摘 要：濟寧二號煤礦井下開采深度達到-1000m，地溫一般大于37℃處于一級高溫區(qū)，為有效解決夏季高溫熱害，設計采取全風量降溫技術治理礦井熱害，選用水源熱泵機組制備低溫冷凍水通過管道輸送到設置在主副井口的空氣換熱站，實現(xiàn)夏季對主副井進行降溫；冬季利用礦井水+蒸汽作為熱源，由熱泵機組制備熱水通過管道將輸送到設置的井口空氣換熱站，對主副井口供熱。熱害治理與余熱利用改造項目有效解決了夏季高溫熱害及冬季井筒防凍兩大問題。

關鍵詞：制冷；制熱；離心式熱泵機組；螺桿式熱泵機組；板式換熱器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.062

0 引言

濟寧二號煤礦是一座年設計生產(chǎn)能力為400萬噸的大型現(xiàn)代化煤礦，采用立井多水平開拓，第一水平-555m，第二水平-740m，開采深度-450m～-1000m。根據(jù)勘探地質報告，-650～ -900m之間等高線之間，溫度一般高于31℃、小于37℃，為一級高溫區(qū)；-900m等高線以深地溫一般大于37℃，屬于二級高溫區(qū)。設計采取全風量降溫技術治理礦井熱害，利用礦井水+蒸汽作為熱源，選用水源熱泵機組實現(xiàn)夏季對進入主副井口的風流進行降溫，冬季對主副井口供熱。

1 項目采用的技術原理

制冷負荷：副井口進風量18400m3/min，全部進行處理，所需的冷負荷為11876 kW，更衣室空調冷負荷2400 kW，總冷負荷14276 kW。制熱負荷：主副井口防凍熱負荷為6343kW，更衣室空調熱負荷2400 kW，總熱負荷為8743 kW。該系統(tǒng)由3臺離心式熱泵機組、2臺螺桿式熱泵機組、2臺板式換熱器、7臺冷卻水泵、7臺冷凍水泵、1套水處理系統(tǒng)，2個冷卻塔，20臺冷卻塔風機，供配電及自控系統(tǒng)等組成。選用3臺離心式水源熱泵機組，單臺熱泵機組的制冷量為4000 kW/臺；配置2臺螺桿式水源熱泵機組，單臺機組的制冷量為1204 kW/臺，總制冷量14408 kW。集中控制系統(tǒng)采用modbus協(xié)議納入礦井監(jiān)控系統(tǒng)，操作室內(nèi)監(jiān)控上位機對能源站系統(tǒng)運行情況實時監(jiān)控。

2 關鍵技術及創(chuàng)造點

夏季，由冷水機組制備5-7℃低溫冷凍水，通過管道將低溫冷媒水輸送到設置在主副井口的空氣換熱站，將進入礦井的空氣實現(xiàn)降溫除濕后再送入井下，最終達到降溫目的。冬季，利用礦井復用水加電廠蒸汽作為熱源，由熱泵機組制備45℃及以上的熱水，通過管道將冷媒水輸送到設置的井口空氣換熱站，將進入礦井的空氣加熱到2℃以上，滿足井筒防凍要求。夏季工藝流程：來自主副井的低溫水回收→蒸發(fā)器→低溫冷媒去往主副井，冷卻水來自冷卻塔→冷凝器→高溫冷媒水去往冷卻塔，冬季工藝流程：水水板換高溫冷媒水→蒸發(fā)器→低溫冷媒水去往水水板換，來自主副井高溫水回收→冷凝器→高溫冷媒水去往主副井， 蒸汽板換二次出口→用戶→冷凍泵吸水→冷凍泵出水→蒸汽板換二次側進口，蒸汽→蒸汽-水板換→蒸汽冷凝水→純水箱。所有系統(tǒng)需要不斷地補水才能維持系統(tǒng)的正常運行，全套水處理裝置選用單級反滲透純凈水處理系統(tǒng)。水處理裝置系統(tǒng)工藝流程：來水 → 原水池 → 原水泵 → 多介質過濾器→活性炭過濾器 → 阻垢劑加藥裝置 → 保安過濾器 → 高壓泵 → 反滲透裝置 → 純水水箱。

