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        基于制冷降溫技術(shù)在高溫掘進(jìn)巷道中的應(yīng)用研究

        2014-08-30 02:17:06管金海
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年27期
        關(guān)鍵詞:高溫應(yīng)用

        管金海

        摘 要:隨著開采深度不斷加大,許多礦井面臨高溫帶來的嚴(yán)重威脅,巷道中作業(yè)場所空氣溫度明顯超過《煤礦安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定,特別是掘進(jìn)作業(yè),由于受巷道斷面的限制和局部通風(fēng)裝置的制約,供給掘進(jìn)巷道的風(fēng)量又不能明顯加大,通過加大風(fēng)量溫度下降很小,起不到應(yīng)有的降溫作用。文章采用最新的局部制冷降溫技術(shù),在張集煤礦高溫掘進(jìn)作業(yè)地點安裝TS-300B型煤礦井下局部制冷機組,對如何安設(shè)和利用進(jìn)行了實地應(yīng)用研究,空氣溫度下降6~9℃,取得了良好的效果,解決了井下高溫問題。

        關(guān)鍵詞:制冷降溫技術(shù);掘進(jìn)巷道;高溫;應(yīng)用

        引言

        為保障礦工的身心健康和生產(chǎn)的安全進(jìn)行,我國的《礦山安全條例》規(guī)定:井下工人作業(yè)地點的空氣溫度,不得超過28℃,超過時應(yīng)采取降溫和其他保護(hù)措施。同時《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定:采掘工作面的空氣溫度不超過26℃,機電硐室的空氣溫度不得超過30℃,空氣溫度超過時,要采取降溫措施。

        當(dāng)采掘工作面ta>30℃,機電硐室ta>34℃時,必須停止工作,采取降溫措施。

        徐州礦區(qū)隨著煤炭資源的枯竭,有些礦井不得不向深度開采,工作面溫室度越來越高,特別是三河尖礦,張集礦已采到1000米以下,經(jīng)測井下出水點水溫及巖溫高達(dá)36~39℃,掘進(jìn)工作面空氣溫度達(dá)到31~32℃,井下局扇吸風(fēng)側(cè)空氣溫度達(dá)到26~29℃,嚴(yán)重制約著礦井安全生產(chǎn),致使巷道掘進(jìn)無法正常進(jìn)行。

        為解決地?zé)釣?zāi)害問題,曾采取加大迎頭風(fēng)量、降低機電設(shè)備散熱、縮短作業(yè)時間等非人工制冷措施,但不是解決地?zé)嵛:Φ母就緩健S捎谑芟锏罃嗝娴南拗坪途植客L(fēng)裝置的制約,供給掘進(jìn)巷道的風(fēng)量有限,通過加大風(fēng)量溫度下降很小,通過測試掘進(jìn)巷道內(nèi)空氣溫度只降低了1℃,起不到應(yīng)有的降溫作用。下面就現(xiàn)場如何采用機械制冷進(jìn)行了一系列應(yīng)用研究,取得了預(yù)想的效果。

        1 制冷降溫技術(shù)

        1.1 安裝環(huán)境

        通過現(xiàn)場調(diào)查研究決定,在張集煤礦北翼延深軌道下山掘進(jìn)中采取安裝北京鑫源九鼎科技有限公司TS-300B煤礦井下局部制冷機組,用于井下掘進(jìn)巷道的空氣降溫。北翼延深采區(qū)是張集煤礦2014年后主要生產(chǎn)采區(qū),2012年3月開始掘進(jìn),巷道采用錨噴支護(hù),北翼延深軌道下山設(shè)計長度為1900m,巷道為拱形巷道,斷面為5.2×4.2m ,截止到2013年5月10日已掘進(jìn)435m,迎頭標(biāo)高達(dá)到-830m水平。風(fēng)機前溫度29℃,掘進(jìn)巷道空氣溫度超過了31℃,必須采取降溫措施,才能生產(chǎn)。

