矿井都采用了 矿井空调, 且制冷能力每年都高速增长; 前苏联和美 国采深在 700 m 以上的矿井基本上都采用了空调系 统。现在, 国外矿井空调规模越来越大, 发展迅猛。 1. 2 国内发展状况
我国矿井热害治理工作始于 20世纪 50年代, 直到 80年代后期才取得实质性进展, 相继有相关的 论文和著作问世。近年来的统计资料表明, 我国已 有 140余对矿井出现了不同程度的热害问题, 其中 采掘工作面风温超过 30e 的矿井已 达 60余对 112 。 我国高温矿井越来越多, 矿井热害问题越来越受到 矿业界的关注。
( 3)低温岩层预冷入风流。根据恒温带岩层温 度最低的特点, 利用恒温带附近废弃的低岩温巷道 预冷入风流。通过现场实测表明, 经过低温岩层预 冷的入风流温度要比入风井直接进入井下的入风流 温度低 3~ 5e 。
( 4)个体 防护。矿工 分散 的井 下高 温作业 地 点, 可采用个体防护措施。个体防护的主要方式是 穿冷却服, 其制冷成本约为其它制冷成本的 1 / 5左 右。 2. 2 人工制冷技术
我国矿井空调始于 20世纪 70年代初, 淮南九 龙岗矿设计了我国第 1个矿井局部制冷降温系统; 80年代在新汶孙村矿设计了我国第 1个井下集中 制冷降温系统; 90年代又在新汶孙村矿设计了我国 第 1个地面集中制冷降温系统; 2002 年又成功设计 了冰冷低温辐射空调降温系统。与国外相比, 这些 系统规模不大, 发展速度缓慢。
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煤 矿 安 全 ( 2009- 03)
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矿井热害治理技术及其发展现状
张习军, 王长元, 姬建虎
(煤炭科学研究总院 重庆 研究院, 重庆 400037)
摘 要: 随着我国煤矿开采深度的逐年增加, 矿井热害问题日益突出, 给矿井的安全、正常生产带
来了严重影响。机械制冷降温技术已取代了传统的降温方法, 成为矿井降温的主要手段。但是,
机械制冷降温技术结合传统的降温方法进行综合降温, 是实现高效、节能的有效途径。文章论述
了国内外常用的一些降温技术和方法, 阐述了几种矿井空调系统的工艺流程及应用情况, 指出了
矿井热害治理过程中需要注意的问题, 并说明了高效、节能是矿井热害治理技术的发展趋势。
关键词: 矿井热害; 热害治理; 矿井空调; 节能
英国是世 界上 最早 在井 下实 施空 调 的国 家, 1923年彭德尔顿煤矿在采区安设制冷机, 冷却采面 风流; 巴西的莫罗维罗矿及南非的鲁滨逊深井于 20 世纪 30年代采用集中冷却井筒入风流的方法降温, 南非 60年代便开始了大型矿井集中式空调; 德国的
埋管抽放抽放采空区和上隅角瓦斯, 瓦斯综合治理 效果明显, 工作面瓦 斯平均抽采率达到了 68. 4% , 瓦斯平均抽放浓度为 12. 2% , 回风流瓦斯浓度基本 保持在 0. 4% 以下, 平均浓度为 0. 28% , 回采期间基 本杜绝了瓦斯超限现象, 减少了瓦斯超限断电而影 响生产现象的发生。
通风量达到一定量时有急剧加快之势, 继续增加风 量则气流温度的下降逐渐缓慢下来, 但是风量不能 无限地增加, 它受到风速的限制。总之, 在矿井热害 不太严重的情况下, 加大风量降低井下气温是有效 的。
( 2)减少热源的散热量。采用隔热物质喷涂岩 层、实行机电硐室独立通风, 提高机电设备的运转效 率、采取超前疏排热水, 等措施可以在一定程度上减 少巷道围岩、机电设备、矿井热水等热源散热对风流 温度的影响。空气压缩热是不能消除和减少的, 只 能通过预冷入风流来抵消这部分影响。
