夏亮亮 連 濤 張 剛

（山東濟(jì)礦魯能煤電股份有限公司陽(yáng)城煤礦，山東 濟(jì)寧 272502）

1 引言

陽(yáng)城煤礦-500～ -650m 深度地溫26oC，-650m以下屬正常增溫區(qū)。隨著礦井向深部延伸，以及開采范圍的增大，由于多種熱源的綜合作用，導(dǎo)致陽(yáng)城煤礦采掘工作面熱害十分嚴(yán)重，掘進(jìn)工作面熱害更為嚴(yán)重。氣溫一般均超出《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定，局部地點(diǎn)氣溫高達(dá)34℃。在這樣的條件下工作，既危害了職工的身體健康，又影響礦井安全生產(chǎn)和勞動(dòng)效率。

2 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

陽(yáng)城煤礦井下集中制冷降溫系統(tǒng)工藝主要分為制冷工藝、散冷工藝、排熱工藝、補(bǔ)水工藝。

2.1 制冷工藝

制冷機(jī)組由一個(gè)主機(jī)撬塊和兩個(gè)輔機(jī)撬塊構(gòu)成。一個(gè)輔機(jī)撬塊由一臺(tái)冷凝器和一臺(tái)蒸發(fā)器構(gòu)成，布置形式為冷凝器在上、蒸發(fā)器在下，兩個(gè)輔機(jī)撬塊為并聯(lián)布置。三相異步電動(dòng)機(jī)為制冷主機(jī)提供動(dòng)力，帶動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，壓縮機(jī)將蒸發(fā)器中流入的過(guò)熱氣態(tài)制冷劑（R22）壓縮為高溫高壓氣態(tài)制冷劑。同時(shí)，機(jī)組油路系統(tǒng)中的油泵將油噴出，一方面冷卻壓縮機(jī)，一方面還可以起到潤(rùn)滑作用。此時(shí)，制冷劑和油的混合蒸汽進(jìn)入油分離器。經(jīng)過(guò)多次分離后，純凈的制冷劑蒸汽由油分離器排氣口進(jìn)入冷凝器。在冷凝器內(nèi)，制冷劑走殼程，冷卻水走管程。

在該系統(tǒng)中，冷卻水從地面通過(guò)管路送至井下的機(jī)組冷凝器內(nèi)，因此，需要承受很高的水靜壓力，最高達(dá)8MPa。通過(guò)冷凝器內(nèi)冷卻水的冷卻作用，高溫高壓氣態(tài)制冷劑冷凝為常溫高壓液態(tài)制冷劑。冷凝器內(nèi)的制冷劑通過(guò)管路分別進(jìn)入各自的膨脹閥內(nèi)，節(jié)流泄壓后進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)。在蒸發(fā)器內(nèi)，制冷劑的蒸發(fā)作用產(chǎn)生低溫冷凍水，輸送至采掘工作面使用，通過(guò)空氣冷卻器冷卻風(fēng)流，從而降低采掘工作面的風(fēng)流溫度。蒸發(fā)為氣態(tài)的制冷劑再次進(jìn)入壓縮機(jī)，形成一個(gè)完整的制冷循環(huán)。

2.2 散冷工藝

礦井降溫系統(tǒng)散冷工藝就是通過(guò)換熱器實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移，即將制冷機(jī)組制取的冷量通過(guò)載冷介質(zhì)（冷凍水）轉(zhuǎn)移給風(fēng)流，風(fēng)流的熱量轉(zhuǎn)移給載冷介質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)流溫度的降低。

降溫系統(tǒng)末端的散冷裝置為空冷器，制冷機(jī)組制取的冷凍水通過(guò)保溫管路送至各個(gè)末端空冷器，通過(guò)空冷器完成熱交換后，再通過(guò)保溫管路返回制冷機(jī)組，形成一個(gè)閉式的冷凍水循環(huán)系統(tǒng)。在空冷器中，冷凍水作為載冷介質(zhì)在換熱管內(nèi)流動(dòng)，風(fēng)流通過(guò)空冷器，與換熱管外表面接觸，從而實(shí)現(xiàn)與冷凍水的熱交換，溫度降低后的風(fēng)流再送往工作面，達(dá)到改善工作面作業(yè)環(huán)境的最終目的。

在設(shè)計(jì)工況下，冷凍水通過(guò)末端空冷器管程，與通過(guò)空冷器殼程中的風(fēng)流進(jìn)行逆向?qū)α鲹Q熱，冷凍水溫度升高，約3℃冷凍水升高至18℃左右，風(fēng)流溫度由32℃降低至20℃左右。冷卻后的風(fēng)流通過(guò)風(fēng)筒，在局部通風(fēng)機(jī)動(dòng)力作用下，送往采掘工作面，與工作面的高溫風(fēng)流進(jìn)行摻混換熱，使得采掘工作面的風(fēng)流溫度降低至28℃左右或者降溫幅度達(dá)到5℃及以上。

2.3 排熱工藝

陽(yáng)城煤礦井下集中制冷降溫系統(tǒng)的排熱工藝為冷卻水從制冷機(jī)組冷凝器出水端出來(lái)，通過(guò)冷卻水回水管路通往地面，冷卻水回水管路與地面電廠冷卻水回水管路并聯(lián)對(duì)接，冷卻水匯合進(jìn)入冷卻塔，熱量排至大氣中去。冷卻水供水管路與電廠冷卻水供水管路并聯(lián)對(duì)接，冷卻水從冷卻塔出來(lái)后從降溫系統(tǒng)冷卻水供水管路通往井下制冷機(jī)組冷凝器進(jìn)水端，由于高差原因，冷凝器自身需要承受約7.5MPa的高壓（冷凝器最大承壓能力為16MPa）。冷卻水排熱溫度降低后再返回制冷機(jī)組，實(shí)現(xiàn)了冷凝熱的排放。