        1.2 制冷機組的組成及工作原理

        現(xiàn)場安設(shè)的TS-300B煤礦井下局部制冷機組,包括壓縮機,換熱器(冷凝器和蒸發(fā)器),制冷元件(主要是節(jié)流閥),電控系統(tǒng)等四大部分組成。其工作原理是主機中的壓縮機首先將吸收過熱負(fù)荷的低壓氣態(tài)制冷劑(R407C)吸入,然后壓縮為蒸汽,這時的蒸汽不但溫度高,壓力也大,壓縮的高溫高壓蒸汽通過冷凝器將熱量傳遞給冷卻水,制冷劑的溫度下降,變成了低溫高壓液體,這種低溫高壓狀態(tài)下的制冷劑再通過膨脹閥節(jié)流,壓力得到降低,從而變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍庖簝上嗷旌衔?,這種混合物進(jìn)入蒸發(fā)器。其中的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器銅管中蒸發(fā),需要吸收大量熱量(稱為吸熱過程),從而使蒸發(fā)器內(nèi)盤形管溫度下降(制冷),掘進(jìn)工作面的局部通風(fēng)機與蒸發(fā)器一端相連接,開動局部通風(fēng)機,通過風(fēng)機的高溫風(fēng)流流經(jīng)蒸發(fā)器內(nèi)盤形管,進(jìn)行冷熱交換,溫度得以持續(xù)下降,然后降溫的風(fēng)流通過風(fēng)袋被送到工作面,從而使工作面溫度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值以下。而吸收熱量后的制冷劑以低壓氣態(tài)再次進(jìn)入壓縮機進(jìn)行循環(huán);冷卻水通過吸收制冷劑的熱量,然后進(jìn)入冷卻水箱,再通過水泵循環(huán)進(jìn)入冷卻器內(nèi),在冷卻器的一側(cè)安設(shè)局部扇風(fēng)機,吸收的熱量被排出,冷卻水熱量釋放后再次進(jìn)入主機中的冷凝器內(nèi),從而再次吸收制冷劑中的熱量,重復(fù)循環(huán),達(dá)到降溫的效果。TS-300B制冷機組工作原理如圖1。

        1.3 制冷機組的相關(guān)參數(shù)

        1.3.1 制冷主機參數(shù)

        主機型號:TS-300/ZM;制冷量:300kw;制冷劑hfc:R407C.ODP=0;外形尺寸:長度*寬度*高度=3400*820*1280mm;重量:2750kg;電機電壓:660V或1140V,50Hz;電機功率:90kw;冷凝器類型:殼管式;冷卻功率:380kw;冷卻水循環(huán)壓力:最大40bar;冷卻系統(tǒng):循環(huán)式(循環(huán)供水);安全控制裝置:ia(ib)-Exia(ib)dI本安型。

        1.3.2 空氣蒸發(fā)器參數(shù)

        蒸發(fā)器類型:TS-300/PB;制冷量:300kw;外形尺寸:長度*寬度*高度=2900*900*1050mm;重量:1600kg;風(fēng)量:10m3/s;壓降:1000Pa;制冷劑循環(huán)最大壓力:2.5MPa;噴淋噴嘴處壓力:1.6MPa。

        1.3.3 冷卻器參數(shù)

        蒸發(fā)-噴淋冷卻器型號:CWW-300;冷卻功率:300kw;外形尺寸:長度*寬度*高度=3550*900*1600mm;重量:1850kg;風(fēng)量:7.5m3/s;冷卻水流量:5-10kg/s(18-36m3/h);冷卻循環(huán)最大壓力:4.0MPa;噴淋供給最大壓力:1.6MPa。

        2 在現(xiàn)場中應(yīng)用實踐

        2.1 制冷機組在現(xiàn)場的安設(shè)

        制冷機組的具體安設(shè)位置非常關(guān)鍵,安設(shè)位置的好壞,一是牽涉到安全防爆,二是牽涉到降溫效果。三是電能消耗的大小。為此在現(xiàn)場通過比較分析,確定制冷主機安設(shè)在北翼延深軌道下山掘進(jìn)巷道局部通風(fēng)機旁側(cè)巷道處(專門設(shè)置的硐室),空氣蒸發(fā)器安設(shè)在局部通風(fēng)機出風(fēng)側(cè)風(fēng)筒中,冷卻器安設(shè)在風(fēng)機處旁側(cè)巷道中。為了更好地讓制冷劑循環(huán),增加傳輸效果,制冷主機和空氣蒸發(fā)器間采用4寸高壓軟管來連接。同樣制冷主機和冷卻器間采用4寸鋼管來連接,這樣保證了冷卻水的循環(huán)。水箱中水要不間斷供應(yīng),它的來源是本地區(qū)的防塵水,直接與巷道中防塵管路相連接,作為補水水源。多余熱水直接排放到回風(fēng)巷內(nèi)水溝內(nèi),經(jīng)水泵排到上一水平,并流到井底水倉內(nèi)。具體安設(shè)情況如圖2所示。

