孔莊煤礦集中降溫方案的選擇與優化

吳繼忠，劉祥來，姚向東，王建軍

(上海大屯能源股份有限公司，江蘇沛縣 221611)

1 前言

孔莊煤礦主采下二疊系山西組7號和8號煤層，7號煤層平均厚度為4.54 m，8號煤層平均厚度為2.93 m，礦井核定生產能力為150萬t/a。2007年進行礦井三期改擴建，深部擴建區生產能力為75萬t/a。礦井改擴建后仍采用立井開拓，共5個立井，即主副井擔負礦井進風和運輸，東風井和南風井擔負礦井回風，距現有主井約850 m新建一個混合立井至井田深部-1 015 m水平，擔負擴建區域的進風和運輸。礦井總排風量為17 000 m3/min，通風方式為混合式，通風方法為抽出式。

礦井采用立井多水平開拓方式，開采深度為-150 m～-1 300 m。全礦共劃分為4個開采水平，第一水平標高為 -375 m，第二水平標高為-620 m，第三水平標高為-785 m，第四水平標高為-1 015 m。-1 015 m水平為新擴建水平，目前正進行開拓。

礦井恒溫帶深度為26～30 m，溫度為16℃。-620 m以上區域的地溫梯度為2.36℃/100 m，-620 m以下區域的地溫梯度為2.42℃/100 m。-450 m～ -620 m水平地溫為26～30℃，-620 m～-900 m水平地溫為30～37℃，為一級熱害區。-900 m～-1 000 m地溫為38～39℃，為二級熱害區。-785 m原巖溫度為35.2℃，氣溫約為30℃。-1 015 m原巖溫度為40.4℃，氣溫約為34℃。

2 降溫課題的提出

根據國家有關規定及孔莊礦的實際情況，孔莊礦目前及將來的開采區域會遇到礦井高溫熱害，從安全生產和保護礦工合法權益出發，必須采取降溫措施。該項目列為中國中煤能源集團有限公司(以下簡稱中煤集團)2011年重大科技項目。

2.1 煤礦建設項目“三同時”的要求

根據孔莊煤礦三期改擴建進度安排和礦井接續計劃，三期工程的Ⅳ1采區首采工作面于2012年7月份投產。Ⅳ1和Ⅳ2采區放在-1 015 m水平回采，目前正緊張地施工-1 015 m水平大巷和Ⅳ1采區準備巷道。礦井深部降溫系統為改擴建工程安全設施，必須和煤礦建設項目主體工程同時設計、同時施工和同時投入使用。

2.2 國家法律法規的要求[1，2]

《煤礦安全規程》第102條規定:“生產礦井采掘工作面空氣溫度不得超過26℃，采掘工作面的空氣溫度超過30℃時，必須停止作業”。因此，礦井降溫是為了嚴格按照國家法規進行生產。

2.3 消除熱害對職工和安全生產的影響

綜合國內外最新研究成果，礦井高溫熱害可分為對人的影響、對機電設備的影響和綜合影響。

2.3.1 對人的影響

當氣溫為30℃時，在這種溫度下工作2～3 h，人體通過微微滲汗散發積蓄的體熱。31℃時，人體心跳加快，血液循環加速，應限制體弱者工作。32℃時，人體通過蒸發汗水散發熱量進行“自我冷卻”，每天大約排出5 L汗液，可帶走Na 15 g、維生素C 50 mg及其他礦物質，血容量也隨之減少從而容易造成電解質紊亂。33℃時，多臟器參與降溫，人體通過汗腺排汗已非常困難，且難以保證正常體溫，不僅肺部急促“喘氣”以呼出熱量，就連心臟也要加快速度。34℃時，汗腺瀕臨衰竭，這時很容易出現心臟病猝發的危險。35℃時，高溫直逼生命中樞，導致頭昏眼花、站立不穩。36℃時，已危及生命并可造成休克。

