矿井降温的新方法.pdf

第 2 9卷第 6 期 2 O O 8 年 6月 煤矿机械 C o a l Mi n e Ma c h i n e V0 I ． 2 9 No ． 6 J u n．20 08 矿井降温的新方法 杨丽，陈宁 ，刘方 ，徐海超 中国矿业大学 机电学院，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 摘要 随着煤炭产业的发展 ， 浅部煤炭开采殆尽 ， 现在煤炭深井越 来越 多， 煤炭热害问题也 越来越严重。简要地介绍了现有井下降温方法及其存在的问题。基于此提 出了一种新的井下降温 方法 一冰直接冷却 系统。 关键词 热害；降温技术 ；治理 ；颗粒冰；制冰机 中图分类号3 3 9 7 2 7 文献标志码 A文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 8 0 6 0 1 4 0 0 4 Ne w M e t ho d o f Te mpe r a t u r e De c r e m e n t i n Co a l M i n e s YA NG Li ，C HE N Ni n g ，LI U F a n g ，XU Ha l c h a o M e c h a n i c a l a n d E l ect r i c E n g i n e e r i n g C o l l e g e ，C h i n a U n i v e r s i t y o f Mi nin g and T e c h n o l o g y ， X u z h o u ， 2 2 1 0 0 8 ， C hi n a Abs t r a c t Al o n g wi 山 山e i n c r e a s e o f山e d e p t h i n t h e mi n e s ，山e s u pe r fi c i al c o al h as b e e n e x p l o i t e d o u t ， a n d n O W the p r o b l e m o f the h i g h t e mp e r a t u r e h e a t h a r m wo u l d b e c a me mo r e a n d mo r e s e r i o u s ．B r i e f l y i n t rod u c e s山e t e mp e r a t u re d e s c r e me n t i n c o al min e s and the i r s h o r t c o min g ． B a s ed o n t h i s ， p u t f o r w a r d a n e wme t h o d o f 山e t e mp e r a t u r e d e c reme n t i n c o al mi n e s。i t i s d i r e c t l y i c e c o o l i n g s y s t e m ． K e y wo r d s h e a t h a r m ；t e mp e rat u r e d e s c r e me n t t e c h n o l o g y ； h a r ne s s ； i c es l u r r y； i c es l mr y g e n e r a t o r 1 矿井降温技术 的研究现状 目 前矿井常用的降温方法有非人工制冷降温方 法和人工制冷降温方法 2类 。 1 ． 1 非人工制冷的降温方法 1 改善通风 矿井降温可以借助增加风量来实现。随着流过 题。为使逆变器的功率开关管按正弦 S P WM形式工 作 ， 单片机应输出两路 S P W M信号， 一路正半周一路 负半周 。等效 的矩形脉冲宽度 △ S i n S i n P ／ 式中 Ⅳ 正半周或负半周量化份数， 即矩形脉 冲的个数 ； 矩形脉冲位置的中心角。 由于 7 1 i 一 ， l ， 2 ， ⋯， N。又因 2 则该点脉冲宽度 ， 其中f 5 0 H z 利用软件完成这种推算。先令 a 。 U S m s i n ， 所 以 蕊G 0 s i n P ／ 。 当 Ⅳ值取定后 ， a 。 就为一个常数 ， 每对一个 i 值 ， 可换算出该相位角位置 上对应 的脉 冲宽度 ， ， 对 于正半周可得 Ⅳ个脉宽值 ， 负半周与正半周对称， 只要反相即可。 已知 S P WM信号的 t ， 且每半个周期又分为 ，则该 s P w M信号的 幽 一 。 