矿井降温技术及装备-姬建虎.pdf

矿井降温技术及装备 姬建虎研究员 Tel15922551366 中煤科工集团重庆研究院有限公司中煤科工集团重庆研究院有限公司 二零一九年二零一九年 汇报提纲 ➢ 降温核心装备介绍 ➢ 矿井降温基础研究 ➢典型集中降温总包工程介绍 1、核心装备介绍 中煤科工集团重庆研究院有限公司（重庆煤科院）矿井降温 技术涵盖局部矿井降温、地面集中降温、井下集中降温以及个体 防护降温。 主要降温装备包括ZLF/ZLS型矿用防爆制冷装置、高低压转 换装置、3300KW井下集中制冷装置以及矿用小空调等。 主要目的降温、除湿，创造舒适的井下工作环境 1、核心装备介绍 ZLF系列矿用防爆制冷装置 制冷主机制冷主机轴流风机轴流风机蒸发器蒸发器 制冷机组（制冷主机、蒸发器）、控制系统（PLC及传 感器）及相关的配套设备（软起动、风机），涵盖ZLF450、 ZLF400等系列； 局部降温用制冷装置 1、核心装备介绍 ZLF矿用制冷装置应用效果图 制冷机组 水冷却器（回冷器） 用途范围可以用于煤矿采掘工作面、金属矿山工作面、高温隧道等降温 说明当采用开式冷却时，不需说明当采用开式冷却时，不需 要配置水冷却器、循环水泵要配置水冷却器、循环水泵 1、核心装备介绍 国内首套地面集中降温的核心设备-高低压 转换装置； 实现将地面冷冻水压力从16MPa到4MPa的 直接转换，温度跃升低于0.5℃，结构紧凑、高效 节能； 可以满足深度小于1600m的矿井降温需要； 地面集中降温用制冷装置 1、核心装备介绍 制冷机组安装在井下，地面安装冷却塔排热。制冷机组产生冷冻 水送往工作面前的空冷器换热，将风流温度降低。 地面排热 制冷机组 降 温 工 艺 空冷器 井下集中降温用制冷装置 膨胀阀/阀门丹佛斯 控制系统GEA 单件单件最大不可拆最大不可拆尺寸尺寸≤≤4400mm4400mm1650mm1650mm2500mm2500mm ◆ ZLS-3300/10000制冷机组 油泵/电机德国GEA/南阳防爆 序 号名 称生 产 商产 地 1压缩机GEA Grasoo德国 2控制系统GEA德国 3电机南阳/佳木斯中国 4蒸发器GEA OEM中国 5冷凝器GEA OEM中国 6油冷却器GEA OEM中国 7油泵GEA德国 9油分离器GEA OEM中国 10 膨胀阀/其 他阀门 Danfoss丹麦 11油温控制阀AWP德国 12滤芯GEA德国 单件尺寸≤440016502500 整机尺寸2000023002500 重庆煤科院ZLS3300机组 GEA压缩机GEA苏州工厂集成组装 能效比（COP）4.44 1、核心装备介绍 制冷功率450/400/300/200/100kW； 最大工作压力6.4MPa； 换热管材质紫铜管； 换热管型式螺旋式，换热效果好，制冷效果好。 ◆空冷器 1、核心装备介绍 1、核心装备介绍 用途范围 ➢ 针对高温硐室值班人员降温需求（绞车房、机 电硐室、变电所等），可有效降低区域温度， 提高人员舒适度； 主要特点 ➢ 采用全紫铜高效翅片换热器，强化换热效果； ➢ 整机采用一体化设计，降低冷凝水量，节能环 保； ➢ 无需现场接管安装，供电即可使用； ➢ 可根据需求对象的变化，随时更换降温地点， 无需专业移机； ◆矿用小空调 方案分 析论证 技 术 分 析 论 证 示范矿井建设 装 备 分 析 论 证 经 济 分 析 论 证 基础理 论研究 热 害 形 成 机 理 热 量 传 播 规 律 工 作 面 传 热 特 性 三 维 仿 真 模 拟 关键技 术研究 