2.3.2 對機電設備的影響

礦井里任何機電設備、電纜均是通過與環境的對流來散發本身所產生的熱量，其工作環境溫度、濕度超過規定的限值或長期處在限值附近，必將導致設備散熱困難，以致發生設備故障。一般情況下，按常規方法難以查明發生事故的原因。

機電設備的環境溫度要求:我國礦用一般型機電設備的工作環境溫度需≤40℃;礦用隔爆型機電設備的工作環境溫度需≤45℃。但這并不等于說，只有到了上述限值才會發生設備故障，如果機電設備長期處在上述限值附近，則機電設備故障率將明顯上升。

日本通產省的調查統計表明，機電設備在相對濕度90%以上且氣溫為30～34℃的地點工作時，其事故率比低于30℃的作業地點高3.6倍。

2.3.3 礦井高溫的綜合影響

以目前的氣候標準為基礎，國內外研究統計表明，氣溫每升高1℃，礦井生產效率則降低6% ～8%，礦工勞保醫療費增加8% ～10%。根據南非的最新統計，在濕球溫度32.8～33.8℃下工作的工人，千人中暑死亡率為0.57。以30℃為標準，氣溫每升高1℃，井下機電設備的故障率增加1倍以上。實際上姚橋、孔莊兩礦內，高溫作業地點的工作效率相對低下的情況也是客觀存在的。

綜上所述，孔莊煤礦Ⅳ1采區生產和-1 015 m大巷開拓掘進均受熱害影響，并且熱害比較嚴重。如果不采取降溫措施，勢必制約礦井三期工程投產，違反國家有關法規、危害職工身心健康、增加設備故障率、影響高溫地點作業效率，從而影響公司發展戰略的實現。因此，建立孔莊煤礦集中降溫系統勢在必行。

3 孔莊煤礦集中降溫系統方案的選擇

3.1 降溫系統方案選擇的提出

孔莊礦改擴建初步設計于2007年8月由北京華宇設計公司設計完成，設計中含一套礦井地面集中降溫系統，降溫工藝為地面電制片冰，然后將冰輸入井下融冰池，制成冷水，將冷水輸往工作地點進行風水熱交換，以達到降低作業地點氣溫的目的。井筒輸冰管設計外徑為325 mm，井筒裝備的采購和安裝按照輸冰管設計外徑尺寸預留位置。降溫范圍為1個采煤工作面和6個掘進工作面，日需冰量720 t。設計中提出了熱害治理方案，但方案沒有細化，只是列出了大概的投資及制冰規模。

結合項目的不斷推進，發現井筒預留輸冰管路的管徑無法滿足輸送片冰的要求。電制片冰廠家提出最小輸冰管徑為460 mm，再加上輸冰管外保溫層，輸送片冰管路外徑達560 mm，混合井筒內無法安裝。這就限制了采用片冰降溫的可能性。

為確保礦井集中降溫方案按期實施，需對國內外集中降溫方案進行考察，選擇適合孔莊煤礦實際特點的降溫系統。

3.2 國內外集中降溫系統方案工藝特點

從2009年起，上海大屯能源股份有限公司(以下簡稱大屯公司)先后多次組織人員對煤礦集中降溫系統進行了實地考察。先后考察了新汶礦業集團孫村礦、唐口礦和中國平煤神馬能源化工集團有限責任公司(以下簡稱中平能化集團)六礦電制片冰降溫和四礦、十一礦熱電乙二醇低溫制冷技術;徐州礦務集團有限公司(以下簡稱徐礦集團)夾河礦、三河尖礦井下集中降溫。2011年3月份組織相關部門及武漢星田熱環境控制技術有限公司、北京華宇設計公司有關人員對南非最深金礦真空制冰降溫系統進行了考察。

