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備散熱量大、通風距離長、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)人員失水嚴重，降低了勞動效率，嚴重威脅作業(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、選用先進的ZJL -450型礦用局部制冷設備、合理調(diào)整局部通風系統(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。局部制冷降溫設備技術的引進是第一次應用于鐵煤集團，意義重大。通過該項目的實施，檢驗了局部制冷降溫設備的先進性和優(yōu)劣程度，為鐵煤集團引進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)高溫熱害治理方案的優(yōu)化提供了實踐依據(jù)。

2 高溫熱害來源分析

(1)機電設備散熱。S2S9綜放工作面機電設備多、功率大，機電設備功率總和為5292 kW，散熱增溫量非常明顯。經(jīng)現(xiàn)場實測，生產(chǎn)期間回風巷道口溫度為35℃，停產(chǎn)期間回風巷道口溫度為27℃，由此可見機電設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，到達用風地點后，溫度將進一步升高。

(4)空氣壓縮能。S2S9綜放工作面開采水平為-680 ～-700 m，風流進入井下后，由于空氣壓縮釋放熱量，進一步提高了空氣溫度。

(5)通風路線。S2S9綜放工作面位于S2采區(qū)邊緣，通風路線長(達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)生的熱量進一步升高空氣溫度，造成工作面氣候條件進一步惡化。

(7)地溫影響。S2S9綜放工作面位于S2采區(qū)邊緣，風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 高溫熱害治理手段

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

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

(3)進、回水管路加保溫層。降低進水無效熱損，增加機電設備冷卻水攜帶熱量能力，減少機電設備向空氣中釋放熱量?；厮芗颖貙?，防止向工作面進風流二次散熱。

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

(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 礦用局部制冷技術的應用

4.1 制冷設備布置技術方案

為有效解決工作面高溫熱害，改善工作面作業(yè)環(huán)境，使用北京長順安達公司生產(chǎn)的ZJL -450 型礦用制冷機對工作面進風流進行制冷降溫。為了最大限度地發(fā)揮ZJL -450 型礦用制冷設備的制冷效率，制冷系統(tǒng)距離工作面越近越好，但由于電氣設備串車位置限制，制冷機只能布置在S2S9運輸巷道電氣設備串車之后，與電氣設備串車相連接形成整體串車，隨工作面的推進與電氣設備串車同時向后移動。局部通風機通過風筒送風至制冷機蒸發(fā)器，被制冷降溫后的風進入工作面進風流。

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入制冷機的冷卻水在進入井下后盡量降低和井下高溫環(huán)境的熱交換。制冷機進水管為直徑89 mm 的鐵管，為防止進水吸熱升溫，降低進水無效熱量損失，進水管外做保溫層，增加了冷卻水攜帶熱量能力?；厮転橹睆?08 mm 鐵管，為防止回水管路向工作面進風流二次散熱，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)才能達到井下制冷機的使用要求。

(2)制冷風機吸入空氣質(zhì)量問題。制冷機是通過蒸發(fā)器的風流達到冷卻目的，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流的熱交換率，影響制冷效果。對策是在制冷風機入口安設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綜放工作面設置測點，對巷道內(nèi)的降溫效果進行測試，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)了制冷設備的正常連續(xù)運行。經(jīng)現(xiàn)場實測，制冷機進、出口風流溫度差為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］. 中國基礎科學，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］. 煤炭科學技術，2010 (11)