大平煤礦S2 S9 綜放工作面高溫綜合治理技術(shù)的應(yīng)用

耿文濤 劉長久 李天軍 陸 鵬

(1. 遼寧省煤炭工業(yè)管理局，遼寧省沈陽市，110036;2. 遼寧省鐵法煤業(yè)集團(tuán)公司，遼寧省調(diào)兵山市，112700)

1 煤礦概況

大平煤礦位于三臺子煤田西部，核定生產(chǎn)能力405 萬t/a，采用立井單水平開拓方式，主水平為-535 m。S2S9綜放工作面煤層賦存水平為-684～-767 m，工作面走向長度2042 m，傾斜長度278 m，煤層傾角5° ～8°，平均7°，采用走向長壁綜采放頂煤采煤法，煤層厚度8.95 m，采高2.9 m，放煤高度6.05 m，全部垮落法管理采空區(qū)。

S2S9綜放工作面受機電設(shè)備散熱量大、通風(fēng)距離長、賦存深等條件影響造成工作面溫度過高，這種高溫、高濕環(huán)境使作業(yè)人員失水嚴(yán)重，降低了勞動效率，嚴(yán)重威脅作業(yè)人員身體健康和礦井安全生產(chǎn)。在這種情況下，大平煤礦從內(nèi)外因雙向采取措施，通過有效控制熱源、選用先進(jìn)的ZJL -450型礦用局部制冷設(shè)備、合理調(diào)整局部通風(fēng)系統(tǒng)、消除二次增溫等多種綜合措施治理S2S9工作面高溫、高濕問題。局部制冷降溫設(shè)備技術(shù)的引進(jìn)是第一次應(yīng)用于鐵煤集團(tuán)，意義重大。通過該項目的實施，檢驗了局部制冷降溫設(shè)備的先進(jìn)性和優(yōu)劣程度，為鐵煤集團(tuán)引進(jìn)大型礦井集中制冷系統(tǒng)積累了經(jīng)驗，為深部能源開發(fā)高溫?zé)岷χ卫矸桨傅膬?yōu)化提供了實踐依據(jù)。

2 高溫?zé)岷碓捶治?/h2>

(1)機電設(shè)備散熱。S2S9綜放工作面機電設(shè)備多、功率大，機電設(shè)備功率總和為5292 kW，散熱增溫量非常明顯。經(jīng)現(xiàn)場實測，生產(chǎn)期間回風(fēng)巷道口溫度為35℃，停產(chǎn)期間回風(fēng)巷道口溫度為27℃，由此可見機電設(shè)備散熱是造成工作面溫度大幅升高的主要原因。

(2)煤層氧化散熱。工作面及采空區(qū)裸露煤體緩慢氧化散熱是造成工作面溫度較高的因素之一。

(3)地面大氣溫度影響。地面大氣溫度直接影響井下溫度，冬季井底車場和主要大巷中的溫度在17℃左右，夏季井底車場和主要大巷中的溫度在25℃左右，到達(dá)用風(fēng)地點后，溫度將進(jìn)一步升高。

(4)空氣壓縮能。S2S9綜放工作面開采水平為-680 ～-700 m，風(fēng)流進(jìn)入井下后，由于空氣壓縮釋放熱量，進(jìn)一步提高了空氣溫度。

(5)通風(fēng)路線。S2S9綜放工作面位于S2采區(qū)邊緣，通風(fēng)路線長(達(dá)7982 m)，流動空氣與巷道壁摩擦產(chǎn)生部分熱量帶入空氣中，影響風(fēng)流溫度。

(6)煤巖運輸中的散熱。S2采區(qū)采用軌道下山、運輸下山、回風(fēng)下山3 條下山的布置方式，S2運輸下山和S2S9運輸巷道布置4256 m 強力帶式輸送機，帶式輸送機運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的熱量進(jìn)一步升高空氣溫度，造成工作面氣候條件進(jìn)一步惡化。

(7)地溫影響。S2S9綜放工作面位于S2采區(qū)邊緣，風(fēng)流受長距離巷道圍巖散熱作用，造成空氣溫度升高。

(8)濕度對等效溫度的影響。在礦井高溫環(huán)境下，空氣相對濕度大，將會影響降溫效果，隨著絕對濕度的增大，人體的熱交換將減小，人感覺悶熱。

3 高溫?zé)岷χ卫硎侄?/h2>

(1)局部制冷技術(shù)。以局部制冷技術(shù)為主要熱害治理手段，在綜放工作面運輸巷道安設(shè)ZJL -450 型礦用制冷設(shè)備，進(jìn)行強制性風(fēng)流冷卻降溫，明顯降低了風(fēng)流溫度、濕度，作業(yè)人員舒適度明顯改善。

(2)合理調(diào)整工作面局部通風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)降溫。改變局部通風(fēng)系統(tǒng)，使原進(jìn)入工作面的S2運輸下山風(fēng)流直接進(jìn)入采區(qū)回風(fēng)，解決了帶式輸送機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量進(jìn)入工作面風(fēng)流中的問題，避免了外部熱源對工作面進(jìn)風(fēng)流溫度影響。

(3)進(jìn)、回水管路加保溫層。降低進(jìn)水無效熱損，增加機電設(shè)備冷卻水?dāng)y帶熱量能力，減少機電設(shè)備向空氣中釋放熱量。回水管加保溫層，防止向工作面進(jìn)風(fēng)流二次散熱。