系 统 工 艺 设 计 冷 热 负 荷 计 算 冷 源 合 理 分 配 精 准 控 制 技 术 核心装 备研发 集 中 制 冷 装 置 精 准 控 制 系 统 2、矿井降温相关基础研究 1、煤矿地温异常型采掘工作面高温产生机理、热量形成及传播规律 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 围岩机电设备热水 41 7 13 热害致因 通 过 对 宁 东 矿区煤矿热环境参 数进行现场连续观 测，获得大量的数 据资料，进行统计 和分析，得出采掘 工作面热源种类、 形成及传播规律， 研究热害产生的机 理。 矿井致热因素主要包括围岩散热、机电设备散热、高 温裂隙水散热、氧化热、人员散热等。据统计，我国高温热 害矿井中围岩散热（地温）为主要致热因素的占67以上。 2、矿井降温相关基础研究 2、煤矿地温异常型采掘工作面围岩传热特性 选择热害典型的采掘工作面作为研究对 象，按一定比例建立采掘工作面模型，模拟采 掘工作面通风系统和围岩壁温，对多个测点进 行参数观测，研究采掘工作面围岩的传热特性。 2、矿井降温相关基础研究 3、通风系统与热环境相互影响规律 针对矿井或采掘工作面不同通风条件（风速、风量、风温），通过在巷道围岩增加 点、线热源，对采掘工作面环境进行三维仿真热模拟；同时在采掘工作面前端某点设置 冷源，调节冷源符合大小，从而分析冷热环境与通风系统之间相互影响的规律。 2、矿井降温相关基础研究 矿井热应力指标有直接型指标、经验型指标和试验型 指标，国外通常采用的是等效温度、同感温度等直接型 指标，而我国普遍都是采用干球温度、湿球温度和相对 湿度等直接型指标作为矿井热害程度的评价标准。 在不同温度和湿度 环境下，对采掘工作面 一线职工的生理指标进 行现场观测，分别测量 工作前、工作中和工作 后三组数据，分析不同 阶段职工的劳动强度等 级，从而在保障职工身 体健康的前提下，合理 安排作业时间。 4、矿井湿热环境与人体舒适性关系 2、矿井降温相关基础研究 冷量在输送过程中一方面是直接 损失掉了，另一方面是没有合理按需 分配，导致难以有效利用得到合理利 用，作为“无用功”而损失掉了。 工程实践表明，冷量的直接损失 是不可避免的，但是“无用功”这部 分冷量损失可以通过合理分配充分利 用。 研究目的合理分配、利用制 冷系统冷量，节能降耗。 5、多分支长距离集中降温系统冷量供应及分配技术 2、矿井降温相关基础研究 6、无人化精准控制技术 地面集控主站矿调度室井下集控分站机组PLC 通讯通讯 远控 通讯 远控 制冷机组 冷冻水循环泵 补水泵 电动阀门 冷却水循环泵 冷却塔 电动阀门 连锁停 连锁停 变频器/开关变频器/开关 移动设备 通讯 2、矿井降温相关基础研究 2018年03月 3月13日，地面土 建施工开工； 3月17日，井下制 冷硐室设备安装工 程开工 2018年04月 4月18日，完成管道 井工程； 4月24日，完成地面 泵站和水池主体工程 2018年05月 5月23日，地面安装 工程全部完工； 5月27日，井下安装 工程全部完工 2018年06月 6月6日2制冷机组 投入正式运行， 1308采煤工作面供 冷； 6月14日1制冷机组 投入正式运行 2018年07-08月 降温系统覆盖1308采煤工作面、1313采煤工作面、二采区东翼掘进工作面。整合系 统性能稳定，效果良好。 3、典型集中降温总包工程介绍-霄云煤矿 ◆地面土建及安装工程 3、典型集中降温总包工程介绍-霄云煤矿 冷 却 塔 水 泵 集控操作台集控操作台PLCPLC集控柜集控柜 控制室安装集控操作台、PLC集控柜和低压接 地电阻柜。 