礦井局部降溫設備在綜采工作面上的應用

陳鄒渝

摘要：本文介紹的井下局部降溫系統(tǒng)主要是利用“蒸發(fā)吸熱，冷凝放熱”原理進行工作，制冷機組通過管道將冷凍水輸送至采煤工作面，從而帶走工作面中的熱量。

關鍵詞：煤礦熱害 綜采工作面 局部降溫

1 項目實施概況

1.1 項目調(diào)研考察 羊場灣煤礦為寧煤集團第一大原煤生產(chǎn)礦井，一號井在原初設計年產(chǎn)500萬噸的基礎上進行改造，采用大采高工作面設備和現(xiàn)代化的掘進設備，現(xiàn)年生產(chǎn)任務超過1000萬噸。針對羊場灣煤礦一號井熱害特點，2009年7月，集團公司組織安全監(jiān)察局、生產(chǎn)技術部、機電管理部、羊場灣煤礦組成考察組先后對淮南礦業(yè)集團、平煤集團、徐州礦業(yè)集團所屬的國內(nèi)熱害礦井進行了細致考察。國內(nèi)采取的降溫技術主要有井下局部電制冷降溫系統(tǒng)、冰冷式降溫系統(tǒng)、熱-電-冷聯(lián)供降溫技術、HEMS（井下空調(diào)）降溫技術。淮南礦業(yè)集團以進口設備的地面集中降溫方式和局部降溫相結合的方式為主；平煤集團以國產(chǎn)設備為主的地面集中降溫方式和進口國外設備的局部降溫方式相結合；徐州礦業(yè)集團以進口設備的井下集中降溫方式為主。

通過考察了解，淮南丁集礦采用的熱-電-冷聯(lián)供降溫技術初期投入大，整體投資高，建設周期長，運行費用高，降溫效果不明顯（一般在1～2℃）；平煤集團六礦采用的地面集中制冷降溫技術，有一定的降溫效果（一般在3～5℃），但對于36℃以上高溫礦井，降溫后的工作面溫度仍然超過30℃，降溫后仍不能滿足《煤礦安全規(guī)程》的要求，且投資大、運行成本高，企業(yè)經(jīng)濟負擔重。

經(jīng)考察多個礦井降溫方式、資金投入、運行費用和降溫效果綜合比較，最終確定羊場灣煤礦一號井采用水源熱泵井下局部降溫系統(tǒng)。

1.2 礦井降溫方案 羊場灣煤礦井下局部降溫系統(tǒng)利用“蒸發(fā)吸熱，冷凝放熱”原理進行工作。水源熱泵機組通過壓縮機做功，制取冷凍水（8℃），通過循環(huán)系統(tǒng)將冷凍水送到回采工作面，經(jīng)空冷器、風機盤管和工作面環(huán)境熱空氣進行熱交換，帶走工作面熱量，實現(xiàn)工作面降溫；吸收熱量后的冷凍循環(huán)水（13℃）回到機組蒸發(fā)器，與冷媒工質(zhì)進行熱交換，再次被冷卻（8℃）進入末端循環(huán)冷凍水系統(tǒng)，如此循環(huán)，吸熱后的高溫冷卻水經(jīng)井下排水系統(tǒng)排至+900m水平水倉，最終排至地面，帶走工作面制冷過程中產(chǎn)生的冷凝廢熱，達到為Y120204工作面降溫目的。冷凍水管及冷卻水管都采用273mm鋼管，前期管路總長度為6300m。

水源熱泵系統(tǒng)裝機總功率為1152.5kW，系統(tǒng)主要由主機、冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成。設備機房硐室設置在輔運下山與膠運下山7#聯(lián)絡巷內(nèi)，硐室內(nèi)安裝兩臺FLSLGF1050IV型冷水機組，單臺額定制冷量為1025kW，電機功率315kW；冷凍水系統(tǒng)由冷凍水循環(huán)泵、冷凍水管道、末端空冷器、水箱及補水泵組成；冷卻水系統(tǒng)由冷卻水循環(huán)泵、冷卻水管道和除污過濾系統(tǒng)組成；電控系統(tǒng)由移變、組合開關、磁力啟動器、PLC控制器等組成。

1.3 項目實施情況 羊場灣煤礦節(jié)能型井下局部降溫工程采用工程總包形式，由中國煤炭工業(yè)濟南設計有限公司總承包實施，山東同方能源工程技術有限公司、中煤第五建設有限公司、徐州博林高新技術有限公司聯(lián)合施工。項目立項后礦方會同濟南設計院、中青國能多次對技術方案、設計圖紙進行了會審修改，及時對修改完善的方案、圖紙上報集團公司審查。同時對濟南設計院、中青國能設計資質(zhì)進行了審查備案。2010年3月底Y120204工作面降溫方案經(jīng)集團公司批復后，礦方與中青國能簽訂了技術協(xié)議，由中青國能委托中煤五建負責工程安裝，安裝主材由礦方統(tǒng)一采購，降溫設備由中青國能提供。在對中煤五建施工資質(zhì)審查后，中煤五建根據(jù)設計方案編制了《施工組織設計》和施工圖紙，由礦方與濟南設計院、中青國能、中煤五建共同對《施工組織設計》和施工圖紙進行會審、備案。

為了加快降溫工程實施進度，按期完成項目工程，礦成立了Y120204工作面熱害治理工程項目小組，并按照相關規(guī)定委托寧夏靈州監(jiān)理公司進行工程質(zhì)量監(jiān)管，同時要求施工單位成立熱害治理工程項目部，設立組織機構和安全管理機構，指定項目經(jīng)理。項目實施過程中雙方定期組織召開專題會議，及時解決施工過程中出現(xiàn)的問題。