熱泵機組具有智能控制系統(tǒng)，配液晶顯示屏能夠根據(jù)負載變化而自動調節(jié)控制機組的運行工況，并對機組運行情況進行實時監(jiān)控。系統(tǒng)有完整的故障自動保護、報警和自動診斷功能，并能自動記錄、儲存并顯示全部的故障與報警信息。控制系統(tǒng)對機組各個環(huán)節(jié)的相關參數(shù)進行監(jiān)測，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的協(xié)調運行和保護功能。系統(tǒng)實現(xiàn)對機組的運行工況制冷或制熱，冷卻水流量、進出水溫度、冷凍水流量、進出水溫度、蒸發(fā)器和冷凝器壓力、油溫和供油壓力、電機轉軸、軸承溫度、電機的電流、電壓等參數(shù)實時顯示。

3 推廣利用情況

夏季，由熱泵機組制備5-7℃低溫冷凍水，通過管道將低溫冷媒水輸送到設置在主副井口的空氣換熱站，將進入礦井的空氣實現(xiàn)降溫除濕后再送入井下，最終達到降溫目的。冬季，利用礦井水由熱泵機組制備45℃及以上的熱水，通過管道將高溫冷媒水輸送到設置在主副井口的空氣換熱站，利用電廠余熱蒸汽作為熱源，由汽-水板換裝置制備熱水，通過管道將冷媒水輸送到設置的井口空氣換熱站，將進入礦井的空氣加熱到2℃以上，滿足井筒防凍要求。

4 項目的經(jīng)濟效益和社會效益情況

原冬季通過熱交換站對主副井口進行供熱，蒸汽使用量如下：冬季11月使用蒸汽量為2480噸，12月使用量為3250噸，1月最高使用量為4830噸，冬季年供暖蒸汽量為10560噸。采用余熱利用，礦井水溫度22℃余熱利用后水溫為15℃，采用余熱利用后，冬季供暖熱交換蒸汽使用量出現(xiàn)明顯降低。11月使用蒸汽量為1850噸，12月使用量為2720噸，1月使用量為3660噸，冬季供暖蒸汽量為8230噸。每年蒸汽使用量節(jié)省2330噸，合計節(jié)約資金60.58萬元。

濟寧二號煤礦熱害治理與余熱利用改造項目同時也是一項惠民工程，夏季對進入主副井口的風流進行降溫，冬季對主副井口供熱，給職工提供舒適的工作環(huán)境，提高了職工的出勤率，職工出勤率增加進而提高礦井的原煤產(chǎn)量，2018年我礦商品煤產(chǎn)量考核完成442.65萬噸，比指標增加22.65萬噸。

參考文獻：

[1]蔡炳鑒.空氣調節(jié)[M].化學工業(yè)出版社，1999：164.

[2]電子工業(yè)部第十設計研究院.空氣調節(jié)設計手冊[M].第二版.中國建筑工業(yè)出版社.

[3]中國建筑標準設計研究院.住宅設計資料集[M].中國建筑工業(yè)出版社，1999.

[4]趙榮義，范存養(yǎng)，薛殿華，錢以明.空氣調節(jié)[M].第四版.中國建筑工業(yè)出版社，2009：303.

[5]郭維鈞，賀智修，施鑒諾.建筑智能化技術基礎[M].中國建筑工業(yè)出版社，2001：61-65.

[6]晉欣橋，夏凊，王盛衛(wèi).用于空調系統(tǒng)控制分析的多區(qū)域建筑物模型[J].流體機械，1999，27（03）：18-21.

[7]馬最良.姚楊.民用建筑空調設計[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003.

[8]蔡增基，龍?zhí)煊?流體力學泵與風機[M].第四版.中國建筑工業(yè)出版社，1979：381

[9]馬文惠，范永泰，陳會明.基于PLC S7-300的煤礦風機實時監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)[J].煤炭技術，2013（02）：23-25.

[10]趙陽.西門子S7-300 PLC及工控組態(tài)軟件WinCC的應用[J].可編程控制器與工廠自動化，2006（10）：46-48.

作者簡介：楊娜（1988-），女，山東新泰人，本科，主要從事煤礦機電工作。