        2.2 現(xiàn)場調(diào)試

        安裝完成后,分別請相關(guān)專家進(jìn)行調(diào)試,正式運行的時間為2013年6月18日。經(jīng)過對溫度的實際監(jiān)測,張集礦北翼延深軌道下山掘進(jìn)工作面空氣溫度下降到24℃,軌道下山距回風(fēng)巷道入口空氣溫度下降到27℃,降溫效果顯著,掘進(jìn)巷道、掘進(jìn)工作面作業(yè)環(huán)境明顯改善,工作效率明顯的有了很大提升,有效的為礦井的安全穩(wěn)定生產(chǎn)以及職工人員的身體健康提供了安全保障。

        3 結(jié)束語

        3.1 通過在現(xiàn)場安裝了TS-300B型制冷設(shè)備后,設(shè)備正常運行后,工作面氣溫條件發(fā)生很大變化,滿足了礦井空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),使工作面空氣溫度下降到24℃,降溫效果明顯,空氣溫度下降了6~9℃,有效改善了井下工作地點的氣候條件。

        3.2 造成礦井溫度較高的原因有很多,產(chǎn)生熱害的程度也大不一樣。因此,在對礦井設(shè)計降溫時,必須要結(jié)合具體的實際情況,針對具體的因素采取措施進(jìn)行降溫處理,做到經(jīng)濟有效安全。本掘進(jìn)下山采用重新構(gòu)建巷道安設(shè)制冷主機和冷卻器,其他地點可根據(jù)現(xiàn)場實際,選擇已有巷道進(jìn)行安設(shè)。選取的制冷機組型號也可以是TS-400B和TS-450B,依據(jù)現(xiàn)場溫度的高低來確定。

        3.3 在熱害處理方面,如果僅僅是依靠加強通風(fēng)這一措施來達(dá)到降低溫度的目的,效果是非常不明顯的,因此必須考慮人工制冷降溫系統(tǒng)的應(yīng)用。

        參考文獻(xiàn)

        [1]亓?xí)?礦井熱環(huán)境預(yù)測方法研究及數(shù)值模擬系統(tǒng)開發(fā)[D].山東科技大學(xué),2010.

        [2]侯建軍.高溫礦井熱環(huán)境數(shù)值模擬及熱害控制技術(shù)研究[D].河南理工大學(xué),2010.endprint

        摘 要:隨著開采深度不斷加大,許多礦井面臨高溫帶來的嚴(yán)重威脅,巷道中作業(yè)場所空氣溫度明顯超過《煤礦安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定,特別是掘進(jìn)作業(yè),由于受巷道斷面的限制和局部通風(fēng)裝置的制約,供給掘進(jìn)巷道的風(fēng)量又不能明顯加大,通過加大風(fēng)量溫度下降很小,起不到應(yīng)有的降溫作用。文章采用最新的局部制冷降溫技術(shù),在張集煤礦高溫掘進(jìn)作業(yè)地點安裝TS-300B型煤礦井下局部制冷機組,對如何安設(shè)和利用進(jìn)行了實地應(yīng)用研究,空氣溫度下降6~9℃,取得了良好的效果,解決了井下高溫問題。

        關(guān)鍵詞:制冷降溫技術(shù);掘進(jìn)巷道;高溫;應(yīng)用

        引言

        為保障礦工的身心健康和生產(chǎn)的安全進(jìn)行,我國的《礦山安全條例》規(guī)定:井下工人作業(yè)地點的空氣溫度,不得超過28℃,超過時應(yīng)采取降溫和其他保護(hù)措施。同時《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定:采掘工作面的空氣溫度不超過26℃,機電硐室的空氣溫度不得超過30℃,空氣溫度超過時,要采取降溫措施。