(4)在大功率電氣設(shè)備上安裝循環(huán)冷卻水管，配合內(nèi)部冷卻水減少其向工作面進(jìn)風(fēng)流中散熱。

(5)合理安排礦工的工作時間，延長休息時間，提供加鹽飲用水。

4 礦用局部制冷技術(shù)的應(yīng)用

4.1 制冷設(shè)備布置技術(shù)方案

為有效解決工作面高溫?zé)岷Γ纳乒ぷ髅孀鳂I(yè)環(huán)境，使用北京長順安達(dá)公司生產(chǎn)的ZJL -450 型礦用制冷機對工作面進(jìn)風(fēng)流進(jìn)行制冷降溫。為了最大限度地發(fā)揮ZJL -450 型礦用制冷設(shè)備的制冷效率，制冷系統(tǒng)距離工作面越近越好，但由于電氣設(shè)備串車位置限制，制冷機只能布置在S2S9運輸巷道電氣設(shè)備串車之后，與電氣設(shè)備串車相連接形成整體串車，隨工作面的推進(jìn)與電氣設(shè)備串車同時向后移動。局部通風(fēng)機通過風(fēng)筒送風(fēng)至制冷機蒸發(fā)器，被制冷降溫后的風(fēng)進(jìn)入工作面進(jìn)風(fēng)流。

由于受熱效損失影響，冷卻水溫低時攜帶熱量能力較大。經(jīng)現(xiàn)場實測，制冷機所需冷卻水量受水溫的影響，冷卻水溫度為16 ～18℃時，冷卻水實測流量為25 ～28 m3/h 即能滿足需要;冷卻水溫度為19 ～21℃時，冷卻水實測流量則需30 ～32.5 m3/h，必須采取措施保證進(jìn)入制冷機的冷卻水在進(jìn)入井下后盡量降低和井下高溫環(huán)境的熱交換。制冷機進(jìn)水管為直徑89 mm 的鐵管，為防止進(jìn)水吸熱升溫，降低進(jìn)水無效熱量損失，進(jìn)水管外做保溫層，增加了冷卻水?dāng)y帶熱量能力。回水管為直徑108 mm 鐵管，為防止回水管路向工作面進(jìn)風(fēng)流二次散熱，回水管外做保溫層。

4.2 使用過程中出現(xiàn)的問題

(1)冷卻水水溫、水質(zhì)問題。制冷機冷卻水使用礦井循環(huán)水，礦井循環(huán)水為經(jīng)過綜合處理二次利用的工業(yè)廢水，水質(zhì)差、水體比熱值小、攜帶熱量能力小，且水溫較高，曾經(jīng)出現(xiàn)過因為冷卻水水質(zhì)、水溫影響，造成制冷機停止運轉(zhuǎn)的情況。在春、秋、冬三季，由于地表氣溫較低，從井下排出的礦井循環(huán)水經(jīng)地面污水處理后，可以由冷卻塔自然冷卻(礦井循環(huán)水溫度從升井時的32 ～37℃可以降至12 ～16℃)，直接輸送到井下利用。在夏季，由于地表氣溫較高，礦井循環(huán)水必須經(jīng)過地面制冷系統(tǒng)冷卻降溫后(地面制冷系統(tǒng)每循環(huán)可以把礦井循環(huán)水降溫12℃左右)才能達(dá)到井下制冷機的使用要求。

(2)制冷風(fēng)機吸入空氣質(zhì)量問題。制冷機是通過蒸發(fā)器的風(fēng)流達(dá)到冷卻目的，這就要求蒸發(fā)器內(nèi)冷凝管與空氣充分接觸，但是如果風(fēng)流中帶有速凝劑、水泥、煤灰等雜質(zhì)，雜質(zhì)附著在冷凝管上就降低了冷凝管與風(fēng)流的熱交換率，影響制冷效果。對策是在制冷風(fēng)機入口安設(shè)噴淋式過濾器和定期清理蒸發(fā)器。但如果噴淋水過大又無形中增加了風(fēng)流中的濕度，對制冷效果有一定的影響，所以在日常的管理過程中需要了解噴淋水量的臨界點，把制冷效果調(diào)整到最佳狀態(tài)。

5 制冷降溫效果分析

在S2S9綜放工作面設(shè)置測點，對巷道內(nèi)的降溫效果進(jìn)行測試，并組織停機試驗，見表1，以比較使用與不使用制冷系統(tǒng)的效果。

通過采取綜合降溫措施，解決了局部制冷機組的冷卻水水溫、水質(zhì)以及井下空氣的粉塵、溫度等問題的影響后，S2S9綜放工作面實現(xiàn)了制冷設(shè)備的正常連續(xù)運行。經(jīng)現(xiàn)場實測，制冷機進(jìn)、出口風(fēng)流溫度差為12 ～14℃，S2S9綜放工作面的溫度和濕度都明顯降低，除去季節(jié)性大氣溫度影響，溫度可降低2 ～3℃，濕度可降低12% ～18%，作業(yè)環(huán)境得到明顯改善。

表1 制冷機停機與運行溫濕度對比表

［1］ 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(chǔ)科學(xué)，2008 (2)

［2］ 周濤，向東等. 局部降溫工程中冷凝熱排放方案探討及工程實踐［J］. 中國煤炭，2012 (12)

［3］ 褚召祥，辛嵩，王保齊. 回采工作面空冷器組合降溫方式試驗研究［J］. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2010 (11)