左金寶

(山西約翰芬雷華能設計工程有限公司)

礦井空調(diào)降溫拓展了空調(diào)應用的新領域，為礦山高溫熱害的治理提供了技術保障，是國內(nèi)外普遍采用的礦井降溫技術措施。

目前，國內(nèi)已有數(shù)十座礦井建立了集中式制冷降溫系統(tǒng)，研究礦井降溫技術已成為國內(nèi)外采礦技術中的一個重要領域。2004年，新汶孫村礦完成－1100 m 水平冰冷卻降溫系統(tǒng)建設［1］;2006年，平煤六礦實施制冰空調(diào)降溫系統(tǒng)，在地面建立制冷站進行集中制冷;2007年，在平煤四礦采用熱-電-乙二醇低溫制冷，對礦井集中降溫，總裝機制冷規(guī)模達到10 MW;兗煤趙樓礦、新汶龍固礦、棗礦北徐樓礦、魯能郭屯礦均采用WAT設備進行井下集中式制冷降溫;2009年新集劉莊礦引進德國西瑪格降溫技術，建立了井下集中式制冷降溫系統(tǒng)。隨著礦井開采深度的增加，對礦井降溫技術的研究及實踐將不斷深化。

1 礦井空調(diào)系統(tǒng)的分類及特點

1.1 根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)制冷站布置方式分類

根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)制冷站布置方式的不同，礦井空調(diào)可分為地面集中式、井下集中式、井上下聯(lián)合集中式及井下局部空調(diào)系統(tǒng)四種基本類型。

近年來的工程實踐表明，在經(jīng)濟上，井上、下聯(lián)合集中式具有明顯地優(yōu)越性;在技術方面，前3種系統(tǒng)各有所長:井下集中式空調(diào)系統(tǒng)的突出問題是冷凝熱難以排放;地面集中式和井上、下聯(lián)合集中式空調(diào)系統(tǒng)則必須使用壓力耦合裝置，此類裝置在冷凍水轉(zhuǎn)換過程中一般會產(chǎn)生3～4℃的溫度躍升，能耗及冷損過高。

針對井下集中式空調(diào)系統(tǒng)的冷凝熱排放難題及地面集中式系統(tǒng)壓力耦合裝置溫度躍升的問題，各國研究機構(gòu)都在進行不斷的研究。井下集中式系統(tǒng)的冷凝熱排放，經(jīng)歷了由井下回風流排熱到井下回風流加噴淋水排熱，再利用地面制冷機組冷凍水排熱的過程;地面集中式空調(diào)系統(tǒng)的壓力耦合裝置，則經(jīng)歷了由儲水池、降壓閥、高低壓換熱器到高低壓轉(zhuǎn)換器的過程，盡可能地消除高低壓轉(zhuǎn)換工程中的溫度躍升。國外研制的一種新型水能回收壓力耦合裝置(三腔適配器)，其溫度躍升一般可以從4～6℃降低到0.2℃左右，但設備的維護費用較高［2］。

目前，由于井上、下集中式集合了其他兩種集中式的缺點，限制其自身的使用性。因此，礦井普遍采用的布置方式為地面集中式和井下集中式兩種空調(diào)系統(tǒng)，并以局部空調(diào)系統(tǒng)作為集中式空調(diào)系統(tǒng)的補充。井下集中式和局部空調(diào)系統(tǒng)的制冷設備均有防爆、防腐要求。各布置方式的特點如表1所示。

1.2 根據(jù)熱力學特點及載冷方式分類

根據(jù)熱力學特點及載冷方式的不同，礦井空調(diào)又可分為以水、冰和以壓縮空氣作為載冷媒介的空氣壓縮制冷空調(diào)系統(tǒng)3種空調(diào)制冷形式。各載冷方式的特點分析見表2。

(1)水冷卻降溫系統(tǒng)。根據(jù)礦井空調(diào)系統(tǒng)冷源種類不同，水冷卻降溫系統(tǒng)又可分為壓縮式制冷空調(diào)、余熱吸收式制冷空調(diào)和水源熱泵式制冷空調(diào)3種類型。目前，雖然水冷卻降溫技術仍存在進一步完善的地方，但經(jīng)過近幾十年的實踐，該項降溫技術已經(jīng)比較成熟，在國內(nèi)工程實踐中得到了廣泛的應用。

(2)冰冷卻降溫系統(tǒng)作為礦井空調(diào)的新技術，在系統(tǒng)運行管理和控制方面有較高的要求。該系統(tǒng)在我國還處于試應用階段，相比水冷卻降溫系統(tǒng)，該類系統(tǒng)工程實踐較少。

表1 制冷站不同布置方式的空調(diào)系統(tǒng)特點分析

表2 不同載冷方式空調(diào)系統(tǒng)特點分析

(3)空氣壓縮制冷空調(diào)系統(tǒng)。空氣壓縮制冷空調(diào)有透平式膨脹制冷、渦輪式空氣制冷等形式。礦井空氣壓縮制冷降溫系統(tǒng)是以傳統(tǒng)的礦井空調(diào)系統(tǒng)為基礎發(fā)展而來，其實質(zhì)是利用高速壓氣作為供冷媒質(zhì)，直接向采掘工作面噴射制冷。該系統(tǒng)簡單，應用靈活，可應用于需冷量小的礦井，可作為礦井主要降溫空調(diào)系統(tǒng)的補充。

2 結(jié)論

礦井空調(diào)降溫系統(tǒng)因其載冷方式、制冷站布置方式適用條件不同，在設計礦井空調(diào)降溫系統(tǒng)時，需要考慮高溫礦井的實際情況，并對礦井空調(diào)系統(tǒng)進行充分的經(jīng)濟效益比較，做到既要在技術上可行，又要使投資最省，從而確定合適的降溫方式。

［1］ 瓦斯通風放滅火安全研究所.礦井降溫技術的50年歷程［J］.煤礦安全，2003，34(9):154-158.

［2］ 王 進，趙運超，梁 棟.礦井降溫空調(diào)系統(tǒng)的分類及發(fā)展現(xiàn)狀［J］.中山大學學報論叢，2007，27(2):109-113.

［3］ 張 利，陳 松，于 峰.幾種礦井空調(diào)技術的比較［J］.山東煤炭科技，2009(3):152-153.

［4］ 王 勇.煤礦瓦斯發(fā)電及熱電冷聯(lián)供技術研究［J］.工礦自動化，2006(5):8-11.

［5］ 何滿潮.HEMS深井降溫系統(tǒng)研發(fā)及熱害控制對策［J］.中國基礎科學，2008(2):11-15.

［6］ 喬 華，王景崗，張子平.深井降溫冰冷卻系統(tǒng)融冰及技術經(jīng)濟分析研究［J］.煤炭學報，2000(S1):122-125.

［7］ 陳 平.采用壓氣供冷的新型礦井集中空調(diào)系統(tǒng)［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保，2004，31(3):1-4.