        當(dāng)采掘工作面ta>30℃,機電硐室ta>34℃時,必須停止工作,采取降溫措施。

        徐州礦區(qū)隨著煤炭資源的枯竭,有些礦井不得不向深度開采,工作面溫室度越來越高,特別是三河尖礦,張集礦已采到1000米以下,經(jīng)測井下出水點水溫及巖溫高達(dá)36~39℃,掘進(jìn)工作面空氣溫度達(dá)到31~32℃,井下局扇吸風(fēng)側(cè)空氣溫度達(dá)到26~29℃,嚴(yán)重制約著礦井安全生產(chǎn),致使巷道掘進(jìn)無法正常進(jìn)行。

        為解決地?zé)釣?zāi)害問題,曾采取加大迎頭風(fēng)量、降低機電設(shè)備散熱、縮短作業(yè)時間等非人工制冷措施,但不是解決地?zé)嵛:Φ母就緩?。由于受巷道斷面的限制和局部通風(fēng)裝置的制約,供給掘進(jìn)巷道的風(fēng)量有限,通過加大風(fēng)量溫度下降很小,通過測試掘進(jìn)巷道內(nèi)空氣溫度只降低了1℃,起不到應(yīng)有的降溫作用。下面就現(xiàn)場如何采用機械制冷進(jìn)行了一系列應(yīng)用研究,取得了預(yù)想的效果。

        1 制冷降溫技術(shù)

        1.1 安裝環(huán)境

        通過現(xiàn)場調(diào)查研究決定,在張集煤礦北翼延深軌道下山掘進(jìn)中采取安裝北京鑫源九鼎科技有限公司TS-300B煤礦井下局部制冷機組,用于井下掘進(jìn)巷道的空氣降溫。北翼延深采區(qū)是張集煤礦2014年后主要生產(chǎn)采區(qū),2012年3月開始掘進(jìn),巷道采用錨噴支護(hù),北翼延深軌道下山設(shè)計長度為1900m,巷道為拱形巷道,斷面為5.2×4.2m ,截止到2013年5月10日已掘進(jìn)435m,迎頭標(biāo)高達(dá)到-830m水平。風(fēng)機前溫度29℃,掘進(jìn)巷道空氣溫度超過了31℃,必須采取降溫措施,才能生產(chǎn)。

        1.2 制冷機組的組成及工作原理

        現(xiàn)場安設(shè)的TS-300B煤礦井下局部制冷機組,包括壓縮機,換熱器(冷凝器和蒸發(fā)器),制冷元件(主要是節(jié)流閥),電控系統(tǒng)等四大部分組成。其工作原理是主機中的壓縮機首先將吸收過熱負(fù)荷的低壓氣態(tài)制冷劑(R407C)吸入,然后壓縮為蒸汽,這時的蒸汽不但溫度高,壓力也大,壓縮的高溫高壓蒸汽通過冷凝器將熱量傳遞給冷卻水,制冷劑的溫度下降,變成了低溫高壓液體,這種低溫高壓狀態(tài)下的制冷劑再通過膨脹閥節(jié)流,壓力得到降低,從而變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍庖簝上嗷旌衔?,這種混合物進(jìn)入蒸發(fā)器。其中的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器銅管中蒸發(fā),需要吸收大量熱量(稱為吸熱過程),從而使蒸發(fā)器內(nèi)盤形管溫度下降(制冷),掘進(jìn)工作面的局部通風(fēng)機與蒸發(fā)器一端相連接,開動局部通風(fēng)機,通過風(fēng)機的高溫風(fēng)流流經(jīng)蒸發(fā)器內(nèi)盤形管,進(jìn)行冷熱交換,溫度得以持續(xù)下降,然后降溫的風(fēng)流通過風(fēng)袋被送到工作面,從而使工作面溫度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值以下。而吸收熱量后的制冷劑以低壓氣態(tài)再次進(jìn)入壓縮機進(jìn)行循環(huán);冷卻水通過吸收制冷劑的熱量,然后進(jìn)入冷卻水箱,再通過水泵循環(huán)進(jìn)入冷卻器內(nèi),在冷卻器的一側(cè)安設(shè)局部扇風(fēng)機,吸收的熱量被排出,冷卻水熱量釋放后再次進(jìn)入主機中的冷凝器內(nèi),從而再次吸收制冷劑中的熱量,重復(fù)循環(huán),達(dá)到降溫的效果。TS-300B制冷機組工作原理如圖1。