3.2.1 電制片冰降溫系統

平煤六礦隸屬中平能化集團，原煤產量為360萬t/a，最深水平為650 m，降溫前工作面溫度為34～36℃。制冰機裝機容量為2 449 kW(電功率)，總制冷量為3 500 kW，降溫地點冷量為2 100 kW，制冷量損失約為1 400 kW。設計日產片冰720 t，實際產冰600 t，系統于2006年2月12日開始安裝，7月12日安裝調試后投入運行，設計供1個采煤工作面和2個掘進工作面使用。2009年至今，降溫系統已停止使用。該冰冷降溫系統總投資5 200多萬元，其中設備投資2 900萬元。制冷站占地面積500 m2，主要由地面制冷機房、主井井筒及主回風巷降溫管路、主井底供水泵房、各采掘迎頭分支管路及空冷器4個部分組成，其中地面制冷機房是降溫系統的核心部分，主要作用是制出礦井降溫所需的片冰。

其主要設備組成及流程如下:首先由Grasso公司生產的4臺制冷機提供冷源，再由12臺X60T型片冰機制出片冰，通過2臺螺旋輸冰機把冰收集到各自的落冰口，然后分別經螺旋輸冰裝置將片冰送至主井井口漏斗。片冰進入主井輸冰管路，靠自重進入井底融冰硐室融冰池。由1臺220 kW供冷水水泵將融冰池內低溫冷水通過輸冷管路送至各用冷地點，并利用安裝在進風巷和采掘工作面的空冷器、裸管、噴淋等進行冷量交換，來降低風流溫度，交換后剩余大部分水再通過管路流回融冰池，用于融冰。

其他主要配套設備由12臺蒸發器和4座冷卻塔組成，主要配電裝置采用10 kV KYGG型高壓開關柜。降溫系統年運行費用為848萬元，維護人員18人，工作量集中在制冰站。制冷劑選用R22，年消耗 5.5 t左右。

目前系統運行采用非集中控制，不能監測井下采掘工作面溫度，也不能根據井下熱負荷變化來自動控制制冷機的制冷量。降溫系統能將工作面上口溫度降低3～4℃，下口溫度降低6～8℃，但存在輸冰立管二次結冰產生的冰堵問題，對輸冰管管徑要求較高，管徑小則無法使用。

運行成本上能耗高，一天的運行電費為2.6萬元左右，一年的綜合運行成本達848萬元。電制片冰降溫系統流程如圖1所示。

3.2.2 熱-電-乙二醇低溫制冷系統[3]

平煤四礦隸屬中平能化集團，原煤產量為300萬t/a，最深水平為-850 m，降溫前工作面進風溫度為28.8℃。制冷機裝機總容量為1 350 kW(電功率)，總制冷量為7 092 kW，降溫地點冷量為4 600 kW，制冷量損失約為 1 300 kW。系統于2007年2月26日開始安裝，7月8日安裝調試后投入運行，供1個采煤工作面和4個掘進工作面使用。目前采煤工作面空冷器運行2組(共3組)，降溫后進風溫度為19.2℃，掘進工作面溫度為24～26℃。降溫系統總投資為3 980多萬元，其中設備投資1 600萬元，占地面積900 m2，主要由1臺溴化鋰冷水機組、2臺乙二醇螺桿冷水機組及7臺礦用高低壓換冷器、42臺礦用高壓組合式空冷器、10臺水泵等部分組成。其中地面制冷機房是降溫系統的核心部分，主要作用是制出礦井降溫所需的低溫乙二醇溶液。

圖1 電制片冰降溫系統流程圖Fig.1 System diagram of mine cooling by slice-ice

其主要設備組成及流程如下(見圖2):由遠大集團生產的1臺BYS300型制冷機提供冷源，再由Grasso公司生產的2臺1000型螺桿制冷機組制出-3.4℃低溫乙二醇溶液(目前為8℃的冷水)。通過1臺水泵把低溫乙二醇溶液送入主井輸冷管路，通過低溫乙二醇溶液循環與井下冷凍水熱交換。由1臺200 kW供冷水水泵將低溫冷水通過輸冷管路送至各采掘工作面，并利用安裝在進風巷和采掘工作面的空冷器進行熱交換，來降低風流溫度。交換后剩余大部分水再通過管路返回，繼續與低溫乙二醇溶液熱交換。

