高温矿井冰冷技术应用实践.doc

高温矿井冰冷技术应用实践 山东唐口煤业有限公司 山东唐口煤业有限公司山东济宁272100 摘 要 唐口矿井开采水平为-990m，夏季井下采掘工作面温度大部分已经超过30℃，矿井热害问题突出。在矿井基本建设时期，1301工作面安装期间，在工作面风量1800 m3/min的情况，巷道内平均温度在32．5℃，在工作中经常会出现中暑现象。 关键词 地面制冰一井下降温技术；大冷量；冰水混合式降温；地面输冰风 山东唐口煤业有限公司矿井是淄博矿业集团有限责任公司在济宁北矿区建设的一对大型现代化矿井，设计年生产能力300万吨，2001年开工建设，2005年9月投入联合试运转，2006年1月1日正式投入生产。是目前全国唯一在同一工广内布置三个千米井筒的矿井。矿井开采深度已经超过1000m，井下现场存在压力大、顶板破碎、瓦斯高、地温高等诸多自然灾害，尤其是热害问题，成为制约矿井安全生产、高产高效、和谐发展的瓶颈。对此，经多方调研，优化方案，采用了冰制冷降温技术，建立了冰制冷降温系统，取得了良好效果，大大改善了井下工作环境，保证了矿井的安全生产。下面将冰制冷降温技术在山东唐口煤业有限公司的应用实践作一总结。 1 矿井高温状况 唐口矿井开采水平为-990m，夏季井下采掘工作面温度大部分已经超过30℃，矿井热害问题突出。在矿井基本建设时期，1301工作面安装期间，在工作面风量1800 m3/min的情况，巷道内平均温度在32．5℃，在工作中经常会出现中暑现象。 从2004年开始，唐口煤业有限公司与山东科技大学联合成立了课题研究组，对矿井热害进行研究。2005年4月份开始对唐口煤矿的热害情况进行了实际调查，对采掘工作面的气象参数进行了实测和分析。对当时已经形成的1301工作面和2301工作面及正在掘进的10个掘进工作面进行全面环境监测。 1煤巷的热害程度要高于岩巷。4月份井下煤巷掘进工作面每个独头巷道只配备一台局扇时，煤巷内的风温高达接近3l℃，岩巷掘进工作面独头巷道内的风温达到27℃；5月份煤巷独头巷道虽配备两台局扇，但风温仍超过3l℃，岩巷内的风温高于28℃；7、8月份，虽1301和2301已形成工作面和独立的通风系统，但巷道内平均风温仍高达32．6℃，个别地点接近34℃，此时，岩巷内的风温亦达到或超过32℃。 21301回采工作面的风温要高于2301面。4、5月份，1301工作面巷道内的风温要高于2301工作面3℃左右；7、8月份高于其1℃左右。 3岩巷的热害现象不容忽视。虽煤巷的热害程度要高于岩巷，但目前井下同时作业的岩巷数目要远大于煤巷，大部分岩巷处于独头掘进作业时期，巷道内供风量小，风温高，人的不舒适感较强。 4煤巷独头掘进时期是预防热害事故的重中之重。在回采工作面未形成独立的通风系统前，煤巷内的风量很小，但风温很高，很容易发生中暑等热害事故。 5人体的热舒适度指标WBGT已接近极限值。由于WBGT的极限值是31℃，所以，在4、5月份，井下掘进工作面的WBGI均接近3l℃，而7、8月份则超过该值。 6井下空气的相对湿度非常大。各月份相对湿度RI-I都很大，这对通过提高风量来达到降温效果带来了难题。 7为了准确确定矿井原始岩温，选取矿井不同采掘地点对矿井原始岩温进行了测定，地温变化较大，在30～37℃之间，考虑到西部辅助运输巷与南大巷交叉口开拓时间已有一定时间，已形成调热圈，故在-1000m水平，原始岩温确定在37℃。 对于唐口矿井来说，-1000m水平地温在37℃，通风降温已不能取得较好的效果，增加风量只能增加人的舒适程度，从实测情况来看，效果并不明显，为此对整个矿井降温来说，通风已不能解决唐口煤矿高温问题，必须进行机械降温。 2 冰制冷降温方案的确定及冰制冷降温系统的建立 为了保证职工的身心健康，建设本质安全矿井，集团公司和矿上领导高度重视矿井热害问题，在集团公司主要领导的关怀和集团公司有关领导和处室帮助下，于2004年开始，先后到平煤集团三矿、新矿集团孙村煤矿进行了调研，在此期间集团公司和山东唐口矿业有限公司与山东科技大学联合完成了唐口煤矿矿井降温技术研究论证报告，并聘请科研院校、专家学者以唐口煤矿矿井降温技术研究论证报告为基础，多次反复论证，最终确定了矿井降温工程方案。于2005年12月24日通过招标，由国内最具实力的专业降温公司山东新雪矿井降温科技有限公司从设计、设备进货、安装施工对该项矿井降温工程总承包。 该系统主要由制冷制冰系统、输冷输冰系统、融冰系统、输冷散冷系统组成。工程总投资4594万元，总装机容量5000kw，单机制冰量达到2．5t／h，总制冰量达到900t／d，能同时满足两个采煤工作面和11个掘进工作面的降温要求。 为保证工期和质量，唐口矿成立了专门的领导小组和工作机构，具体负责工程的组织、协调及工程质量和工期的督查落实。