        1.3 制冷機組的相關(guān)參數(shù)

        1.3.1 制冷主機參數(shù)

        主機型號:TS-300/ZM;制冷量:300kw;制冷劑hfc:R407C.ODP=0;外形尺寸:長度*寬度*高度=3400*820*1280mm;重量:2750kg;電機電壓:660V或1140V,50Hz;電機功率:90kw;冷凝器類型:殼管式;冷卻功率:380kw;冷卻水循環(huán)壓力:最大40bar;冷卻系統(tǒng):循環(huán)式(循環(huán)供水);安全控制裝置:ia(ib)-Exia(ib)dI本安型。

        1.3.2 空氣蒸發(fā)器參數(shù)

        蒸發(fā)器類型:TS-300/PB;制冷量:300kw;外形尺寸:長度*寬度*高度=2900*900*1050mm;重量:1600kg;風(fēng)量:10m3/s;壓降:1000Pa;制冷劑循環(huán)最大壓力:2.5MPa;噴淋噴嘴處壓力:1.6MPa。

        1.3.3 冷卻器參數(shù)

        蒸發(fā)-噴淋冷卻器型號:CWW-300;冷卻功率:300kw;外形尺寸:長度*寬度*高度=3550*900*1600mm;重量:1850kg;風(fēng)量:7.5m3/s;冷卻水流量:5-10kg/s(18-36m3/h);冷卻循環(huán)最大壓力:4.0MPa;噴淋供給最大壓力:1.6MPa。

        2 在現(xiàn)場中應(yīng)用實踐

        2.1 制冷機組在現(xiàn)場的安設(shè)

        制冷機組的具體安設(shè)位置非常關(guān)鍵,安設(shè)位置的好壞,一是牽涉到安全防爆,二是牽涉到降溫效果。三是電能消耗的大小。為此在現(xiàn)場通過比較分析,確定制冷主機安設(shè)在北翼延深軌道下山掘進(jìn)巷道局部通風(fēng)機旁側(cè)巷道處(專門設(shè)置的硐室),空氣蒸發(fā)器安設(shè)在局部通風(fēng)機出風(fēng)側(cè)風(fēng)筒中,冷卻器安設(shè)在風(fēng)機處旁側(cè)巷道中。為了更好地讓制冷劑循環(huán),增加傳輸效果,制冷主機和空氣蒸發(fā)器間采用4寸高壓軟管來連接。同樣制冷主機和冷卻器間采用4寸鋼管來連接,這樣保證了冷卻水的循環(huán)。水箱中水要不間斷供應(yīng),它的來源是本地區(qū)的防塵水,直接與巷道中防塵管路相連接,作為補水水源。多余熱水直接排放到回風(fēng)巷內(nèi)水溝內(nèi),經(jīng)水泵排到上一水平,并流到井底水倉內(nèi)。具體安設(shè)情況如圖2所示。

        2.2 現(xiàn)場調(diào)試

        安裝完成后,分別請相關(guān)專家進(jìn)行調(diào)試,正式運行的時間為2013年6月18日。經(jīng)過對溫度的實際監(jiān)測,張集礦北翼延深軌道下山掘進(jìn)工作面空氣溫度下降到24℃,軌道下山距回風(fēng)巷道入口空氣溫度下降到27℃,降溫效果顯著,掘進(jìn)巷道、掘進(jìn)工作面作業(yè)環(huán)境明顯改善,工作效率明顯的有了很大提升,有效的為礦井的安全穩(wěn)定生產(chǎn)以及職工人員的身體健康提供了安全保障。

