商品冰在綜采工作面降溫方案的應用分析

胡占海

摘要：隨著采礦向深部發展，礦井溫度越來越高，礦井氣象條件逐漸惡化， 目前三河尖煤礦-980m溫度高達30～33℃，直接危害工人健康和生產率的提高，地溫問題已成為礦井安全生產中的一個重要問題。本文通過對三河尖煤礦井下地溫的調查，分析了地溫的影響因素，提出了地溫的防治措施，對曬口煤礦地溫的防治工作具有一定的現實意義。

Abstract： With the development of mining to deep， the temperature of mines is getting higher and higher， and the meteorological conditions of mines are gradually deteriorating. At present， the temperature of -980m in Sanhejian Coal Mine is as high as 30～33°C， which directly harms the health of workers and productivity. The problem of ground temperature has become an important issue in mine safety production. Based on the investigation of the underground temperature of the Sanhejian Coal Mine， this paper analyzes the influencing factors of ground temperature， and puts forward the prevention and control measures of ground temperature， which has certain practical significance for the prevention and control of the ground temperature of the Shaikou coal mine.

關鍵詞：回采；降溫；效果

Key words： recovery；cooling；effect

中圖分類號：TD323 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）33-0245-02

0 引言

根據《煤礦安全規程》規定：“生產礦井采掘工作面的空氣溫度不得超過26℃ ，機電設備硐室的溫度不得超過30℃；采掘工作面的空氣溫度超過30℃，機電設備硐室的空氣溫度超過34℃時，必須停止作業。”三河尖煤礦降溫系統深部采區工作面及掘進頭環境目標控制溫度為干球溫度26～29℃，相對濕度90%以內。

地下采掘面工作溫度均在32°以上，在高溫熱害環境中，工作人員的身心健康受到極大的影響，人的中樞神經系統容易失調，從而感到精神恍惚、疲勞、周身無力、昏昏沉沉，甚至中暑昏倒、嘔吐和濕疹等，高溫高濕環境使工人的身體和工作能力受到極大的傷害，同時這種精神狀態成為誘發事故的原因。

1 礦井及工作面概況

三河尖井田座落在豐沛煤田西北角，屬華北地層區。礦井目前有三個采區在進行生產，分別為西一采區、南翼采區和吳莊采區。礦井采用機械抽出式通風。72209工作面屬于南翼采區，位于-980m水平，工作面位于-900～

-980m水平之間。工作面屬于回采7#煤層，直接頂為砂質泥巖，直接底為砂質泥巖。煤層厚度平均為2.4m，煤層傾角大約為18°。72209工作面走向長度924m，傾向長度平均為162m。采煤方法為走向長壁后退式采煤法，采煤工藝為綜合機械化采煤，一次采全高。采用液壓支架支護管理頂板。

2 煤礦井下溫度現狀

徐州礦區煤礦恒溫帶深度在30m左右，溫度為17℃左右，礦井平均地溫梯度最低為1.12℃/100m，最高達到3.32℃/100m，平均2.3℃/100m左右。開采深度在-600m水平以上的礦井，原巖溫度在23.2-28℃，基本屬于無熱害礦井；開采深度在-600m～-800m水平的礦井，原巖溫度在24-33.4℃，熱害的程度較低。徐礦集團三河尖煤礦采深-700m水平時，原巖溫度達到32.18℃，開采深度達到-800m以下時，原巖溫度達到37-49℃，屬于二級熱害區，熱害現狀嚴重。隨著采深的增大，熱害程度增加，采深達到-1000m時熱害尤為嚴重。三河尖礦72209工作面正處于二級熱害區，礦井必須采取降溫措施降低該工作面工作環境的溫度，以保護施工人員的人身安全。

3 工作面降溫方案

目前三河尖礦采用的主要降溫方式為HEMS機械降溫系統，主要用于西一采區和吳莊采區，為成熟的降溫方式，降溫效果良好。但72209工作面為南二采區最后一個回采工作面，投入HEMS降溫系統，會增加運營成本、且只用于一個工作面，浪費巨大。只能依靠增加送風量來達到降溫的目的，但是由于地面溫度較高，單純依靠增加風量來降低溫度已不能達到舒適的作業環境溫度，將嚴重影響工人的身心健康和礦井的安全生產。因此，有必要對72209工作面采取其他降溫措施。

根據72209工作面的巷道布置、礦井通風系統、制冷降溫范圍、采深、冷負荷、礦井涌水量及水質和水溫、回風風量和溫度、采掘機械化程度、熱源等因素影響來考慮，確定采用制冰降溫系統。

現場測試了72209工作面溫度，具體數據如表1。

由以上數據可見，整個工作面空氣溫度自然條件下，溫度從27.6℃升高至29.4℃，空氣合計升高1.8℃。經測算工作面配風量為1700m3/min。要想滿足工作面尾端溫度不大于30℃，需要在工作面前端溫度不超過28℃。