3、典型集中降温总包工程介绍-霄云煤矿 集控操作台集控操作台PLCPLC集控柜集控柜 地面泵站配电室从35kV变电所引入两路10kV电源，双回路供电。配电室内安装4台 KYN28-12高压开关柜、1台SCB10-1250/10 10/0.69kV变压器柜、7台低压配电柜。 低压配电柜低压配电柜 变压器柜变压器柜高压配电柜高压配电柜 3、典型集中降温总包工程介绍-霄云煤矿 ◆井下硐室安装工程 2018月年3月17日井下安装工程开始施工，包括制冷硐室和配电硐室设备、管路、仪器仪表、 阀门及附件等安装，以及冷却水管路安装。井下安装工程于2018年5月27日全部完工，具备冷冻水 系统调试条件。 制冷硐室制冷硐室配电硐室配电硐室 3、典型集中降温总包工程介绍-霄云煤矿 过过 滤滤 器器 补补 水水 装装 置置 制制 冷冷 机机 组组 冷冷 冻冻 水水 泵泵 3、典型集中降温总包工程介绍-霄云煤矿 ◆井下硐室安装工程井下硐室安装工程 集集 控控 PLCPLC 及及 操操 作作 台台 高防及高压软起高防及高压软起 低低 压压 配配 电电 3、典型集中降温总包工程介绍-霄云煤矿 井下冷冻水及冷却水管路安装 序号工程内容单位工程量备注 1冷冻水保温管米16000支架或吊架、接头二次保温 2冷却水无缝钢管米455支架或吊架 3空冷器台10 5局部通风机台8 6阀门台57 7其他批1橡胶软管、温度表、压力表等 3、典型集中降温总包工程介绍-霄云煤矿 3、典型集中降温总包工程介绍-阳城煤矿 地面循环冷却水泵房外观 3、典型集中降温总包工程介绍-阳城煤矿 地面循环冷却水泵房内部安装效果图 3、典型集中降温总包工程介绍-阳城煤矿 井下制冷硐室安装效果图井下制冷硐室安装效果图 1308采煤工作面降温效果分析 3、典型集中降温总包工程介绍-霄云煤矿 1308采煤工作面降温效果分析 测点 风机前1米处空冷器出口风筒出口风筒出口50米处 干温湿温湿度干温湿温湿度干温湿温湿度干温湿温湿度 降温前降温前 30.5℃29.1℃90 30.5℃29.1℃ 9030.6℃29.5℃9230.8℃29.8℃91 降温后降温后30.5℃29.1℃9016.8℃16.6℃9817.4℃14.2℃7020.2℃17.1℃73 测点测点 1308工作面进风口1308工作面中间1308工作面回风口距回风口100米处 干温湿温湿度干温湿温湿度干温湿温湿度干温湿温湿度 降温前降温前31.4℃29.9℃9032.0℃31.3℃9532.8℃32.2℃9633.6℃33.3℃98 降温后降温后22.5℃19.3℃7424.8℃21.1℃7227.3℃24.3℃7829.5℃27.8℃88 3、典型集中降温总包工程介绍-霄云煤矿 回风口降幅5.5℃ 工作面中部降幅7.2℃ 进风口降幅8.9℃ ⚫ 1308采煤工作面自空冷器出口至回风口，最低温度17.4℃，最高温度27.3℃，工作 面平均降温幅度为7.2℃，达到合同约定的降温幅度为5℃的技术指标要求。 13081308采煤工作面降温效果分析采煤工作面降温效果分析温度温度 3、典型集中降温总包工程介绍-效果评价 1308采煤工作面降温效果分析湿度 ⚫ 1308采煤工作面自空冷器出口至回风口，最低相对湿度70，最高温度78，工作 面平均相对湿度74.6，达到合同约定的相对湿度降至75左右的技术指标要求。 3、典型集中降温总包工程介绍-效果评价 汇报完毕， 请领导指示