        3 結(jié)束語

        3.1 通過在現(xiàn)場安裝了TS-300B型制冷設(shè)備后,設(shè)備正常運行后,工作面氣溫條件發(fā)生很大變化,滿足了礦井空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),使工作面空氣溫度下降到24℃,降溫效果明顯,空氣溫度下降了6~9℃,有效改善了井下工作地點的氣候條件。

        3.2 造成礦井溫度較高的原因有很多,產(chǎn)生熱害的程度也大不一樣。因此,在對礦井設(shè)計降溫時,必須要結(jié)合具體的實際情況,針對具體的因素采取措施進(jìn)行降溫處理,做到經(jīng)濟有效安全。本掘進(jìn)下山采用重新構(gòu)建巷道安設(shè)制冷主機和冷卻器,其他地點可根據(jù)現(xiàn)場實際,選擇已有巷道進(jìn)行安設(shè)。選取的制冷機組型號也可以是TS-400B和TS-450B,依據(jù)現(xiàn)場溫度的高低來確定。

        3.3 在熱害處理方面,如果僅僅是依靠加強通風(fēng)這一措施來達(dá)到降低溫度的目的,效果是非常不明顯的,因此必須考慮人工制冷降溫系統(tǒng)的應(yīng)用。

        參考文獻(xiàn)

        [1]亓?xí)?礦井熱環(huán)境預(yù)測方法研究及數(shù)值模擬系統(tǒng)開發(fā)[D].山東科技大學(xué),2010.

        [2]侯建軍.高溫礦井熱環(huán)境數(shù)值模擬及熱害控制技術(shù)研究[D].河南理工大學(xué),2010.endprint

        摘 要:隨著開采深度不斷加大,許多礦井面臨高溫帶來的嚴(yán)重威脅,巷道中作業(yè)場所空氣溫度明顯超過《煤礦安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定,特別是掘進(jìn)作業(yè),由于受巷道斷面的限制和局部通風(fēng)裝置的制約,供給掘進(jìn)巷道的風(fēng)量又不能明顯加大,通過加大風(fēng)量溫度下降很小,起不到應(yīng)有的降溫作用。文章采用最新的局部制冷降溫技術(shù),在張集煤礦高溫掘進(jìn)作業(yè)地點安裝TS-300B型煤礦井下局部制冷機組,對如何安設(shè)和利用進(jìn)行了實地應(yīng)用研究,空氣溫度下降6~9℃,取得了良好的效果,解決了井下高溫問題。

        關(guān)鍵詞:制冷降溫技術(shù);掘進(jìn)巷道;高溫;應(yīng)用

        引言

        為保障礦工的身心健康和生產(chǎn)的安全進(jìn)行,我國的《礦山安全條例》規(guī)定:井下工人作業(yè)地點的空氣溫度,不得超過28℃,超過時應(yīng)采取降溫和其他保護(hù)措施。同時《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定:采掘工作面的空氣溫度不超過26℃,機電硐室的空氣溫度不得超過30℃,空氣溫度超過時,要采取降溫措施。

        當(dāng)采掘工作面ta>30℃,機電硐室ta>34℃時,必須停止工作,采取降溫措施。

        徐州礦區(qū)隨著煤炭資源的枯竭,有些礦井不得不向深度開采,工作面溫室度越來越高,特別是三河尖礦,張集礦已采到1000米以下,經(jīng)測井下出水點水溫及巖溫高達(dá)36~39℃,掘進(jìn)工作面空氣溫度達(dá)到31~32℃,井下局扇吸風(fēng)側(cè)空氣溫度達(dá)到26~29℃,嚴(yán)重制約著礦井安全生產(chǎn),致使巷道掘進(jìn)無法正常進(jìn)行。

        為解決地?zé)釣?zāi)害問題,曾采取加大迎頭風(fēng)量、降低機電設(shè)備散熱、縮短作業(yè)時間等非人工制冷措施,但不是解決地?zé)嵛:Φ母就緩?。由于受巷道斷面的限制和局部通風(fēng)裝置的制約,供給掘進(jìn)巷道的風(fēng)量有限,通過加大風(fēng)量溫度下降很小,通過測試掘進(jìn)巷道內(nèi)空氣溫度只降低了1℃,起不到應(yīng)有的降溫作用。下面就現(xiàn)場如何采用機械制冷進(jìn)行了一系列應(yīng)用研究,取得了預(yù)想的效果。

