矿井降温技术

浅谈矿井降温技术

[摘要]：目前我国很多煤矿都受到热害的困扰，并日趋严峻。

普遍认为，矿井热害最终将成为制约矿井开采深度的决定性因素。

本文论述了造成高温环境的原因及一些降温措施，并对矿井降温空

调系统的各种类型进行了技术对比分析。

[关键词]：高温非人工降温空调降温技术对比

中图分类号：o348.5 文献标识码：o 文章编号：1009-914x（2012）32- 0552-01

随着煤炭工业的发展，煤炭开采的矿井越来越向深部开采拓

展，矿井开采的深度越大，热害问题也越严重。减少和防止深井

煤炭生产过程中的热害问题已成为重要的研究课题。本文就矿井降

温技术及问题作初步探讨。

1、造成矿井高温环境的原因

1）围岩散热。当流经井巷风流的温度不同于初始岩温时，就要

产生换热，即使是在不太深的矿井里，初始岩温也要比风温高，因

而热流往往从围岩传给风流，在深井矿里，这种热流更大，甚至超

过其他热源的热流量之和。

2）机电运转以及人体散热等的影响。特别是随着机械化程度的

不断提高，机械运转所产生的热量更多。

3）作业用的热水产生的热量。大部分矿井要用水除尘、冲洗钻

孔和冷却设备等。作业用水若不经冷却直接排放，一般会达到三十

五摄氏度以上，从而大大增加了风流的热负荷。

4）下行风流因空气自压引起的温升。空气向下流动时，由于空气柱的增加，空气受到压缩而产生热量，一般垂深每增加100m，其温度升高1摄氏度。

5）运输中煤炭及矸石的散热。运输中的煤炭及矸石的散热是围岩散热的另一种表现形式，其中以在连续式输送机上的煤炭的散热量最大，致使其周围风流的温度上升。

6）地下水的作用。矿井地层中如果有高温热泉，若有热水涌出时，会使矿井温度升高。

2、降温的技术方法

在深部开采的矿井中，降温方法有两大类：一是非人工降温方法，二是人工机械空调冷却。

2.1非人工降温方法

1）选择有利于降温的通风系统。按照矿井地质条件、开拓方式等选择进风风路最短的通风系统，可以减少沿途吸热，降低风流温升。

2）避开局部热源。井下有各种热源，例如机电设备散热、矿物氧化放热及采空区漏风等都会加热风流。因此需要分析矿井的热源，有针对性的减少热量的排放，并使新鲜风流尽量避免通过这些地方，减少加热风流的几率，降低其温度。

3）增加风量。井下风量增大以后，风流带走热量的速度加大，使井下产生的热量迅速排出，从而对井下的降温起到一定的辅助作用。

4）隔绝高温围岩。随着开采深度的加大，井下岩壁的温度越来越高，若采取一些措施对其进行隔离，如使用隔热材料喷涂岩壁等，就可减少岩石向井下空气的散热量，起到降温的作用。

5）减少各种热源放热：如减少氧化放热，最大限度的减少巷道中的煤尘含量，实行坑木代用，缩短运煤距离等。

2.2机械制冷降温

1）局部移动式空调机，即可在各工作面进行局部制冷，降低工作面的环境温度。

2）地面集中式或井下集中式空调系统，即制冷机安装在地面或是井下，冷水经过隔热管路送到工作面附近，与移动式热交换器配套使用，冷却工作面风流。

3）井下水源热泵空调机，利用矿井中的温涌水，吸收井下的水源热泵空调机的热量，另一侧产生的低温循环水通过绝热管，送至工作面与空气冷却器联合使用，降低工作面气温。

4）冰冷降温系统，主要原理是利用冰的溶解热，通过冰的溶解吸热使水冷却，然后送至工作面。

3、矿井降温空调系统在选择时的比较

3.1 地面集中式空调系统

地面集中式空调系统将制冷站设置在地面，冷凝热也在地面排放，而在井下设置高低压换热器将一次高压冷冻水转换成二次低压冷冻水，最后在用风地点上用空冷器冷却风流。

地面集中式空调系统可以分两期投入，且能够较好的解决井筒

掘进到底后，巷道开拓时的临时降温需要。

制冰片式：优点是设备安装、维护管理方便；制冷机组没有防爆要求；制冷后产生的冷凝热排放方便。缺点是系统复杂，装机总功率大，能耗高；供冷管道长，系统冷量损耗大；制冷效率低，需在井筒中安装大直径的输冷管道及对管道进行保温处理。

制冰粒式：优点是设备安装、维护管理方便；制冷机组没有防爆要求；制冷机组并联连接，安全运行性能较高；流化冰载冷量大，制冷效率高，冷凝热排放方便。缺点是系统复杂，装机总功率大，能耗高，供冷管道长；需在井筒中安装大直径的输冷管道及对管道进行保温处理。

3.2井下集中式空调系统

井下集中式空调系统如按冷凝热排放地点可分为两种不同的布置形式。

1）制冷站设置在井下，并利用井下回风流排热。这种布置形式优点：系统比较简单，冷量调节方便，供冷管道短，无高压冷水系统。缺点：由于井下回风量有限，当井下需冷量较大时，井下有限的回风量无法将制冷机排出的冷凝热全部带走，致使冷凝热排放困难，冷凝温度上升，制冷机效率下降，制约了矿井空调系统的制冷能力。

2）制冷站设在井下，冷凝热在地面排放，这种布置形式虽可提高冷凝热的排放能力，但需在冷却水系统中增设一个高低压换热器，系统比较复杂。

3.3井上井下联合式空调系统

井上井下联合式空调系统的布置形式是在地面和井下同时设置制冷站，冷凝热在地面集中排放。它实际上相当于两级制冷，井下制冷机的冷凝热是借助于地面制冷机冷水系统冷却的。其优点是可提高一次载冷剂的回水温度，减少冷损，而且可利用一次载冷剂将井下制冷机的冷凝热带到地面排放。缺点是系统复杂，且设备分散，不易管理。

通过综合比较分析，若考虑井筒掘进到底后，形成车场、巷道开拓时（掘迸进尺约 500 m）的临时降温需要，建议采用地面集中式的矿井制冷降温方案。若不考虑井筒掘进到底后，形成车场、巷道开拓时的临时降温需要，建议采用井下集中式、冷凝热地面排放的矿井制冷降温方案。该方案节能、制冷效率较高，但需在主、副井筒装备完成后，系统才能投入运行。此外，对不具备建立集中式空调系统条件的矿井，在个别热害严重的地点也可采用局部移动式空调机组。

4、结论

随着矿井开采深度的不断增加，矿井热害的问题会更加突出。从一定角度来说，矿井降温技术的发展决定了矿井开采能力未来的发展。今后，矿井降温应更多的从系统工程、经济性和新技术的角度来考虑。在矿井中采用冰制冷和局部制冷组合降温的方式，在保证矿井主体冰制冷降温的前提下，充分利用局部制冷机组的方便性和移动性，根据矿井的热源突发位置来进行补足制冷。利