其他主要配套設備由3臺蒸發器和3座冷卻塔組成。降溫系統年運行費用455萬元，維護人員18人，工作量集中在地面制冷站和井下換冷硐室。制冷劑選用溴化鋰，年消耗為零。

目前系統運行實現了集中控制，并可監測井下采掘工作面溫度，還可根據井下熱負荷變化來自動控制制冷機的運轉。降溫系統能將工作面上口溫度降低6℃左右，下口溫度降低8℃左右，不會產生冰堵現象，能連續運轉，但井筒中需布置兩趟輸冷管路。

圖2 熱－電－乙二醇低溫制冷流程圖Fig.2 Flow diagram of heat-power-glycol low temperature refrigeration

運行成本上，該系統充分利用本礦瓦斯電站及矸石電廠余熱，能耗較低，一天的運行電費為1.47萬元，一年的綜合運行成本為455萬元。

3.2.3 井下集中降溫系統

該系統在徐礦集團三河尖煤礦得到成功應用。三河尖煤礦核定生產能力為220萬t/a，最深水平為-980 m，降溫前工作面氣溫為36℃左右。系統于2008年7月投入運行，供2個采煤工作面和4個掘進工作面使用。工作面降溫后進風溫度為26～29℃。礦井 -700 m水平礦井涌水量為100～120 m3/h，水溫為25～30℃。奧陶系灰巖水在21102工作面突水動態補給量為1 020 m3/h，水溫為50℃左右。

其主要組成及流程如下:針對三河尖礦冷源短缺、地熱資源豐富的特點，采用HEMS降溫技術，結合三河尖礦地面供熱情況，利用三河尖煤礦底層溫度存在熱異常特性，首先利用井下熱水進行地面熱能利用，冬季取熱代替鍋爐供熱，將取熱后的冷水進行地下儲存，夏季補充井下冷量不足，進行井下降溫取冷換熱。地熱異常降溫工作原理如圖3所示[4，5]。

在井下-700 m水平設置HEMS-I制冷工作，， HEMS-II作站。在井下-980 m水平設置HEMS-II降溫工作站，對井下高溫采掘工作面進行降溫。在地面設置HEMS-III熱(冷)能利用工作站，提取循環水體中的熱能，取代地面鍋爐系統進行供熱。在-700 m水平設置HEMS-PT壓力轉換工作站，降低HEMS-I承受的壓力。將第四系含水層作為儲能層調節冷熱能。整個項目分兩期實施，一期實現井下降溫，二期實現井上供熱。

圖3 井下低溫水熱的井下集中降溫系統Fig.3 Systematic diagram of HEMS

降溫系統能將工作面溫度降低6～10℃，實現連續運轉，對礦井冷源量要求較高，井下需要有良好的排熱條件，且水質硬度較高會對系統熱交換效果產生一定影響。該系統如果在孔莊煤礦使用，其降溫系統總投資約為2 100萬元，年運行費用為214萬元。

3.2.4 真空制冰降溫系統

英美礦業母朋能金礦(南非)年產黃金500萬盎司(1盎司≈28.35 g)，最深水平為4 000 m，主井深為3 770 m，降溫前作業地點氣溫為55℃，水溫為55～60℃，巖溫為60℃，降溫后作業地點氣溫為28℃。

真空制冰降溫系統主要由9套VIM850真空制冰機、5臺螺桿式冷水機、9座冷卻水塔、1條水平輸冰皮帶和2趟垂直輸冰管(直徑分別為300 mm和500 mm)組成，其中真空制冰機是降溫系統的核心部分，主要作用是制出礦井降溫所需的顆粒冰。地面制冷系統無建筑物，設置防雨篷。制冰機裝機容量為3 410 kW(電功率)，系統總裝機制冰量為9 180 t/d，總制冷量為27 MW，設計日產顆粒冰為9 180 t。整個降溫系統分三期建設，第一套制冰系統于1990年開始安裝，1991年安裝調試后投入運行，安裝周期為3個月。設計供冷2個水平20多個作業地點。真空制冰降溫系統投入運行后，降溫幅度達27～30℃。真空制冰工作原理如圖4所示。