同理 ， 在单片机 中 ， 还应有相 应于 t 盛的一组 i 计 数初值表 ， 该表 中的值 对应 的定 时时间间隔为 s P ． WM信号中电平为零的时间。 i 由计算机离线地 计算出后 ， 再写入单片机的程序存储器 R O M中去。 上述算法通过单片机的外部中断控制脉冲宽度 来实现。同步信号产生电路在市电电压的每个半周 的起点处输 出一个 同步脉 冲， 该 同步脉冲加至单片 机的外部中断输入口I N T 0 上， 使 S P WM波的正半周 起点和负半周起点均在外部 中断下开始计时。此计 时由单片机 的定时器完成 ， 在 I ／ 0口上输 出正 、 负半 周 的 S P WM信号。 逆变器的输出电压值与激励逆变器的S P WM信 号的脉冲宽度成正比。S P WM信号脉冲宽度宽， 则 逆变器输出电压值也就大 ； 反之 ， 输出则小 。 参 考文献 [ 1 ] 王其英 ， 等． 新型 U P S 工作原理与实用技术及选购指南 [ M] ． 北 京 人民邮电出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 2 ] 钱希森 ． 小 型 U P S原理及应用 [ M] ． 北京 北京航 空航 天大学 出版 社 ， 2 0 0 0 ． [ 3 ] 耿 德根 ， 等 ． A V R高 速嵌入式 单片机 原理与应 用 [ M] ． 修 定 版． 北 京 清华大学出版社 ， 2 0 0 2 ． 作者简介 王扬帆 1 9 6 6一 ， 女， 黑龙 江哈尔 滨人 ， 副教授 ， 黑龙 江信息技术职业学院电子工程系教师， 电话 0 4 5 1 5 5 9 3 4 6 7 8 ． 一 l 4 0一 收稿 日期 2 0 0 8 0 1 2 8 维普资讯 第2 9 卷第6 期 隆 堑 二 亟 笠 鱼 巷道风量的增加， 从岩体放出的氧化热和其他热源 放出的热量分散到更大体积的空气里， 从而使风流 的温度降低。在一定的条件下增加风量， 比人工降 温方法更为经济。但是， 当风量增加时， 负压也随之 呈二次方增加 ， 风机功耗也随之呈 三次方增加。计 算表 明， 在通风 时间少于 1 a的巷 道 中、 风速超 过 4 m s 和通 风 时间超过 1 a的巷道 中、 风 速超 过 5 m- s 时， 便不再使风温显著降低。 研究表明， 改善掘进和回采工作面的温度条件 还可以借助改变风流方向来实现， 即使新鲜风流经 回风水平 的巷道 自上而下地流过工作面。这样煤尘 的氧化 、 煤岩 的运输 、 电机车 、 矿井水及各种局部热 源等放热因素， 便不再使新鲜风流受热。由于回风 水平的地温比运输水平低， 故使风流与围岩热交换 的受热亦将减少 。 2 减少各种热源放热 ①减少 氧化放热在矿井热平衡 中， 氧化放 热 和局部热源放热起了很大的作用。最大限度减少巷 道 中的煤尘含量， 实行坑木代用 ， 缩短从工作面到地 面的运煤时间以及采用专门的材料涂抹巷壁可以大 大降低其氧化放热层 ， 当煤岩的运输量很大时， 由被 运矿物释热而引起的风流焓增 占总焓增 的 1 0 ％， 再 考虑 到 电机 车 本 身 的 放 热 ， 该 焓 增 可 达 1 5 ％ ～ 1 7 ％。因此 ， 把运输设备移到回风水平 ， 这是大大减 少煤的氧化和在井下运输 煤时冷却放 热 的重要措 施。如果井 田的开拓和采准条件不允许这样做 ， 便 应设法加快煤炭的运输 ， 以减少待运量 ， 采用绝热矿 车和利用绝热席覆盖矿物炭面等方法 。 ②排除机械放热通常固定设备 如主排水泵 、 绞车等 是布置在用新风流通风的专用房间中。一 般流经这些房 间而被加热的空气均进入流向工作面 的主风流 ， 这样 就使井下空气加热。如果这些 回风 排至总回风流 中， 便可大大减少 由机械放热 引起 的 风流加热 ， 大多数情况下在技术上是可行的。 ③巷壁绝热巷壁绝热可 以在深矿井及 中探矿 井中热害严重的区段作为辅助手段与其他降温措施 配合使用， 同时应看到进行巷壁绝热的费用， 特别是 当必须扩大巷道断面时， 会大大提高吨煤成本。因 此， 巷壁绝热只是在技术、 经济合理的基础上采用。 ④防止放湿防止巷道滴水和利用与风流隔绝 的排水沟是 防止井下空气受湿的最普通方法 。 ⑤ 防止压风管道的加热从压风机送到敷设于 井筒中管道的压风通常温度达 7 0 ～8 0℃， 也能使风 流升温。因此， 冷却压风机排出的压风， 使其降至井 筒风流的平均温度， 或把压风管道布置在回风井筒 和回风水平的巷道 中， 便能减少这种温升。