馮康偉 段三壯

摘 要：隨著我國(guó)深井開(kāi)采時(shí)代的到來(lái)，礦井降溫工程的需求量將越來(lái)越多。隨著開(kāi)采深度的增加，礦井熱害顯然躋身于繼傳統(tǒng)五大礦山災(zāi)害之后的另一重大災(zāi)害行列。本文簡(jiǎn)要分析了礦井熱害的降溫措施，將其分為非機(jī)械降溫與機(jī)械降溫兩大類，旨在引起人們對(duì)井下熱害及相關(guān)問(wèn)題的重視，在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上對(duì)新技術(shù)新方法的積極探索。

關(guān)鍵詞：深井開(kāi)采;礦井熱害;降溫措施;非機(jī)械降溫;機(jī)械降溫

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.055

0 引言

礦井熱害降溫技術(shù)的重視與研究對(duì)于維持礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要，熱害治理技術(shù)問(wèn)題也顯然成為礦業(yè)領(lǐng)域穩(wěn)定健康發(fā)展的瓶頸和關(guān)鍵技術(shù)。本文對(duì)礦井熱害降溫技術(shù)做了兩方面歸納，分別為機(jī)械降溫與非機(jī)械降溫技術(shù)，有助于理清現(xiàn)有治理技術(shù)和對(duì)新技術(shù)的啟發(fā)。

1 非機(jī)械制冷降溫技術(shù)

在煤礦生產(chǎn)中，從礦井初期開(kāi)拓、工作面生產(chǎn)等每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)對(duì)井下環(huán)境的溫度產(chǎn)生一定的影響，綜上所述，大致可分為如下若干方面：礦井初期開(kāi)拓和礦山巷道布置。頂板管理方法的影響、開(kāi)采方法的影響、通風(fēng)風(fēng)量影響。

1.1 礦井開(kāi)拓部署與礦山巷道布置對(duì)溫度的影響

礦井通風(fēng)系統(tǒng)的形式主要有：中央式通風(fēng)系統(tǒng)，兩翼對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng)，分區(qū)式通風(fēng)系統(tǒng)。如若改變傳統(tǒng)通風(fēng)方案，采用分區(qū)或者兩翼風(fēng)井進(jìn)風(fēng)，可以明顯的縮短進(jìn)風(fēng)路線的長(zhǎng)度，縮短程度能達(dá)到一半左右。如此，在相同的風(fēng)速時(shí)，據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，在大巷的末端風(fēng)溫上，對(duì)比兩翼式與中央式，前者比后者溫度低大約低2.1～6.3℃，對(duì)比分區(qū)式與中央式，前者比后者低大約2.3～9.6℃。

低溫巖層對(duì)風(fēng)流的熱傳遞相對(duì)較弱，因而將進(jìn)風(fēng)流布置在溫度低巖層中，能起到降溫作用。采用混合式通風(fēng)和下行式通風(fēng)也會(huì)對(duì)風(fēng)流具有一定的降溫作用，其中下行風(fēng)對(duì)工作面的熱環(huán)境能有1～2℃改善。

1.2 采煤方法及頂板管理方法對(duì)溫度的影響

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，提供相同的開(kāi)采條件，后退式采煤法與前進(jìn)式采煤法相比，后退式相對(duì)漏風(fēng)小，并且有效風(fēng)量大一些，能使工作面降溫1～2℃。在煤炭開(kāi)采方法中，傾斜長(zhǎng)壁開(kāi)采法與走向長(zhǎng)壁開(kāi)采法相比，通風(fēng)路線相對(duì)較短。在頂板管理中，將全面充填法與全面垮落法進(jìn)行比較，前者更有利于井下冷卻降溫，同時(shí)，充填入溫度較低的材料效果會(huì)更好。

1.3 增加風(fēng)量對(duì)溫度的影響

多年來(lái)的礦井采煤經(jīng)驗(yàn)告訴我們?cè)黾语L(fēng)量具有較好的降溫作用，可使工作面風(fēng)流溫度降低1～4℃，但應(yīng)當(dāng)控制在合理的風(fēng)速內(nèi)，否則會(huì)吹起煤塵。在此之外，增加風(fēng)量的效果還會(huì)受到進(jìn)風(fēng)和圍巖溫度影響，當(dāng)兩個(gè)程度達(dá)到一定水平時(shí)，再增加風(fēng)量效果甚微，特別是圍巖達(dá)到40℃時(shí)，這時(shí)不應(yīng)該通過(guò)增加風(fēng)量降溫，應(yīng)該控制流量去增加冷卻度。

2 機(jī)械制冷降溫技術(shù)

從上個(gè)世紀(jì)七十年代以來(lái)，機(jī)械制冷降溫技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入高速發(fā)展階段、同時(shí)應(yīng)用也廣泛起來(lái)。該種降溫技術(shù)儼然成為礦井冷卻方式的主要手段。