相继完成了矿井降温工程初步设计审查、设备技术协议书的修改签定和设备定货合同的签定。在多次组织相关人员就方案优化、施工组织、施工工期等工作进行深入细致分析研究的基础上，矿井降温系统工程正式开工建设，经过2个多月的安装、打压调试和冰水混合调试试运行，整个降温系统一次试验成功，达到了原设计要求，部分指标甚至超过了预想效果。 井下共安设三种型号的空冷器17个。其中两个采煤工作面安设6个，1301面安设德国WAT、公司生产的REKl350一台、SPK50四台；2301面安设德国WAT公司生产RWKl350一台；11个掘进工作面分别各安设德国WAT公司生产的MK一300空冷器一台。 矿井降温系统投入正常运行以后，井下施工作业环境得到了明显改善，初步达到了预期效果，受到了职工的广泛好评，该工程名副其实地成为了一项“民心工程”。 2007年，进一步完善矿井降温系统，在西部回风大巷延伸敷设8寸进回水主管路1700m，在北部回风大巷敷219mm进回水主管路2400m，敷设l08mm进回水支管路4800m。井下共装备2个采煤工作面、13个掘进工作面，共安设了17台空气冷却器。2008年对降温系统进行扩容，增加2台制冷机、1台冷水机组、3台片冰机，制冰能力由每天900t提高到1080t，以适应井下日益扩大的采场范围。 3 冰制冷降温系统的应用情况 自2006年7月中旬矿井冰冷降温系统投入正常运行以后，唐口矿组织人员对系统各种参数进行了测定，采掘工作面的降温效果较好。因现场条件变化，尽管部分参数与设计值存在一定差异，但从整体降温效果来看，不用空冷器的采掘工作面温度在30～32℃左右，个别地点风温可达34℃左右，工作面比以往同等情况下降温4～6℃，距降温主管路近、供风距离短的个别工作面的降温效果更加明显，最大可降低7℃，工作面温度达到25℃。工作面作业环境大为改善。 1效果最好的地点空气温度在25℃～26℃。地点分别是①、西部回风大巷掘进工作面；②2胶大巷掘进工作面；③2303轨顺掘进工作面；④2303皮顺掘进工作面；⑤2302皮顺掘进工作面；⑥西部轨道大巷掘进工作面。 2效果较好的地点空气温度在28℃～29℃。地点分别是2302轨顺掘进工作面；北胶大巷掘进工作面；南部大巷掘进工作面；北大巷掘进工作面；3101掘进工作面；2301采煤工作面。 2007～2008年，经过现场观测，降温效果良好，采掘工作面温度保持25。27C范围内，基本消除了矿井热害，创造了良好适宜的工作环境，为矿井安全生产创造了条件。 4 冰制冷降温系统应用经验总结 唐口矿井冰降温工程主要由制冷制冰系统、输冷输冰系统、融冰系统、输冷散冷系统组成。整个系统能耗较大，为了有效的管理，提高降温效果，降低运行成本，进行了以下措施 1根据天气温度变化情况，适当调整地面制冷车间压缩机的运行台数，正常情况下运行2至5台压缩机，带动12至15台片冰机；井下通过调整阀门的开闭程度来调整空冷器的循环水量，尽量保证各个使用空冷交换器的地点均满足降温要求。 2在井下需水量增大的情况下，适当开启第二台冷水机组，保证在进水温度18C的情况下，出水温度在5℃以下。 3矿井集中检修时，通过消防水池来调整井下循环水回融冰池水量，确保各工作面的制冷需求。 4正常情况下各采掘工作面的空冷器均投入运行，其制冷量可根据工作面需要通过调整循环水量来实现，循环水量的调整可通过调整空冷器的进出水阀门来实现，同时可适当调整整个系统因距离远近而产生冷热不均的情况。 5 存在的问题及改进 矿井降温系统投人运行后，虽然取得了良好的降温效果，但是，有的还没有达到设计要求或者满足不了现场要求，需要进一步完善和优化，以取得更佳效果。主要还有以下几个问题需要完善解决 1采煤工作面降温虽有效果，起到了作用，但温差较小，没有达到设计要求，主要空冷器安设数量只安设了一大四小，没有按设计安设二大四小。今年准备增加采煤工作面空冷器安设数量。 2井下融冰池没有按设计进行保温，另外融冰硐室进风量大，冷量损失大，造成水池水温高，应进行适当控制进风流，减少冷量损失，降低融冰池水温。 3对井下各工作面供冷量需要进一步进行分析，按实际所需冷量进行分配，减少冷量损失，满足矿井采掘工作面降温需求。 4如何保证矿井降温系统的经济运行，提高使用效率是值得认真研究的主要课题。优化矿井降温管路系统、加大对管路的保温的研究、空冷器的安装位置、进回水量、冰水比例降温系统运转、控制的进一步研究，提高效率，降低运行成本，使整个降温系统达到更佳运行效果。 唐口矿井高温治理工作，虽然取得了初步的成效，但也是刚刚起步，还处在学习、探索、试验的阶段，如何控制降温工程的经济运行，最大程度的提高运行效率，还是一个值得我们继续深入研究的课题。