2010年10月11日礦方組織降溫工程各相關單位召開開工平衡會，就地面場地、材料供應等方面進行了統(tǒng)一協(xié)調(diào)，同時礦方對中煤五建施工隊伍進行入井培訓，核發(fā)入井資格證并持證上崗。

材料進場后礦方與中煤五建、靈州工程監(jiān)理公司按照設計要求進行了材料檢驗，2010年12月20日正式開始安裝，歷經(jīng)65天完成了管路加工制作、防腐保溫處理；管路安裝、電纜敷設、儀器儀表安裝；機房硐室設備安裝等工作。2011年3月8日安裝工程結束，隨后，礦方組織相關單位對安裝工程進行驗收，督促施工方對存在的問題進行限期整改。項目施工過程中，礦方要求施工單位嚴格按照礦方相關管理制度進行現(xiàn)場管理，每班由監(jiān)理公司安排專職監(jiān)理人員、中煤五建安排管理人員進行跟班。單項工程均按要求編制專項安全技術措施，做到“一工程，一措施”。

3月10日完成降溫工程安裝工作，隨后對降溫系統(tǒng)進行聯(lián)合調(diào)試、試運轉。試運轉過程中，一方面由于水源熱泵機組設備運行不穩(wěn)定，導致開機率較低，另一方面由于工作面推進速度快（每月200米左右），造成降溫系統(tǒng)末端設備頻繁后撤，在系統(tǒng)優(yōu)化改造階段和調(diào)試階段共經(jīng)歷3次后撤，后撤距離共計1710m，嚴重影響了降溫系統(tǒng)的調(diào)試運行進度。

9月份將降溫系統(tǒng)末端設備后撤至Y120204機巷3#聯(lián)巷以外，經(jīng)過調(diào)試，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運轉，對現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)分析，工作面平均降溫5℃，濕度降至70%左右，降溫效果明顯，工作面作業(yè)環(huán)境得到改善。

1.4 項目特點及優(yōu)化改造 該項目是國內(nèi)第一個千萬噸以上綜采工作面降溫工程，具有超長走向（3093米）、超長傾向（300米）、高強度開采的大采高綜采工作面，雙機組、多臺空冷器并列同時運行的特點，面臨工作面推進速度快、熱量釋放集中、礦井水質(zhì)差一系列難題。

為了完成這個重大科研項目，保證降溫效果，礦方聯(lián)合濟南院、中青國能集團、中煤五建針對影響系統(tǒng)正常運行的設備、管道、末端系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)、除污過濾系統(tǒng)、補水系統(tǒng)等進行了一系列優(yōu)化改造，較好地解決了冷凍水定流量變揚程的調(diào)節(jié)問題，礦井污水在冷卻循環(huán)系統(tǒng)中的除污防堵問題，末端布置與風筒配置問題、自動補水問題等，從而保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2 項目投資完成情況

羊場灣煤礦節(jié)能型井下局部降溫工程采用工程總包形式，由中國煤炭工業(yè)濟南設計有限公司總承包實施，其中，主要設備礦用防爆水源熱泵機組、防爆冷循環(huán)泵、礦用除污器、礦用空冷器、防爆風機盤管等設備由實施單位購置，其余設備及安裝主材由建設單位提供。

熱害治理項目項目概算總投資2688.56萬元。其中：設備及工器具購置1676.03萬元；安裝工程714.96萬元；其它基本建設費用為194.17萬元；基本預備案費103.41萬元。合同價款1323萬元，包括設備費849萬元，監(jiān)控系統(tǒng)99萬元，設計費25萬元，設備安裝費350萬元。

3 運行效果分析

3.1 運行前工作面溫度情況 項目實施前，Y120204綜采工作面配風量1500m3/min，現(xiàn)場實測進風流溫度31℃，工作面上口溫度33℃，工作面濕度在95%以上。

3.2 合同降溫指標 系統(tǒng)正常運行后，保證工作面的溫度降至26℃以內(nèi)。在皮帶機頭、皮帶機中驅設置防爆風機盤管，直接為崗位工降溫，保證風機盤管的出風溫度在24℃以內(nèi)，為井下提供良好的作業(yè)環(huán)境。

3.3 運行效果 九月份系統(tǒng)正常運行期間，Y120204工作面現(xiàn)場實測溫度：進風下口溫度為24℃左右，濕度為70%左右；回風流溫度為28℃左右，濕度為85%左右，工作面平均溫度為26℃（詳見工作面溫度變化曲線）。

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，工作面平均降溫5℃左右，濕度降低至75%左右，降溫除濕效果比較明顯，舒適度大大提高。降溫以后工作環(huán)境有了很大改善，杜絕了員工中暑現(xiàn)象，提高了勞動生產(chǎn)率。

4 后續(xù)改進完善措施

根據(jù)羊場灣煤礦開采技術條件和礦井現(xiàn)狀，地溫熱害將成為威脅礦井安全生產(chǎn)的主要隱患之一，為有效解決礦井熱害，創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境，后期該礦將聯(lián)合濟南院、中青國能集團對水源熱泵局部降溫系統(tǒng)繼續(xù)進行優(yōu)化改造，進一步完善自動監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。2012年4月份120204工作面回采結束后，將優(yōu)化改造后的降溫系統(tǒng)繼續(xù)在120206工作面投入使用，為工作面降溫。

參考文獻：

[1]《煤礦安全規(guī)程》.

[2]《礦井降溫技術規(guī)范》MT/T1136-2011.

[3]邵敬民，丁峰，賀軍豪.礦井局部降溫系統(tǒng)的研究與應用[J]. 中州煤炭，2012（05）.