煤礦制冷技術的研究及應用

侯彪

【摘 要】煤炭在我國能源結構占據著很大的比重，隨著開采深度的不斷增加，礦井的溫度越來越高。高溫問題已經嚴重影響到了煤礦一線工人的安全，因高溫引發的事故比例也在升高。現在比較常見的制冷技術是空調制冷技術，論文主要論述了地面集中式空調系統的原理，每一種技術都有一定的局限性。因此我們提出了一種聯合制冷方式來解決這種問題。

【Abstract】Coal occupies a large proportion in China's energy structure. With the increasing mining depth， the temperature of the mine is getting higher and higher. The problem of high temperature has seriously affected the safety of coal mine front-line workers， and the proportion of accidents caused by high temperature is also increasing. Now the common refrigeration technology is air-conditioning refrigeration technology. This paper mainly discusses the principle of ground centralized air conditioning system， each technology has some limitations. Therefore， we propose a joint refrigeration method to solve this problem.

【關鍵詞】能源結構；高溫；空調制冷技術；地面集中式空調系統；聯合制冷方式

【Keywords】energy structure； high temperature； air conditioning refrigeration technology； surface centralized air conditioning system； joint refrigeration method

【中圖分類號】TB66 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）07-0156-02

1 研究背景

我們都知道煤炭資源在我國能源結構中占重要比例。由于煤炭資源不斷被消耗，開采深度不斷增加，我國現在的平均開采深度已經高達800m左右，有很多的礦井開采深度甚至已經達到1200m以上。但是隨之而來的問題也日益增多，高瓦斯濃度，高溫度，高應力等諸多問題。這些問題嚴重影響了開采的進行以及礦工的安全，如何保證礦工在一個安全的環境中進行開采是一個必須解決的問題。到目前為止，很多專家學者提出了許多的降溫技術，比如人工降溫，空調降溫。但是他們都存在著很多的問題，因此我們提出了一種半導體的降溫方法。

導致礦井高溫的原因很復雜，其中最重要的是以下幾個原因導致的：

①機電設備工作時會釋放出大量的熱量；

②地表的高溫氣流會通過通風井進到工作面；

③越往下開采，溫度就會越高；

④工作面的煤炭會氧化，釋放出很多的熱量。

煤礦高溫的危害主要是降低勞動者的勞動效率，致使勞動者意志恍惚，從而造成煤礦人為事故。眾所周知，人處于高溫環境中會感覺不適，易煩躁。在高溫環境中工作易發生中暑現象，嚴重威脅煤礦工人的安全。隨著煤礦工人勞動效率的下降，致使煤礦的掘進工作放慢，造成接替紊亂，不能有效地保證煤礦的安全、高效開釆，給煤礦企業帶來嚴重的經濟損失。

2 常見制冷的方式和制冷原理

由于人工制冷技術的局限性，我國主要使用的是空調制冷的技術?？照{制冷技術分為好多種，最主要的有蒸氣壓縮式制冷技術，人工制冰技術，熱制冷技術等。

礦井空調是一個很復雜的系統，主要是有載冷劑、制冷劑和冷卻水三個系統級聯而成的。

①制冷劑循環系統：制冷劑通過制冷劑的循環的方式來制取冷量。

②載冷劑循環系統：因為制冷站的位置不同，所以會形成不同的制冷劑循環系統。

③冷卻水循環系統：冷卻水循環系統是由冷卻塔和冷卻水管道組成的。系統就是通過這三個同時吸收熱量來降低溫度的。

這里主要介紹一下地面集中式空調系統。這種系統通常把制冷站，冷凝熱設置在地面上排放，而把高低壓換熱器設置在井下，可以將高壓冷凍水變成二次冷凍水[1]。最后在用風地點上的空冷器來冷凝風流，達到降溫的效果，具體的流程如圖1所示。

這種系統的優點是：建設成本低，設備便于維護，而且是集中冷卻礦井的總進風量，效率較高。缺點是：經濟型差，安全性差。而且在風地點的效果也不好。

3 聯合技術降溫技術

單獨的制冷方式都有一定的缺點，因此我們提出了聯合技術降溫技術來解決礦井高溫的方法。

3.1 進風口處制冷

由于夏季氣溫過高，影響導致進風口氣溫過高。基于此種情況，我們可以選擇在進風口進行制冷處理?？梢允褂妹}外低溫巷道降低入風溫度、對進風風流采用冷水逆流噴淋降溫等技術處理。比如可以向礦山的進風井中進行低溫水逆流噴淋（武安-30噴霧器）。當進風量為12m/s，溫度為26℃，噴水量為40t/h時，這時候溫度可以降低2.2～2.6℃。如果是采用冰塊與27℃水混合的冷卻水在工作面進行風筒噴霧，這時候能夠使工作面的入風溫度平均下降5.5～6.5℃，相對濕度由原來的40%增加到50%，耗水量約0.24L/min。這種技術降低了夏季的入風氣溫，效果很好。

3.2 機電設備降溫制冷

①可以減少步進電機的發熱。減少電機發熱的本質就是減少銅損和鐵損。

②如果是已經選好的電機，那么就應當充分利用電機驅動器的自動半流的控制功能和脫機功能。自動半流的控制功能在電機處于不工作的狀態自動減少電流，脫機功能直接將電流切斷。

③應當選擇合適的驅動電機電壓等級，兼顧高帶性、平穩性和發熱、噪音等指標。

④細分數越高的步進電機驅動器能夠使得電流波形接近正弦波，使諧波大大減少，這樣就可以使電機發熱減少。

3.3 局部制冷

可以采用將低溫風流直接壓入工作面的技術，通過采用隔熱風筒 可以有效地改變工作面作業條件。采取這種技術可以大大降低工作面溫度，同時又可保證作業點有比較固定的風速，從而使作業人員有滿意的舒適感[2]。向高溫工作面采用水力引射器、壓氣引射器、渦流管等技術方法在一定程度上也改變了工人舒適感。

3.4 熱量回收

地下的熱量可以作為類似地熱能一樣的能量加以回收利用。每當夏季炎熱高溫的時候，礦井的溫度可達30℃以上，部分礦井甚至可達40℃以上，這樣溫度的氣體倘若被抽到地表加以利用，不僅可以解決礦井高溫的問題，20～50℃的水還可以用來沐浴，水產養殖，飼養牲畜，土壤加溫，脫水加工。

4 發展前景

隨著我國社會經濟的快速發展，對煤炭需求量會進一步上升，所以煤炭開采的深度會越來越深，這樣礦井高溫的問題就會十分普遍。目前，我國已經有超過數十對礦井開采深度超過900m，高地溫問題越來越成為影響煤礦企業安全、高效生產的主要問題之一[3]。礦井制冷與礦井熱量的收集在煤礦有著廣闊的應用前景，要實現礦井制冷有質的飛躍，還需要進行更加深入的研究。

【參考文獻】

【1】李莉，張人偉，王亮，等.礦井熱害分析及其防治[J].煤礦現代化，2006（2）：34-35，79.

【2】陳安國.礦井熱害產生的原因、危害及防治措施[J].中國安全科學學報，2004（8）：6-9.

【3】蘇明軍.礦井熱害與防治措施[J].煤礦機電，2007（5）：78-80.