大埋深高地温矿井综合降温技术研究应用

张震;侯典涛;闫玉山;孙超

【摘 要】本文针对赵楼煤矿大埋深高地温矿井制冷能力不足的问题,通过对井下现场作业地点的实测数据及相关分析研究,尊重现场实际,采用了井下集中制冷降温系统和井口全风量降温制冷系统.通过现场实践,取得了较好的预期效果,有效解决了深部矿井的高温热害,保障了井下作业地点的安全生产,对类似地质条件下的矿井具有较强的借鉴意义.

【期刊名称】《煤矿现代化》 【年(卷),期】2017(000)005 【总页数】3页(P73-75)

【关键词】深井;高地温;工作面;降温 【作 者】张震;侯典涛;闫玉山;孙超

【作者单位】兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿, 山东 菏泽 274705;兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿, 山东 菏泽 274705;兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿, 山东 菏泽 274705;兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿, 山东 菏泽 274705 【正文语种】中 文 【中图分类】TD727.5

兖煤菏泽能化公司赵楼煤矿位于巨野煤田的中部，北距郓城县城约22km，东距巨野县城约13km。井田含煤地层为山西组和太原组，主采3煤层，埋深700～1200m，煤层平均厚度6.19m，煤层倾角2°～18°，属赋存比较稳定煤层。井口

设计标高45m，井底车场水平标高-860m。

矿井主要热源有地表季节性气温、地温、空气压缩热、大型机电设备散热及氧化放热等多种因素影响。采深加大，地温升高，地热成为矿井的主要热源。

赵楼煤矿煤层属正常地温梯度为背景的高温区，地层年恒温带为50～55m，温度为18.2℃，平均地温梯度2.20℃/100m，非煤系地层平均地温梯度1.85℃/100m，煤系地层平均地温梯度2.76℃/100m，初期采区大部分块段原始岩温为37°～45℃，处于二级热害区域。经相关测定，赵楼煤矿采、掘进工作面空气温度一般在32°～35℃。

因此，为确保矿井安全生产和职工的健康，必须采取机械制冷降温的方法解决矿井的热害问题。 2.1 系统设备

赵楼煤矿采用了德国WAT公司的KM3000型井下集中式降温系统，为国内首次引进，制冷系统选用3台KM3000型制冷机，并联运行，具有9900kW的制冷能力，单台制冷机可向外提供190m3/h的3℃～5℃冷冻水.冷却水的进出水温度为31℃/40.4℃；冷却水循环和冷冻水循环回路中所损失的水量，将用软化水自动补充。制冷系统较为简单，效率高，比国内其他系统能耗低10%～15%。 2.2 井下地点降温实施方案 2.2.1 井下空冷器布置情况

现矿井共有31台空冷器，投入运行27台，2台维修，2台备用。其中RWK-450型16台；RWK-350型7台；RWK-25型6台，QS-200型2台；共计功率11750kW。

目前我矿空冷器配备情况为：采煤工作面进风顺槽布置6台RWK-450型空冷器，回风侧布置2台RWK-450型空冷器；综掘工作面和掘进距离较长的普掘工作面布置1台RWK-450型空冷器，环境温度较好或掘进距离较短的普掘工作面布置1

台其他型号空冷器。 2.2.2 采煤工作面制冷措施

（1）进风顺槽。采区内布置的综放采煤工作面，运顺空冷器采用2台1组的布置方式,第一组距离工作面200m,第二组距离工作面400m,第三组与工作面相距600m，冷冻水（3℃～5℃）通过保温输送管道送入工作面运输顺槽内，再接入空冷器中，对局部通风机排出的风流进行降温处理。

（2）工作面局部高温地点。5302工作面从中部位置开始，受采空区、机电设备等散热影响，热量的不断累积，会有温度“突然升高”的直接感受，5302轨顺隅角温度甚至超过36℃。为解决工作面机尾段局部高温热害问题，我们在工作面55、75、95、115、135号架前分别安装了1台RWK-25型空冷器制冷机组，制取矿井降温所需的冷冻水，通过与局部制冷机配套空冷设备，降低工作面环境温度，工作面的温度始终保持在26℃以下。

（3）工作面回风顺槽。采用2台RWK-450型空冷器，敷设Φ1000mm风筒，一路风筒接至回风隅角，另一路接至回风顺槽超前支护前头，对工作面的回风流进行降温。

（4）降低防尘用水温度。制冷机冷冻水经过管路流经泵站处板式换热器与矿井防尘用水实现热交换，降低防尘用水温度,降温后的水温在18℃左右。通过防尘用水在工作面的喷淋,一方面降低粉尘浓度，一方面降低了环境温度，实现工作面的进一步降温，具有良好的应用价值。2.2.3 掘进工作面制冷措施

（1）一般掘进迎头降温。矿井降温系统运行后，空冷器处理后的冷风通过风筒输送至掘进迎头，风筒内冷空气直接与迎头空气进行热交换,带走掘进迎头大量热量,降低掘进迎头温度。