圖4 真空制冰機工作原理Fig.4 Working diagram of vacuum ice maker(VIM)

真空制冰降溫系統主要設備有壓縮機、攪拌器、刮冰機、冰漿泵、冷卻水泵、增壓泵、真空泵和乙二醇泵。當冷水機組預冷的5℃的水泵入制冰機內處于真空的蒸發器內時，水在真空狀態下，部分水將蒸發。蒸發所需要的潛熱來自沒有蒸發的水，從而導致沒有蒸發的水因放熱而冷凍成冰。每蒸發1 kg的水大約可以產生7.5 kg的冰。

料漿泵的額定流量為200 m3/h，用來抽出蒸發器內體積濃度為16% ～20%的冰漿，并輸送至冰水分離器的集冰器，在集冰器內冰的質量含量達到75%。從冰漿中排出的水通過緩沖罐返回到蒸發器。集冰器的原理類似于一個液壓活塞，冰塊浮在水的上部經濃縮過濾，實現冰水分離，同時水返回至蒸發器。

集冰器上部的冰通過刮刀刮下，通過皮帶或氣動輸送至井筒內的垂直高密度聚乙烯(high density polyethylene，HDPE)管輸冰管內，通過管道輸送至井下。蒸發器內的水蒸氣由2臺串聯運行的特殊壓縮機抽出，送至直接接觸式冷凝器，水蒸氣在冷凝器內與來自冷卻塔的補給水相向流動而凝結成水，凝結水再返回蒸發器蒸發。抽出系統經冷凝后的不溶氣體通過除霧分離器真空泵抽出。

降溫系統維護人員有機械維護工5人，電氣維護工2人，工作量集中在泵、電機等轉動設備，制冷劑選用R134A。降溫系統每周進行一次機械潤滑檢查及添加潤滑劑，每月一次8 h停機維護，每5年一次大的檢修維護。

真空制冰降溫系統工作流程:螺桿式冷水機制出低溫冷水，輸送到真空制冰機制冰(見上述制冰機工作原理)，真空制冰機制出的冰漿通過管道泵送到冰水分離器。冰水分離后通過水平輸冰皮帶、漏斗輸送到垂直輸冰管，垂直輸冰管下口通過水泵水力輸送到融冰池，經融冰后，冷凍水通過保溫管道輸送到降溫地點安裝的空冷器進行風水熱交換，實現降溫目的。地面除用皮帶輸冰外，也有1臺冰水分離器直接布置在井筒附近，利用冰的自身重力傾斜向下至垂直輸冰管。螺桿式冷水機產生的熱量由冷卻水帶走，冷卻水吸收的熱量經冷卻塔冷卻散熱。

真空制冰降溫系統制冷對水質要求不高，不需要特殊處理。在使用和維護方面，按照正常的維護程序執行，真空制冰系統很少出現問題，僅在冬季氣溫-7～-8℃時偶有堵管現象發生。該礦自制冰系統運行20年以來僅發生過2次堵管，每次處理用時約一周。按照孔莊煤礦設計制冰量，降溫系統總投資為6 800萬～7 000萬元，年運行成本為427萬元。

3.3 國內外集中降溫系統方案比較與選擇

1)從降溫效果來看，片冰降溫系統、熱電乙二醇降溫系統、HEMS井下集中降溫系統和真空制冰降溫系統均能夠滿足孔莊煤礦井下降溫需要，真空制冰降溫系統效果較優。

2)從項目投資總費用來看，片冰降溫系統和熱電乙二醇降溫系統總投資相差不大，真空制冰降溫系統投資最高，HEMS井下集中降溫系統投資最省。

3)從降溫系統運行穩定性來看，熱電乙二醇降溫系統、HEMS井下集中降溫系統和真空制冰降溫系統降溫性能連續穩定，輸冷管路不會出現冰堵現象，而片冰降溫的管路一旦出現冰堵將導致較長時間不能運行。