但这样 做在矿井条件下技术上常有些不便， 使回风流增温， 也增大了 自然通风。 这些非人工降温的方法虽然可以解决一些问 题 ， 但不能解决根本问题 。 1 ． 2空气压缩式制冷技术 1 9 7 3 年煤科 院抚顺分 院研 制 了 Y P一1 0 0型矿 用环缝式压力引射器 、 涡流管制冷器 ； 1 9 9 3年平顶 山矿务局和原中国航空工业总公司 6 0 9 研究所联合 研制了 K K L 1 0 1 型矿用无氟空气制冷机； 1 9 8 9 年南 非一金矿建成了压缩空气制冷系统。由于空气压缩 制冷循环的制冷系数、 单位质量制冷工质的制冷能 力均小于蒸汽压缩制冷系统， 在产生相同制冷量的 情况下 ， 空气压缩式制冷系统需要较庞大的装置 ， 并 且单位制冷量的投资和年运行费用均高于蒸汽压缩 式系统， 因此 ， 全矿井采用空气压缩式制冷系统降温 的矿井是屈指可数 的。而压力引射器 、 涡流管制冷 器等装置 ， 实 际上仅是一种空气膨胀装置， 它必须与 地面空气压缩机联合使用。 1 ． 3 人工制冷水的降温方法 该降温技术已经成为矿井降温的主要手段。该 矿井降温技术主要有 井下集中式、 地面集中式、 井 下地面联合集中式、 分布式。德国实践表明 负荷小 于2 M W 的矿井， 以采用分布式最优； 负荷大于 2 M W的矿井， 才采用集中式； 集中式的 3 种形式， 又 以井上、 下联合集中系统费用最低， 地面集中式系统 次之， 而以井下集中式系统最高。我国淮南煤田谢 桥矿所进行的矿井降温方案的经济技术比较也表 明， 地面集中式系统的总费用也是最小的 没有考虑 井上下联合集中方案 。上述 2 个例子基本可以说 明， 在经济上地面集中式和井上下联合集中式具有 其优越性； 而在技术上 3 种集中式系统各有特点 井 下集中式系统的致命弱点是冷凝热排放困难； 地面 集中式和井上下联合集中式系统必须使用高低压转 换设备 ， 此设备在冷冻水转换过程 中会产生 3 ～ 4℃ 的温度跃升。 针对井下系统 的冷凝热排放 问题和地面系统高 低压转换的温度跃升问题， 各国研究机构都在进行 不懈努力。井下系统的冷凝热排放 ， 经 历过用井下 回风流排热到井下回风流加喷淋水到利用地面制冷 机组的冷冻水排热的过程。地面系统的高低压转换 一 1 41 维普资讯 V o 1 ． 2 9 N o ． 6 矿井降温的新方法杨丽， 等 第 2 9 卷第 6 期 器， 则经历了储水池、 降压阀、 高低压换热器到高低 压转换器 ， 其转变的过程实际上是尽可能地消除高 低压转换器温度跃升的过程， 国外研制的一种新型 水能回收高低压转换器 ， 其温度跃升可从一般 的4 ～ 6℃降低到 0 ． 2℃。 虽然人工制冷水降温技术存在上述有待进一步 完善的问题， 但经历了几十年的实践， 该项降温技术 已经是一种比较成熟的矿井降温技术， 不论是过去 还是将来 ， 都将是矿井降温技术的主流， 其他研究只 是对该项降温技术的完善， 不会使矿井降温成本有 较大的降低， 也不会使该项降温技术有质的飞跃。 1 ． 4 人 工制 冰 降温技 术 冷却系统的主要原理是利用冰 的溶解热 ， 通过 冰的溶解把水冷却 到接近 0℃， 然后把冰冷却水送 到各个工作面， 系统由冰的制备， 冰的运输和冰的溶 解 3个主要部分组成。其系统 图如图 1 。 图 1 冰冷却 系统简图 冰 的融化 是冰冷却 系统 中一个非 常重要 的环 节 ， 它关系到能否获得稳定的低 温水 和稳定 的水流 量。冰冷却降温技术仍处在试验研究阶段， 特别是 冰的输送和冰的融化技术 目前还很不成熟 ； 南非金 矿工业性试验的输冰量仅能满足 5 M W 以下 的热害 矿井降温； 要满足更大负荷的矿井要求， 压缩空气压 力、 输冰管径、 输冰速度等技术参数都有待进一步研 究 。关于冰的融化 ， 按现有的研究结论 ， 对于大负荷 的矿井， 融冰槽的直径有可能很大。如何提高融冰 速度， 减小融冰槽的体积等有待进一步研究。而且 融冰的过程就是能源浪费的过程 ， 此法系统复杂 ， 需 要的辅助设备多 ， 耗能多。 由以上可见， 目前的井下降温技术均有不足之 处， 研究系统简单， 成本低 ， 效率高， 运行可靠的井 下降温技术具有重要的意义。 2 ～种井下降温 的新技术 此法是将人工制冷水降温法和制冰技术结合起 来的， 把输往井下的冷水改成冰， 把水在井下的循环 改成冰的循环 ， 把制好 的冰集 中运输到井下然后再 输送到各个工作间进行制冷的方法一冰直接降温系 统。系统图由冰的制备 ， 冰的运输组成。 2 ． 1 冰的制备 冰的制备采用地面集 中制冰 ， 制冰速度由井下 制冷量确定 。