（2）超过1000m掘进顺槽降温。向迎头供风采用大功率的局部通风机，增大掘进迎头的供风量；通过空冷器对流经局部通风机的风流进行降温，使掘进迎头空气

进一步降温；对掘进工作面的回风流经风机、空冷器后进行再降温处理，有效改善职工的作业环境。 2.3 运行效果分析

系统运行后，工作面进风风流温度比运行前大大降低。采煤工作面入风口温度在20℃左右。进风风流的含湿量也大幅度降低，即相对湿度大大降低。经过空冷器的冷风降温，工作面进风口处风流相对湿度一般在80%左右。而系统运行之前，相对湿度一般在90%以上，相对湿度降幅在15%左右。 掘进工作面迎头温度在23℃左右，相对湿度在80%左右。 3.1 地面集中制冷系统简介

矿井井口安装使用离心式水源热泵机组地面集中降温系统，在地面设置集中式能源站，由热泵机组制备低温冷冻水，通过管道将低温冷媒水输送到设置的主、副井口空气换热站，将进入矿井的空气实现降温除湿后再送入井下工作面，最终达到降温目的。地面集中制冷降温系统于2014年6月1日正式投入运行，2015年7月对该系统进行了技术改造，改造后的矿井降温制冷系统效果显著。 3.2 地面集中制冷系统装备配置

冷却降温系统主要包括4台开利品牌19XR8P80E63MFC5A型离心式热泵机组、4台DFW300-360A/4/132型冷冻水循环泵、4台DFW 350-390A/4/132型冷却水循环泵、2台CDW-2000ASY-X型冷却塔、19台组合式空调器、储水池（240m3）、循环管路、供电设施等。副井井口布置14台换热器，串联布置，总冷量为12846 kW。主井井口布置5台换热器，串联布置，总冷量为5064 kW。井口总布置19台换热器，总制冷量17910kW。 3.3 井口降温系统数据测试及效果分析

从井口四周的温度方面分析，在室外（时间：2016年6月19日14:30）空气参数平均温度36.7℃工况下，副井井口四周的温度平均值为19.5℃，温度得以大幅

降低，直接验证了井口封闭效果的显著。

从井下现场实测数据分析，井口、副井下井口、及南部1号辅助运输大巷及工作面进风顺槽处温度降至23℃左右。井下降温效果得到进一步提升。 4.1 安全效益

本项目实施后，能有效地缓解了目前高温热害现象，也同时降低了煤矿其他事故发生的概率，为煤矿的安全生产打下了良好的基础，提高了安全效益。 4.2 经济效益

赵楼煤矿应用了（全风量降温+井下集中式降温）这种降温模式，为高温矿井的降温提供了新思路和新方法，解决了赵楼煤矿深部开采井下高温问题，改善了劳动生产环境,保障了职工的身体健康。高温热害的解决，是煤矿工人的劳动效率提高，在舒适的环境下工作，职工生产效率预计能够提高30%。 4.3 社会效益

本项目的实施，不仅给煤矿在安全和经济上带来了很大的效益，其最终给煤矿带来的社会效益是最深远的，充分体现了煤矿以职工的切身利益为出发点，以科技兴安为切入点，以质量标准化为抓手，深入贯彻落实科学发展观，实施精细化管理，重视安全，使矿井连续实现安全生产，安全周期延伸，企业健康发展，安全就是效益的目标得以实现。

矿井降温工程让社会认识到煤矿生产实践中，坚持以人为本，充分发挥科技作用，关注爱护职工健康，从而能够改变人们对于煤矿的观念，让煤矿在社会的地位得到进一步的提升。 4.4 节能效益

高效率的冷（热）源主机，空调系统自带成熟的自控系统，同时具备矿井冬季供暖功能，可根据实际运行工况随机调节机组的出力，从而实现节能运行的目的。 井口空气换热设备采用表面式空气冷却器，结构紧凑、系统简单，能够满足冬夏两

用。设计采用无动力空气换热器，其动力源采用矿井通风机在井口形成的负压，不用电力驱动，节能效果显著，符合环保要求。

利用矿井涌水作为冬季井口防冻供热的热源，选用水源热泵主机，能效比达到5.5以上，大大降低冬季供热能耗。

通过赵楼煤矿综合降温技术的应用实践，取得了较好的预期效果，为职工创造了舒适的作业环境，保障了井下安全生产，矿井年产量提高了26%。

通过近年来的研究与实践，对深井高温热害的分布特点和综合防治技术逐渐加深了思考和认识，积累了宝贵的经验，对类似地质条件下的矿井具有较强的借鉴意义。

【相关文献】

[1]党晓社.刘庄矿井西区降温方式与降温系统的确定[J].安徽建筑，2011（4）. [2]胡保林.浅析矿井制冷降温系统方案的选择[J].矿山机械，2009，18.