4)從井筒輸冰管路安裝來看，片冰降溫的管路管徑較大(460 mm)，熱電乙二醇降溫系統需布置2趟輸冷管路，均不適合孔莊礦混合井布置。

5)HEMS井下集中降溫系統對水質要求較高，且冷源水量要求也大(187 m3/h左右)。而孔莊礦水質較硬，且礦井-785 m水平涌水量為40 m3/h，-1 015 m水平涌水量為40 m3/h，不滿足井下制冷排熱條件。

綜上所述，在國內外所有降溫方案中，電制片冰降溫要求輸冰管路直徑為460 mm以上，熱電乙二醇低溫制冷降溫要求井筒敷設兩趟DN250保溫管，井下集中降溫孔莊礦又不具備排熱條件，符合孔莊礦條件的只有真空制冰降溫方案。因此，初步決定把該方案作為孔莊礦深部開采的主體降溫方案，進行細化設計。

4 孔莊煤礦真空制冰降溫方案的優化

4.1 礦井冷負荷及冷量分布

根據孔莊煤礦井下實際情況，降溫標準執行國家《煤礦安全規程》的規定，按26℃考慮，實際降溫幅度平均為8℃，即可以確保降到26℃以下。降溫范圍按1個采煤工作面和6個掘進工作面考慮，結合孔莊煤礦條件，根據TEMPS計算軟件，相關參數計算結果見表1。

表1 孔莊煤礦井下風流熱力參數Table 1 Thermodynamic parameters of underground airflow in Kongzhuang Coal Mine

根據孔莊煤礦采掘接替安排，需對1個綜采工作面和6個掘進工作面降溫，因此孔莊煤礦的采掘工作面降溫冷負荷為:qw=1120+280×6=2 800 kW。

按服務1個綜采工作面和6個掘進工作面以及總冷負荷為2 800 kW進行礦井降溫系統設計，根據工作面風水熱交換需要的水量和溫度，可以確定需冰量為37 t/h。選用以色列產VIM850型真空制冰機(日產顆粒冰1 020 t)，可以滿足-1 015 m水平降溫需要。采掘工作面降溫需要的冷水總量:Q=106+27×6=268 m3/h，供冷溫度按3℃考慮。

4.2 真空制冰降溫方案比較

世界上最早采用冰降溫的國家是南非的英美礦業公司母朋能金礦，采用以色列產真空制冰機制取顆粒狀冰，形成了完整的制冰、水平輸冰和垂直輸冰、井下融冰工藝。根據考察，由于該礦井深大，井下工作面溫度高，降溫系統基本一年365天連續運轉。該礦開發真空制冰降溫系統的主要原因是:

1)井深大，熱害嚴重，傳統的井下集中制冷規模受限;

2)采用地面集中制冷水降溫時，井下熱壓轉換設備技術要求高、投資大，能耗大;

3)采用電制片冰降溫時，冰堵嚴重、運行成本高、降溫效果差、維護費用高。

根據技術經濟比較和孔莊煤礦井筒預留位置以及礦井實際情況，在是用電還是用余熱作為制冰動力上，共提出了3個方案，即余熱真空制冰、自備鍋爐蒸汽真空制冰和電真空制冰，各方案的技術經濟比較如下。