經過反復研究降溫原理，推敲工藝流程及操作的便利性。采用制冰降溫措施，將72209工作面前的空氣直接降溫，減少空氣輸送過程中冷損耗，提高降溫效率。

為此進行了兩次實驗：

試驗一：

采用商品冰降溫箱（截面尺寸為800mm×800mm，長度為1000mm），里面設置三層鐵架，每層鐵架放置3塊商用冰塊（單個冰塊尺寸370mm×700mm×170mm，重量41kg），共計9塊冰。采用風量為300m3/min的局扇，通過風筒將室外空氣送進商品冰降溫箱，商品冰降溫箱對面為出風口。室外溫度為32℃，出風溫度為24℃，空氣經過冷卻后降低8℃。

又串聯了兩個商品冰降溫箱（也就是三個商品冰降溫箱串聯，放置27塊商品冰），在室外空氣溫度32℃的情況下，空氣溫度降低10℃。經過熱質交換計算，估算采用三臺商品冰降溫箱串聯降溫后，取用工作面前300m3/min經過冰塊降溫箱處理后，與工作面前空氣其他空氣混合成1700m3/min后（假如工作面前未經過處理的空氣溫度為32℃），空氣溫度可降低至30.24℃。

把風量1700m3/min的工作面空氣溫度，從32℃降低到28℃，上面數據顯示只能降低1.76℃，距離降低4℃，差距很大。

在此基礎上，改進試驗方案：增加送風量，以及商品冰的數量。

試驗二：

采用商品冰降溫箱（截面尺寸為1200mm×1500mm，長度為1000mm），里面設置五層鐵架，（單個冰塊尺寸370mm×700mm×170mm，重量41kg），共計24塊冰。采用通風量為389m3/min的局扇，通過風筒將室外空氣送進商品冰降溫箱，商品冰降溫箱對面為出風口，測試數據如表2（風機吸入溫度32℃）：

在室外空氣溫度32℃的情況下，空氣溫度降低約10℃。經過熱質交換計算，估算采用一臺商品冰降溫箱降溫后，取用工作面前389m3/min的風量經過冰塊降溫箱處理后，經與工作面前空氣其他空氣混合成1700m3/min的風量后（假如72209工作面前未經過處理的空氣溫度為32℃），空氣溫度可降低至29.72℃。如果要將工作面前空氣工作溫度降低至28℃，需要兩套389m3/min的風量經過冰塊降溫箱處理，并聯放置或者兩套設備間距50m以上放置（根據現場工作環境定放置方式）。

通過以上兩次試驗，最終選用商品冰降溫箱（截面尺寸為1200mm×1500mm，長度為1000mm），里面設置五層鐵架（單個冰塊尺寸370mm×700mm×170mm，重量41kg），共計24塊冰，采用通風量為389m3/min的局扇。兩套系統并聯或者兩套設備間距50m以上放置（根據現場工作環境定放置方式）。

4 進一步降溫措施

為了進一步提高冰的使用效率，將現場冰融化成的水（約3℃），在商品冰降溫箱底部收集，經加壓后噴霧，與冷卻后的空氣再次交換，進一步降低冷卻空氣溫度。具體實施如下：

在商品冰降溫箱出風截面上半部分，四周均勻布置冷卻水噴霧頭。水經過加壓霧化后的，與高速冷卻空氣混合后一同送往工作面，在送往工作面的過程中，會與周圍環境空氣進一步充分混合，吸收冷卻水霧的熱量，提高冰水的使用效率。

因為巷道寬度有限，我們的商品冰降溫箱只能放在巷道的一側，為了更好使冷卻后的空氣與環境空氣混合，我們采用在商品冰降溫箱出風口加入倒流措施，使的冷卻空氣送至巷道水平中間，上下空間偏上的位置（考慮冷空氣會下沉），這樣空氣就能更好的混合。

5 結論

經過兩次試驗，不斷的改進工藝設備布置。最終采用兩套風機389m3/min的風量經過冰塊降溫箱處理，并聯放置或者兩套設備間距五十米以上放置（根據現場工作環境定放置方式）。冷卻空氣經過倒流后，再與冷卻水經過加壓噴霧后混合，送至工作面前，與工作面周圍空氣混合。最終可以將1700m3/min風量的空氣從32℃降低至28℃，送至工作面前。使得降溫后的空氣經過采掘工作面后，至采掘工作面末端滿足不超過30℃要求。

參考文獻：

[1]王銳.礦井熱害勘探預測與治理[M].北京：原子能出版社，1999.

[2]陸智斐.淺析礦井熱害的治理[J].中國科技縱橫，2010（18）：41.

[3]郭念波.礦井高溫熱害綜合治理技術的探索和實踐[J].中國煤炭，2015（01）.