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煤 矿 安 全 ( 2009- 03)
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气管道断面积, 能够有效地解决我国当前矿井集中 降温中存在的实际问题; 可用金属或橡胶软管沿工 作面布置, 使工作面上的 冷量均匀分布, 降温效果 好, 而且系统简单, 应用灵活。由于压缩空气的吸热 量有限, 该方法只能应用于需冷量不大的小型矿井 降温系统。 1993年, 平顶山矿务局和 609研究所研 制成 KKL- 101无氟空气压缩机, 为我国矿井空调 开辟了一条新的途径。 2. 2. 2 人工制冷水空调系统
图 3 井下集中式空调系统工艺流 程示意图
( 3)地面、井下联合集中式空调系统。这种布 置方式是在地面、井下同时设置制冷站, 冷凝热在地 面集中排放1 42, 如图 4所示 。它实际上相当于两级
图 2 地面集中式空调系统工艺流程图
对有条件的矿井, 可实行矿井降温冷源与煤矿 热电站联产 1 32 。利用丰富的劣质煤, 建设小型坑口 自备热电站, 配置溴化锂吸收式制冷机组, 再联合压 缩式制冷机组, 最终制出 1e 的冷水送往井下降温 系统。热电站生产的电能供煤矿自身的生活和生产 使用, 从而大大提高了煤矿的经济效益。平煤四矿 就是采用的这种方法, 其制冷站内配置 1台溴化锂 制冷机组, 并联合 3台乙二醇冷水机组, 该系统能使 井下采掘工作面的气温降低 5~ 6e 。
以上 4种空调系统的优缺点如表 1所示。 2. 2. 3 人工制冰空调系统
空调系统 地面
井下 联合 局部
表 1 4种空调系统有缺点的比 较 优点
缺点
( 1)厂房施工、设备安装、维护、管理和操作方便 ( 2)可采用一般型制冷设备 ( 3)安全可靠 ( 4)排热方便 ( 5)无需在井下开凿大断面机电硐室 ( 6)冬季可利用地面天然冷源
图 4 井上、下联合集中式空调系统工艺流程示意图
制冷, 井下制冷机的冷凝热是借助于地面制冷机冷 水系统冷却。因井下的最大限度的制冷容量受制于 相应的空气和水流的回流排热能力, 所以通常需要 在地面安装附加的制冷机组。
( 4)井下分散式局部空调系统。当实际矿井工 程中只有几个点需要降温, 并且点点相隔较远时, 在 矿井中不设置统一的大型制冷站, 只在需要降温的 地点, 如掘进面、大型机电硐室等附近建立小型的制 冷站, 对局部地区进行降温。这时井下分散式局部 空调系统 是一种高效经济的降 温措施 142 。局部空
世界矿业发达国家如美国、德国Leabharlann Baidu英国、前苏联、 巴西、南非等, 为了改善作业环境、提高劳动生产率,
相继开展了矿井热害的预防和治理工作。这些国家 的学者们在矿井风温预测、岩石热物性参数的测定、 地温的观测、系数的计算等方面做了大量的研究, 为 矿井热害的治理奠定了基础。另外, 矿井热源散热 量的计算以及需冷量的计算使得矿井空调得以应用 到井下。
5结 语
总之, 对于多源瓦斯涌出的高瓦斯综采工作面, 必须采用多种方法综合抽放瓦斯, 这样才能对采面 通风瓦斯管理有着积极的作用, 真正达到瓦斯治理 治本的目的, 只有从根本上解决采煤工作面回采时 瓦斯超限问题, 才能保障回采工作面的安全、高效生 产。
参考文献:
1 12 俞启香. 矿井瓦斯防治 1M2. 徐州: 中国矿 业大学 出版
根据载冷介质的不同, 国内外常用的人工制冷 降温技术可分为压缩空气降温技术 、人工制冷水降