        1 制冷降溫技術(shù)

        1.1 安裝環(huán)境

        通過現(xiàn)場調(diào)查研究決定,在張集煤礦北翼延深軌道下山掘進(jìn)中采取安裝北京鑫源九鼎科技有限公司TS-300B煤礦井下局部制冷機組,用于井下掘進(jìn)巷道的空氣降溫。北翼延深采區(qū)是張集煤礦2014年后主要生產(chǎn)采區(qū),2012年3月開始掘進(jìn),巷道采用錨噴支護(hù),北翼延深軌道下山設(shè)計長度為1900m,巷道為拱形巷道,斷面為5.2×4.2m ,截止到2013年5月10日已掘進(jìn)435m,迎頭標(biāo)高達(dá)到-830m水平。風(fēng)機前溫度29℃,掘進(jìn)巷道空氣溫度超過了31℃,必須采取降溫措施,才能生產(chǎn)。

        1.2 制冷機組的組成及工作原理

        現(xiàn)場安設(shè)的TS-300B煤礦井下局部制冷機組,包括壓縮機,換熱器(冷凝器和蒸發(fā)器),制冷元件(主要是節(jié)流閥),電控系統(tǒng)等四大部分組成。其工作原理是主機中的壓縮機首先將吸收過熱負(fù)荷的低壓氣態(tài)制冷劑(R407C)吸入,然后壓縮為蒸汽,這時的蒸汽不但溫度高,壓力也大,壓縮的高溫高壓蒸汽通過冷凝器將熱量傳遞給冷卻水,制冷劑的溫度下降,變成了低溫高壓液體,這種低溫高壓狀態(tài)下的制冷劑再通過膨脹閥節(jié)流,壓力得到降低,從而變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍庖簝上嗷旌衔铮@種混合物進(jìn)入蒸發(fā)器。其中的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器銅管中蒸發(fā),需要吸收大量熱量(稱為吸熱過程),從而使蒸發(fā)器內(nèi)盤形管溫度下降(制冷),掘進(jìn)工作面的局部通風(fēng)機與蒸發(fā)器一端相連接,開動局部通風(fēng)機,通過風(fēng)機的高溫風(fēng)流流經(jīng)蒸發(fā)器內(nèi)盤形管,進(jìn)行冷熱交換,溫度得以持續(xù)下降,然后降溫的風(fēng)流通過風(fēng)袋被送到工作面,從而使工作面溫度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值以下。而吸收熱量后的制冷劑以低壓氣態(tài)再次進(jìn)入壓縮機進(jìn)行循環(huán);冷卻水通過吸收制冷劑的熱量,然后進(jìn)入冷卻水箱,再通過水泵循環(huán)進(jìn)入冷卻器內(nèi),在冷卻器的一側(cè)安設(shè)局部扇風(fēng)機,吸收的熱量被排出,冷卻水熱量釋放后再次進(jìn)入主機中的冷凝器內(nèi),從而再次吸收制冷劑中的熱量,重復(fù)循環(huán),達(dá)到降溫的效果。TS-300B制冷機組工作原理如圖1。

        1.3 制冷機組的相關(guān)參數(shù)

        1.3.1 制冷主機參數(shù)

        主機型號:TS-300/ZM;制冷量:300kw;制冷劑hfc:R407C.ODP=0;外形尺寸:長度*寬度*高度=3400*820*1280mm;重量:2750kg;電機電壓:660V或1140V,50Hz;電機功率:90kw;冷凝器類型:殼管式;冷卻功率:380kw;冷卻水循環(huán)壓力:最大40bar;冷卻系統(tǒng):循環(huán)式(循環(huán)供水);安全控制裝置:ia(ib)-Exia(ib)dI本安型。

        1.3.2 空氣蒸發(fā)器參數(shù)

        蒸發(fā)器類型:TS-300/PB;制冷量:300kw;外形尺寸:長度*寬度*高度=2900*900*1050mm;重量:1600kg;風(fēng)量:10m3/s;壓降:1000Pa;制冷劑循環(huán)最大壓力:2.5MPa;噴淋噴嘴處壓力:1.6MPa。