2.1 空氣壓縮式制冷降溫技術(shù)

這種方式使用空氣作為冷介質(zhì)。降溫技術(shù)步驟為：壓縮機(jī)壓縮空氣→用制冷設(shè)備生產(chǎn)冷凍水→將其用冷凍汞輸送至換熱器→冷卻器的冷水與壓縮機(jī)的壓縮空氣進(jìn)行熱交換→產(chǎn)生低溫壓縮的空氣→最后由輸氣管路輸送至各種需冷場(chǎng)所形成冷風(fēng)射流后用以降溫。此種方式簡(jiǎn)單靈活，但是制冷能力較小，不宜為提高冷量而耗費(fèi)耗工的去使用。

2.2 機(jī)械制冷水降溫技術(shù)

該類礦山降溫技術(shù)主要包括：地面集中式制冷水降溫技術(shù)、井下集中式制冷水降溫技術(shù)、井下地面聯(lián)合集中式制冷水降溫技術(shù)、分散式制冷水降溫技術(shù)。公認(rèn)實(shí)踐表明負(fù)荷超過(guò)2MW的礦山適用集中式的類型，對(duì)于低于此負(fù)荷的礦山，用分散式較好。費(fèi)用方面地面集中式費(fèi)用最低，井下集中式最高，而其余的在兩者之間。井下集中式類型的缺點(diǎn)是冷凝熱難以排出，井上井下聯(lián)合集中式與地面集中式的問(wèn)題是必須使用高低壓轉(zhuǎn)換設(shè)備，同時(shí)造成溫度上升。

2.3 機(jī)械制冰降溫技術(shù)

此種技術(shù)流程為：地面冰場(chǎng)中制取泥狀或粒狀冰→通過(guò)風(fēng)力或水力輸送至井下融冰裝置→熱交換中降低空調(diào)回水溫度。該技術(shù)的原理是利用冰的溶解潛熱帶走溫度，所以在同樣冷負(fù)荷的條件下，向井下輸冰量?jī)H為輸水量的20%～25%。故這種技術(shù)管道投資和工作運(yùn)行能耗低，同時(shí)也沒(méi)有高靜水壓和排放冷凝熱難的問(wèn)題，但缺點(diǎn)是制冷效率低，能耗較制冷水高1～3倍，同時(shí)對(duì)于運(yùn)行管理和控制方面，要求較高。

2.4 HEMS降溫系統(tǒng)

這種制冷工藝流程主要有：冷量提取系統(tǒng)→井下水源中的冷量→冷凍水輸送至壓力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)→井下降溫系統(tǒng)→與風(fēng)流熱交換并降低工作面溫度[2]。這種系統(tǒng)能較充分的利用各部分資源，能節(jié)省能源和減輕環(huán)保壓力，其中的壓力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)能有效應(yīng)對(duì)高靜水壓方面問(wèn)題。但其初期費(fèi)用以及后期維護(hù)費(fèi)用較高，以及其對(duì)礦井涌水的限制，導(dǎo)致其更適用于某些大型和涌水量大的礦井。

2.5 熱電冷聯(lián)產(chǎn)制冷降溫

這種系統(tǒng)是一種高效益的降溫系統(tǒng)，此系統(tǒng)將熱量、冷量以及電能化為一體，使用的是瓦斯發(fā)電，余熱制冷[3]的原理。該系統(tǒng)的工藝流程為：將井下瓦斯抽采至瓦斯抽排站→去除雜質(zhì)存儲(chǔ)瓦斯→將瓦斯發(fā)電并輸入電網(wǎng)→發(fā)電過(guò)程的高溫?zé)煔馀c冷卻水作為制冷機(jī)組，另外當(dāng)井下冷負(fù)荷低時(shí)，多余煙氣進(jìn)入余熱鍋爐制取蒸汽，向礦井供熱。這種系統(tǒng)能有效的利用礦上資源，還能減輕環(huán)境壓力，減少熱害的治理成本，效益較好，是一種比較好的降溫系統(tǒng)。但其初期耗資較大，同時(shí)對(duì)礦井的瓦斯?jié)舛纫罂量?。故適用于一些大型礦井，并且是相對(duì)穩(wěn)定且賦存瓦斯較多的礦井。

3 結(jié)論

本文對(duì)礦井降溫工程技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)：

（1）每種降溫技術(shù)需要在相應(yīng)條件下才會(huì)有效，因此必須結(jié)合礦井具體的實(shí)際情況來(lái)實(shí)施熱害治理。

（2）由于礦井逐漸縱向延伸，熱害愈加嚴(yán)重，對(duì)機(jī)械降溫技術(shù)的研發(fā)力度急需加強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

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