制冰系统是采用加拿大 S U N WE L L公 司的现有产 品，由于设备相对简单 ， 运行稳定 ， 这种 类形的制冰机已成为市场主流。其方法是利用蒸汽 压缩制冷循环原理的刮面式制冰方法， 在蒸发器内 制冷剂通过沸腾换热过程使 乙二醇冷却结 晶， 析 出 冰晶， 然后利用刮冰器将冻结在筒壁上的冰晶颗粒 刮下。此法采用 乙二醇制取 ， 这样可 以减少对输冰 管的腐蚀。制冰主要部件是 一个 冰筒 蒸发器 ， 冰 筒设计成内外套筒结构， 制冷剂在内筒和外筒之间 蒸发。在内筒中装有快速旋转 的机械刮板 ， 由独立 电机驱动 ， 刮板紧贴 内壁转动 以避免海水 中析 出的 冰晶颗粒冻结在筒壁上 ， 乙二醇 由内筒上方进入 ， 制 成的颗粒冰 由下方流 出。制 出来 的冰为颗粒状 冰 晶 ， 直径为 0 ． 1 ～1 ． 0 m l n 。制冰系统如 图 2 。 图 2颗粒冰 工作 系统 图 1 ． 气液分离器2 ． 压缩机3 ． 油分离器4 ． 冷凝器5 ． 泵6 ． 干 燥 过 滤 器7 ． 节 流阀8 ． 蒸 发 器9 ． 浮 子 流 量计1 0 ． 贮 盐罐 1 1 ． 冰位限制1 2 ． 液面计1 3 ． 贮冰桶1 4 ． 刮冰器1 5 ． 冰浆配置 桶1 6 ． 制冰水源 2 ． 2冰 的运输 制冰机制 出来 的冰进入空气动力管道 ， 实验表 明， 通过空气动力管道连续向井下输送冰不产生高 压， 冰通过沿竖井敷设的管道后， 不需要任何动力， 可以沿水平管道输送相当远的距离， 井下管道不产 生高压， 因而可以采用塑料管道， 这是因为在钢管内 冰块容易黏附在管壁上， 最 终造成管壁堵塞。采用 塑料管道不仅可以避免上述弊端， 而且可以避免管 道 的腐蚀。将冰晶通过管道运输到各个工作面进行 降温。 2 ． 3 该方法的特点 1 制冷设备在井上 ， 目前 ， 世界上在深矿井 的 降温技术中， 冷源设置在井上是一个趋势， 井下安装 维普资讯 第 2 9 卷第 6期 2 O 0 8年 6月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e l V0 1 ． 2 9 N o． 6 J u n．20 08 组合夹具图库管理 系统的研 究与开发 王红军 。阎兵 天津工程师范学院，天津 3 3 0 2 2 2 摘要A u t o C A D已广泛应用于机械绘 图， 但其对 图形的 管理功能较 弱。组合 夹具 的元部件 很 多， 工程技术人 员将绘制好 的图形存盘后 ， 需要再次使用时查找很不方便 ， 不利 于夹具元部件 图 形的管理 。为了提 高绘 图效率 ， 减轻技术人 员的劳动 强度， 开发 了组合夹具 图库管理 系统， 提 出三 级菜单的管理模式， 并详细论述了系统图库的结构。 关键词 图库管理 系统 ；组合 夹具 ；菜单 中图分类号T G 7 5 4 ；T P 3 9 1 文献标 志码A文章编号 1 0 0 3 - 0 7 9 4 2 0 0 8 0 6 - 0 1 4 3 - 0 3 Re s e a r c h a n d De v e l o p m e n t 0 f M 0 d u l a r Fi x t u r e Dr a wi n g Ba s e M a n a g e m e n t S y s t e m WA N GHo n g j u n ， Y ANB i n g T i a n j i n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y a n d E d u c a t i o n ， T i anj i n 3 2 2 2 ， C h i n a Ab s t r a c t Au t o CAD h a s be e n wi d e l y a p p l i e d t o t h e me c h a n i c al d r a wi n g，b u t i t s ma n a g e me n t f u n c t i o n i s v e r y we a k．Be c a u s e o f the e n o r mo u s mo d u l a r fix t u r e e l e me n t s ，i t i s v e ry d i s c o mmo d i o u s f o r the s k i N e d wo r k e r t o l o o k u p a g a i n a f t e r the y h a v e s a v e d the fin i s h e d d rawi n g s ．