2.4 補(bǔ)水工藝

該系統(tǒng)中的冷卻水和冷凍水在循環(huán)過(guò)程中或多或少的都有一定程度的損失，因此需要定時(shí)給系統(tǒng)補(bǔ)水，確保系統(tǒng)的循環(huán)水流量。

系統(tǒng)補(bǔ)水工藝為降溫系統(tǒng)冷卻水循環(huán)管路與電站冷卻水循環(huán)管路并聯(lián)對(duì)接，循環(huán)冷卻水直接從電站冷卻水中得到補(bǔ)給，循環(huán)冷凍水從循環(huán)冷卻水管路中得到補(bǔ)給。來(lái)自地面高壓冷卻水通過(guò)與冷卻水回水管路連接的補(bǔ)水管路經(jīng)過(guò)減壓裝置減壓進(jìn)入補(bǔ)水箱中，再通過(guò)補(bǔ)水泵將水送入膨脹水箱。給膨脹水箱設(shè)定一個(gè)壓力值，當(dāng)壓力值低于設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)給冷凍水管路系統(tǒng)補(bǔ)水，當(dāng)壓力值高于設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)排水泄壓，從而實(shí)現(xiàn)定壓自動(dòng)補(bǔ)水。

3 技術(shù)指標(biāo)

（1）采煤工作面：最末端的空冷器距離采煤工作面進(jìn)風(fēng)口距離不超過(guò)100m 時(shí)，采煤工作面進(jìn)風(fēng)口風(fēng)流干球溫度達(dá)到28℃或進(jìn)風(fēng)口風(fēng)流干球溫度平均降幅達(dá)到5℃，相對(duì)濕度達(dá)到80%；

（2）掘進(jìn)工作面：當(dāng)送風(fēng)距離≤500m 時(shí)，掘進(jìn)工作面風(fēng)流干球溫度達(dá)到28℃或降溫幅度達(dá)到5℃，相對(duì)濕度達(dá)到80%；

（3）空冷器進(jìn)出風(fēng)流溫度：當(dāng)空冷器進(jìn)風(fēng)干球溫度為30～33℃時(shí)，空冷器出風(fēng)干球溫度可降至18～21℃。

4 采掘工作面參數(shù)測(cè)定

目前井下采掘工作面末端運(yùn)行的空冷器為6臺(tái)，分別在3303 采煤工作面軌道順槽2 臺(tái)、在3306 皮帶順槽入口2 臺(tái)、-920 軌道大巷2 臺(tái)。

3303 采煤工作面軌道順槽空冷器布置及參數(shù)測(cè)點(diǎn)選取如圖2 所示。

圖1 空冷器布置及參數(shù)測(cè)定點(diǎn)選取示意圖

根據(jù)圖1所示選取的測(cè)點(diǎn)，連續(xù)測(cè)2d，每天3班，每班測(cè)1 組，共6 組數(shù)據(jù)，取平均值。3303 采煤工作面降溫后參數(shù)測(cè)定結(jié)果如表1 所示。

表1 3303 采煤工作面降溫后參數(shù)測(cè)定結(jié)果

5 3303 采煤工作面降溫效果分析

3303 采煤工作面依次選取軌道順槽1#空冷器入風(fēng)口、1#空冷器出風(fēng)口、2#空冷器入風(fēng)口、2#空冷器出風(fēng)口、風(fēng)筒出風(fēng)口、工作面入風(fēng)口、工作面回風(fēng)口和3303 皮帶順槽回風(fēng)口8 個(gè)測(cè)點(diǎn)。1#空冷器入風(fēng)口風(fēng)流溫度為31.7℃，經(jīng)過(guò)2 臺(tái)空冷器階梯式冷卻，溫度降低至15.3℃，降溫幅度為16.4℃。經(jīng)風(fēng)筒送至3303 采煤工作面，風(fēng)筒出風(fēng)口溫度升高至21.8℃，濕球溫度為20.3℃，相對(duì)濕度為86.8%；風(fēng)流從風(fēng)筒向外射出，膨脹吸熱，風(fēng)筒外界環(huán)境達(dá)到降溫降濕的效果，至3303 采煤工作面入風(fēng)口干球溫度24.7℃，濕球溫度為22.2℃，相對(duì)濕度降為79.8%；再經(jīng)過(guò)采煤工作面至回風(fēng)口溫度升高至27.5℃，濕球溫度為28℃，相對(duì)濕度為96%；風(fēng)流達(dá)到3303 皮帶順槽回風(fēng)口時(shí)干球溫度達(dá)到30.9℃，濕球溫度達(dá)到30.4℃，相對(duì)濕度為96%。從工作面入口至回風(fēng)口，再到皮帶順槽回風(fēng)口，為一個(gè)升溫加濕的過(guò)程，呈“冷-舒適-悶熱”的變化趨勢(shì)，工作面段基本上處于舒適的環(huán)境中。各測(cè)點(diǎn)溫度變化情況如圖2 所示。

圖2 3303 采煤工作面降溫效果分析

6 結(jié)論

3303 采煤工作面經(jīng)空冷器冷卻后，風(fēng)流溫度由30.7℃降低至15.3℃，溫度降幅為16.4℃。降溫后的實(shí)測(cè)參數(shù)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，改善了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境。