4.2.1 真空制冰方案

1)方案一:電廠余熱真空制冰。根據大屯礦區的建設安排，計劃在沛縣經濟開發區建設2×350 MW熱電聯產電廠。電廠距孔莊礦5.7 km，距6 000戶住宅小區2.5 km，距大屯公司新建行政辦公樓2 km，冬季供熱基本上滿足這3個單位(小區)的使用。如何提高夏季的余熱利用量，是決定電廠熱效率能否提高到熱電聯產要求的關鍵因素之一。同時，實施集中供熱可取消周邊用戶自建的鍋爐房，減少環境污染，提高供熱效率，實現循環經濟的發展。結合孔莊礦特點，探討余熱制冷降溫的可行性具有重要意義。大屯公司已把夏季余熱降溫作為熱電聯產項目經濟合理性的主要因素之一。電廠可提供蒸汽直供孔莊礦。在孔莊礦工業廣場建熱交換站，在換熱站預留制冰站蒸汽接口，為孔莊礦余熱制冰(利用蒸汽量為6.23 t/h)及辦公場所中央空調(利用蒸汽量為6 t/h)服務。在2×350 MW發電站建成前，在孔莊礦現有鍋爐房預留位置安裝1套10 t/h蒸汽爐，一旦電廠建成，可改成電廠供汽。再利用溴化鋰吸收式冷水機組制取低溫冷水，通過真空制冰機實現制冰。

2)方案二:自備鍋爐蒸汽真空制冰。目前孔莊礦鍋爐房安裝有2臺10 t/h熱水爐和2臺10 t/h蒸汽爐，并留有1臺位置，設計新增SZL10-1.25-P蒸汽爐1套，專用于降溫系統熱源供應。除制冷水方式用自備鍋爐和溴化鋰冷水機組外，其他方案內容和電廠余熱真空制冰相同。

3)方案三:電真空制冰。采用電力驅動螺桿冷水機組制取低溫冷水，通過真空制冰機制冰。除制冷水方式不同外，其他方案內容和電廠余熱真空制冰相同。方案布置主要組成有地面散熱塔、3臺螺桿式冷水機組、1臺真空制冰機、1臺冰水分離器、地面水平輸冰管、混合井垂直輸冰管、井底融冰池、井下輸冷管和工作面空冷器，方案布置如圖5所示。

圖5 真空制冰方案布置圖Fig.5 Diagram of equipment distribution of VIM

4.2.2 技術經濟比較

真空制冰降溫技術是南非深井開采普遍采用的降溫技術，因此從技術可行性、可靠性、降溫效果而言，提出的3個方案在技術上沒有大的差別，只是提供冷水的方式有差別，也就是說，技術上均可行，主要技術經濟指標比較見表2。

表2 三套方案主要技術經濟指標比較Table 2 Comparison of main technological and economic indexes

續表

續表

根據表2，從投資和運行費用比較，方案三，即電真空制冰最低，因此設計推薦采用電真空制冰降溫方案作為孔莊礦的主體降溫方案。但制冷站預留余熱制冷機組的位置，同時預留孔莊礦新建辦公樓的中央空調主機位置，如果將來在孔莊礦附近的電廠建成投產，則直接利用電廠余熱實施余熱真空制冰，可最大限度地發揮企業整體經濟效益。電真空制冰降溫的要點是:螺桿式冷水機組制取低溫冷水，再通過真空制冰機實現制冰。

5 結語

文章從孔莊煤礦井筒布置和礦井現存冷源出發，先后研究了片冰降溫系統、熱電乙二醇降溫系統、HEMS井下集中降溫系統、真空制冰降溫系統等方案布置方式。從集中降溫方案效果、投資、降溫系統運行穩定性、井筒輸冷管路安裝、礦井制冷水質、井下制冷排熱等方面，找到了一條適合孔莊煤礦特點的集中降溫途徑，為礦井三期工程按期投產驗收創造了條件，項目研究具有較大的經濟效益和社會效益。

通過對余熱真空制冰、自備鍋爐蒸汽真空制冰和電真空制冰3個方案的比較優選，找到了適合孔莊煤礦的真空制冰降溫最佳方案，為下一步礦井降溫設計和設備招標奠定了基礎。

真空制冰降溫為國內首創，在制冰技術、輸冰管道、輸冰工藝、壓風冷卻、井下融冰工藝、制冰節能技術上均具有突破性，在項目建成后，不僅填補了我國在礦井集中降溫上的一項技術空白，而且推動了我國煤礦降溫制冷工藝的創新和發展。項目實施完成后，將作進一步總結，為豐富深井開采做出應有貢獻。

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