S o i t g o e s ag a i n s t the n mn ag e me n t o f mo d ular fix t u r e e l e me n t s ．I n o r d e r t o d r a w mo r e q u i c k l y ，e f fi c i e n tl y and all e v i a t e the s k i l l e d w o rke r s ’l a b o u r i n t e n s i o n，d r a w- i n g b ase ma n a g e me n t s y s t e m o f t h r e e d i me n s i o n al mo d ular fi x t u r e i s p u t f o r wa r d．A nd mo r e，the s t r u c tur e o f s y s t e m d r a wi n g b ase i s d i s c u s s e d i n d e t a i l ． Ke y wo r d s d r a wi n g b ase ma n ag e me n t s y s t e m ；mo d ular f i x t u r e；me n u 0 前 言 目前存在 的各种工程 图纸的计算机管理系统 ， 基本上是针对一些实际应用单位具体情况而进行的 开发工作 ， 能够解决某一具体部 门的图纸管理 ， 不具 有通用性。以 V i s u al C6 ． 0作为支持环境 ， 应用 C A D技术 ， 开发的 以 Wi n d o w s 界面支持的组合 夹具 图库管理系统 ， 可以优化管理， 具有一定的通用性， 有效地解决了夹具元 件及在拼装后 的管理工作 ， 使 图纸完整保存 、 快速查询 、 实 时调 用得到 了很好 体 现 。 1 组合夹具的介绍 组合夹具 由一套预先准备好的各种不 同形状 ， 不同规格尺寸的标准元件与合件组成 ， 可根据工件 形状和工序要求装配成各种所需要的机床夹具。在 夹具元件和组件完全标准化 的基础上 ， 针对不 同工 件组合装配成各种专用夹具， 使用完毕后， 将夹具再 拆散成元件和合件 ， 如此不断重复使用。 组合夹具具有精度高 、 组装快 、 节省投资和灵活 这么大的制冷设备不方便， 不利于维修， 而且井下要 求相应的动力设备必须防爆， 所以在地面集中制冰 的优点显得尤为突出。 2 该方法 与需要融冰 的降温 系统 比较 ， 少了 融冰过程对能源的浪费 ， 而且使系统变得简单。 3 冰的降温系统与冷水降温系统比较， 它比 水的降温效率要高， 节省了能源， 南非某研究机构的 研究表明， 随着矿井的深度增加， 冰冷却降温系统的 经济效益越明显。向井下输送同样的冷量时， 冰的 品质流量为水的 1 ／ 4～1 ／ 5 ， 因此需要排往地面的水 量与水冷却系统比较可以大大减少， 相应的排水管 路 、 设备 以及水泵的负荷都相应减少 。 参考文献 [ 1 ] 黄颖华 ， 沈 斐敏 ． 高 温矿井 降温技 术研 究动态 『 J ] ． 安 全与健 康 。 2 0 0 6 1 1 3 03 1 ． [ 2 ] 谢贤平 ． 深井 降温 技术 中 的新 方法 [ J ] ． 江西 有色 金属 ， 1 9 9 6 ， l O 1 71 1 ． [ 3 ] 刘何清， 吴超， 王卫军， 等． 矿井降温技术研究述评[ J ] ． 金属矿山， 2 o o 5 6 4 3 4 6 ． [ 4 ] [ 苏] A． H． 合尔巴尼 ， o． A． 克列姆涅夫 ， 0． 冠． 茹拉夫连科 ． 矿井降 温指南[ M ] ， 黄翰文， 译． 北京 煤炭工业出版社， 1 9 8 2 ． [ 5 ] 瓦斯通 风防灭火安 全研究 所 ． 矿井 降温技术 的 5 O年历 程 [ J ] ． 煤 矿安全 ， 2 0 0 3 ， 3 4 增刊 ． [ 6 ] 王名坚， 加拿大 S U N W E L L 公司． 颗粒流体冰技术的现状和发展趋 势[ J ] ． 渔业现代化， 2 0 0 4 5 ． 作者简介 杨丽 1 9 8 4一 ， 女 ， 陕西 神木人 ， 中 国矿 业大 学在读 硕士研究生， 研究方 向 热能工程和太阳能利用， 电子信箱 y a n g l i fl y 1 6 3． C O n ． - - - 1 4 3--- 收稿 日期 2 0 o 7 ． 1 2 - 2 8 维普资讯