        1.3.3 冷卻器參數(shù)

        蒸發(fā)-噴淋冷卻器型號:CWW-300;冷卻功率:300kw;外形尺寸:長度*寬度*高度=3550*900*1600mm;重量:1850kg;風(fēng)量:7.5m3/s;冷卻水流量:5-10kg/s(18-36m3/h);冷卻循環(huán)最大壓力:4.0MPa;噴淋供給最大壓力:1.6MPa。

        2 在現(xiàn)場中應(yīng)用實踐

        2.1 制冷機組在現(xiàn)場的安設(shè)

        制冷機組的具體安設(shè)位置非常關(guān)鍵,安設(shè)位置的好壞,一是牽涉到安全防爆,二是牽涉到降溫效果。三是電能消耗的大小。為此在現(xiàn)場通過比較分析,確定制冷主機安設(shè)在北翼延深軌道下山掘進(jìn)巷道局部通風(fēng)機旁側(cè)巷道處(專門設(shè)置的硐室),空氣蒸發(fā)器安設(shè)在局部通風(fēng)機出風(fēng)側(cè)風(fēng)筒中,冷卻器安設(shè)在風(fēng)機處旁側(cè)巷道中。為了更好地讓制冷劑循環(huán),增加傳輸效果,制冷主機和空氣蒸發(fā)器間采用4寸高壓軟管來連接。同樣制冷主機和冷卻器間采用4寸鋼管來連接,這樣保證了冷卻水的循環(huán)。水箱中水要不間斷供應(yīng),它的來源是本地區(qū)的防塵水,直接與巷道中防塵管路相連接,作為補水水源。多余熱水直接排放到回風(fēng)巷內(nèi)水溝內(nèi),經(jīng)水泵排到上一水平,并流到井底水倉內(nèi)。具體安設(shè)情況如圖2所示。

        2.2 現(xiàn)場調(diào)試

        安裝完成后,分別請相關(guān)專家進(jìn)行調(diào)試,正式運行的時間為2013年6月18日。經(jīng)過對溫度的實際監(jiān)測,張集礦北翼延深軌道下山掘進(jìn)工作面空氣溫度下降到24℃,軌道下山距回風(fēng)巷道入口空氣溫度下降到27℃,降溫效果顯著,掘進(jìn)巷道、掘進(jìn)工作面作業(yè)環(huán)境明顯改善,工作效率明顯的有了很大提升,有效的為礦井的安全穩(wěn)定生產(chǎn)以及職工人員的身體健康提供了安全保障。

        3 結(jié)束語

        3.1 通過在現(xiàn)場安裝了TS-300B型制冷設(shè)備后,設(shè)備正常運行后,工作面氣溫條件發(fā)生很大變化,滿足了礦井空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),使工作面空氣溫度下降到24℃,降溫效果明顯,空氣溫度下降了6~9℃,有效改善了井下工作地點的氣候條件。

        3.2 造成礦井溫度較高的原因有很多,產(chǎn)生熱害的程度也大不一樣。因此,在對礦井設(shè)計降溫時,必須要結(jié)合具體的實際情況,針對具體的因素采取措施進(jìn)行降溫處理,做到經(jīng)濟有效安全。本掘進(jìn)下山采用重新構(gòu)建巷道安設(shè)制冷主機和冷卻器,其他地點可根據(jù)現(xiàn)場實際,選擇已有巷道進(jìn)行安設(shè)。選取的制冷機組型號也可以是TS-400B和TS-450B,依據(jù)現(xiàn)場溫度的高低來確定。

        3.3 在熱害處理方面,如果僅僅是依靠加強通風(fēng)這一措施來達(dá)到降低溫度的目的,效果是非常不明顯的,因此必須考慮人工制冷降溫系統(tǒng)的應(yīng)用。

        參考文獻(xiàn)

        [1]亓?xí)?礦井熱環(huán)境預(yù)測方法研究及數(shù)值模擬系統(tǒng)開發(fā)[D].山東科技大學(xué),2010.

        [2]侯建軍.高溫礦井熱環(huán)境數(shù)值模擬及熱害控制技術(shù)研究[D].河南理工大學(xué),2010.endprint

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