温技术和人工制冰降温技术。这些方法都具有一定 的适用性, 要根据矿井的实际情况来选择。 2. 2. 1 压缩空气降温
压缩空气降温系统如图 1所示。空气由压缩机
2 矿井热害治理技术
矿井热害治理技术主要分为两类: 非人工制冷 技术和人工制冷技术。当非人工制冷技术不能解决 矿井的热害问题时, 就要考虑人工制冷技术。实际 采用人工制冷技术时, 往往结合非人工制冷技术来 综合治理热害, 这样既能达到改善工作环境的效果, 又能降低矿井的冷负荷。 2. 1 非人工制冷技术
( 2)井下集中式空调系统。井下集中制冷降温 系统如图 3所示。主要工艺是在井下设置 1个集中 制冷站, 根据需要安装冷水机组若干台, 保证全矿井 井下采掘工作面的冷量需要。制冷机蒸发器蒸发出 来的低温冷水通过保冷管道, 送至各采掘工作面的 空冷器冷却风流, 在井下排放冷凝热。该系统仅有 冷水循环管路, 这种布置形式只适用于需冷量和开 采深度不太大的矿井。
当矿井开采深度不大, 热害不太严重的时候, 可 采用非人工制冷技术来治理矿井热害。非人工制冷 技术主要有: 增加风量、隔绝热源、低温岩层预冷入 风流、个体防护等。
( 1)增加风量。研究结果表明: 增加通风量, 可 使气流温度大幅度下降, 并且该温度的下降程度在
图 1 压缩空气降温系统工艺流程示意图
压缩、经过冷却器冷却, 再由减压机减压膨胀后由管 道输送到采掘工作面, 通过引射器均匀喷向工作面, 吸收工作面风流 的热量达到降 温的目的 1 22 。 1989 年南非一金矿建成了压缩空气制冷系统, 利用压缩 空气作为供冷媒质, 直接向采 掘工作面喷射制 冷。 该系统采用压缩空气作为载冷介质, 大大减小了输
从 20世纪 70年代以来, 人工制冷水矿井空调 系统开始迅速发展。根据制冷站的安装位置, 该系 统主要分为: 地面集中式空调系统、井下集中式空调 系统、地面井下联合集中式空调系统和井下分散式
局部空调系统。 ( 1)地面集中式空调系统。地面集中式空调系
统如图 2所示。主要工艺是将制冷站设在地面工业 场地内, 安装冷水机组若 干台, 制冷 机组出来的冷 水, 通过保冷管道送至设置在井下开采水平的高低 压换热器中, 由高低压换热器转换的二次低压冷水, 用泵送至各采掘工作面空冷器冷却风流, 冷凝热由 地面冷却塔排放。
但是进入 21世纪以来, 无论从技术上还是从规 模上, 我国的 矿井 空调都 在快速 发展。 2000 年以 来, 各高校和科研院所相继在东滩矿、唐口矿、平煤 集团四矿、五矿、六矿、刘庄矿等矿井展开了矿井热
害治理的科研工作, 其中平煤四矿和刘庄煤矿都设 计了地面集中制冷降温系统, 制冷能力分别达到了 7 600 kW 和 5 500 kW。制冷能力和制冷设备比以 往都有了很大的提高和改进, 但是与国外还有一定 的差距, 大型矿井集中式空调系统中的许多问题仍 待解决。
( 1)高压冷水处理困难 ( 2)供冷管道长, 冷损大 ( 3)需在井筒中安设大直径管道 ( 4)一次载冷剂需用盐水, 对管道有腐蚀作用 ( 5)空调系统复杂
( 1)供冷管道短, 冷损小 ( 2)无高压冷水系统 ( 3)可利用矿井水或回风流排热 ( 4)供冷系统简单, 冷量调节方便
社, 1992. 1 22 包剑影, 苏 燧. 阳泉 煤矿 瓦斯 治理 技术 1M2. 北 京:
煤炭工业出版社, 1996. 1 32 林柏 泉, 崔 恒信. 矿井 瓦 斯防 治 理论 与 技 术 1M 2. 徐
州: 中国矿业大学 出版社, 1998. 1 42 王显 政. 煤 矿安 全 新技 术 1M2. 北 京: 煤 炭工 业 出版