侯彪

【摘 要】煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)占據(jù)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(jīng)嚴(yán)重影響到了煤礦一線工人的安全，因高溫引發(fā)的事故比例也在升高?，F(xiàn)在比較常見的制冷技術(shù)是空調(diào)制冷技術(shù)，論文主要論述了地面集中式空調(diào)系統(tǒng)的原理，每一種技術(shù)都有一定的局限性。因此我們提出了一種聯(lián)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(guān)鍵詞】能源結(jié)構(gòu)；高溫；空調(diào)制冷技術(shù)；地面集中式空調(diào)系統(tǒng)；聯(lián)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(xiàn)標(biāo)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(jié)構(gòu)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(xiàn)在的平均開采深度已經(jīng)高達(dá)800m左右，有很多的礦井開采深度甚至已經(jīng)達(dá)到1200m以上。但是隨之而來的問題也日益增多，高瓦斯?jié)舛?，高溫度，高?yīng)力等諸多問題。這些問題嚴(yán)重影響了開采的進(jìn)行以及礦工的安全，如何保證礦工在一個(gè)安全的環(huán)境中進(jìn)行開采是一個(gè)必須解決的問題。到目前為止，很多專家學(xué)者提出了許多的降溫技術(shù)，比如人工降溫，空調(diào)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(dǎo)體的降溫方法。

導(dǎo)致礦井高溫的原因很復(fù)雜，其中最重要的是以下幾個(gè)原因?qū)е碌模?/p>

①機(jī)電設(shè)備工作時(shí)會釋放出大量的熱量；

②地表的高溫氣流會通過通風(fēng)井進(jìn)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(huán)境中會感覺不適，易煩躁。在高溫環(huán)境中工作易發(fā)生中暑現(xiàn)象，嚴(yán)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(jìn)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(yè)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

2 常見制冷的方式和制冷原理

由于人工制冷技術(shù)的局限性，我國主要使用的是空調(diào)制冷的技術(shù)。空調(diào)制冷技術(shù)分為好多種，最主要的有蒸氣壓縮式制冷技術(shù)，人工制冰技術(shù)，熱制冷技術(shù)等。

礦井空調(diào)是一個(gè)很復(fù)雜的系統(tǒng)，主要是有載冷劑、制冷劑和冷卻水三個(gè)系統(tǒng)級聯(lián)而成的。

①制冷劑循環(huán)系統(tǒng)：制冷劑通過制冷劑的循環(huán)的方式來制取冷量。

②載冷劑循環(huán)系統(tǒng)：因?yàn)橹评湔镜奈恢貌煌?，所以會形成不同的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)。

③冷卻水循環(huán)系統(tǒng)：冷卻水循環(huán)系統(tǒng)是由冷卻塔和冷卻水管道組成的。系統(tǒng)就是通過這三個(gè)同時(shí)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(diào)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)通常把制冷站，冷凝熱設(shè)置在地面上排放，而把高低壓換熱器設(shè)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(fēng)地點(diǎn)上的空冷器來冷凝風(fēng)流，達(dá)到降溫的效果，具體的流程如圖1所示。

這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：建設(shè)成本低，設(shè)備便于維護(hù)，而且是集中冷卻礦井的總進(jìn)風(fēng)量，效率較高。缺點(diǎn)是：經(jīng)濟(jì)型差，安全性差。而且在風(fēng)地點(diǎn)的效果也不好。

3 聯(lián)合技術(shù)降溫技術(shù)

單獨(dú)的制冷方式都有一定的缺點(diǎn)，因此我們提出了聯(lián)合技術(shù)降溫技術(shù)來解決礦井高溫的方法。

3.1 進(jìn)風(fēng)口處制冷

由于夏季氣溫過高，影響導(dǎo)致進(jìn)風(fēng)口氣溫過高。基于此種情況，我們可以選擇在進(jìn)風(fēng)口進(jìn)行制冷處理?？梢允褂妹}外低溫巷道降低入風(fēng)溫度、對進(jìn)風(fēng)風(fēng)流采用冷水逆流噴淋降溫等技術(shù)處理。比如可以向礦山的進(jìn)風(fēng)井中進(jìn)行低溫水逆流噴淋（武安-30噴霧器）。當(dāng)進(jìn)風(fēng)量為12m/s，溫度為26℃，噴水量為40t/h時(shí)，這時(shí)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(jìn)行風(fēng)筒噴霧，這時(shí)候能夠使工作面的入風(fēng)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(shù)降低了夏季的入風(fēng)氣溫，效果很好。

3.2 機(jī)電設(shè)備降溫制冷

①可以減少步進(jìn)電機(jī)的發(fā)熱。減少電機(jī)發(fā)熱的本質(zhì)就是減少銅損和鐵損。

②如果是已經(jīng)選好的電機(jī)，那么就應(yīng)當(dāng)充分利用電機(jī)驅(qū)動器的自動半流的控制功能和脫機(jī)功能。自動半流的控制功能在電機(jī)處于不工作的狀態(tài)自動減少電流，脫機(jī)功能直接將電流切斷。

③應(yīng)當(dāng)選擇合適的驅(qū)動電機(jī)電壓等級，兼顧高帶性、平穩(wěn)性和發(fā)熱、噪音等指標(biāo)。

④細(xì)分?jǐn)?shù)越高的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)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(jī)發(fā)熱減少。

3.3 局部制冷

可以采用將低溫風(fēng)流直接壓入工作面的技術(shù)，通過采用隔熱風(fēng)筒 可以有效地改變工作面作業(yè)條件。采取這種技術(shù)可以大大降低工作面溫度，同時(shí)又可保證作業(yè)點(diǎn)有比較固定的風(fēng)速，從而使作業(yè)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(shù)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?zé)崮芤粯拥哪芰考右曰厥绽?。每?dāng)夏季炎熱高溫的時(shí)候，礦井的溫度可達(dá)30℃以上，部分礦井甚至可達(dá)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(chǎn)養(yǎng)殖，飼養(yǎng)牲畜，土壤加溫，脫水加工。

4 發(fā)展前景

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對煤炭需求量會進(jìn)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(jīng)有超過數(shù)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(yè)安全、高效生產(chǎn)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(yīng)用前景，要實(shí)現(xiàn)礦井制冷有質(zhì)的飛躍，還需要進(jìn)行更加深入的研究。

【參考文獻(xiàn)】

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

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

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