关于高温矿井回采工作面降温设计温度的讨论.pdf

收稿日期2009-06-19 作者简介吴亚非 1955- , 女 , 高级工程师, 现在煤炭工业合肥设计研究院电厂所热机室主要工作领域为动力及暖 通空调专业。 关于高温矿井回采工作面降温 设计温度的讨论 吴亚非 煤炭工业合肥设计研究院, 安徽 合肥 230041 摘 要 高温矿井回采工作面降温设计, 常遇到无法达到 煤矿井下热害防治设计规范 要求的设计干球温度的窘境。论文从分析回采工作面需冷负荷及供冷负荷的影响因素入手 , 分析 问题产生的原因 , 提出解决问题的思路。 关键词 高温矿井;回采工作面降温 ; 设计温度 中图分类号 T D 727 . 2 文献标识码 B 文章编号 1671 - 0959 2009 09- 0022- 03 1 概 述 随着浅层煤炭资源的枯竭, 越来越多的煤矿进入深部 开采, 高温矿井的降温问题也越来越普遍。 高温矿井需要 降温的地点主要为采掘工作面及机电设备硐室, 但难度最 大问题最多的还属回采工作面的降温设计。 根据 煤矿井下热害防治设计规范 的要求, 井下采 掘面的气温应符合现行 煤矿安全规程 以下简称 规 程 第一百零二条规定生产矿井采掘工作面空气干球温 度不得超过 26℃。 煤矿井下采掘作业地点气象条件卫生 标准 以下简称 标准 也对井下采掘面的气温做了更 为详细的规定煤矿井下采掘作业地点风速介于 0. 5 ～ 1. 0m/s 时, 干球温度不高于 28℃;煤矿井下采掘作业地点 风速介于 0. 3～ 0. 5m/s 时, 干球温度不高于 26℃。 但在设计中, 常遇到空冷器能够送出的冷负荷小于回 采工作面计算需冷负荷的情况, 造成工作面设计干球温度 无法降低到 规程、 标准 规定的数值。 本文就这个问 题谈谈个人的观点。 2 问题的讨论 回采工作面的降温设计必须以湿空气的焓湿图为基础, 以回采工作面风量的热平衡为尺度。 回采工作面的通风为 直流系统, 空气是回采工作面降温冷负荷的载体。 而空气 的载冷能力与回采工作面进口空气焓值、 出口的空气焓值, 以及空气的质量流量相关。 与地面空调不同的是, 这三个 影响因素都受制于井下特殊的客观条件。 2. 1 回采工作面进口空气焓值的限制因素 回采工作面进口的空气参数位于回采工作面空冷器出 口附近。 它取决于经空冷器冷却后的空气与未经空冷器冷 却的空气的混合工况。 当工作面的风量全部经过空冷器时, 回采工作面进口的空气参数取决于空冷器出口的空气工况。 回采工作面空冷器属冷却减湿过程, 根据 全国民用 建筑工程设计技术措施 / 暖通空调 动力 第 3. 5. 6条规 定空冷器用于空气冷却去湿过程时, 冷水出口温度应比 空气的出口露点温度至少低 0. 7℃。 出于降低运行成本及安全的考虑, 高温井降温水系统 通常以淡水为冷媒, 为防止结冰,供水温度必须在 0℃以 上。 根据 煤矿井下热害防治设计规范 以下简称 规 范 第 5. 3. 11条规定采用地面集中制冷时, 冷水机组蒸 发器出水温度不应高于 3℃;采用井下集中制冷时, 冷水机 组蒸发器出水温度不应高于 5℃。 通常集中制冷站与回采工 作面相距 10k m左右, 冷水机组供出的冷媒水经沿途的管道 冷损、 水泵温升及高压换热器温升后, 使到达工作面空冷 器的冷媒水供水温度通常在 7～ 8℃。 由于井筒中安装空间的限制, 下井的冷媒管道的直径 不可能随意加大,为使有限的管道空间能够输送更多的冷 量, 通常尽可能加大冷媒水供、 回水温差。规范 第 5. 3. 22条规定空气冷却器 载冷剂进出口温差宜为 7 ～ 15℃。 设计时通常取空冷器水侧进出口温差为 12℃, 则 空冷器出口水温达到 19 ～ 20℃。 因此空冷器空气侧出口干 球温度及焓值受到回水温度的限制。 2. 2 回采工作面出口空气焓值的限制因素 回采工作面是一个狭长地带, 根据地质条件的不同, 其长度在 100～ 200m左右。 由于回采工作面空间狭窄, 且 经常随回采进度移动, 通常空气冷却器布置在进风顺槽内 不需要频繁移动的地方。 空冷器吹出的冷风, 经过部分进 风顺槽及回采工作面沿途的岩石冷却散热、 煤的氧化散热、 机电设备散热及水分蒸发等因素被加温、 加湿。 因此, 沿 22 设计技术 煤 炭 工 程 2009年第 9期 狭长的回采工作面的空气温、 湿度是一个自进口到出口逐 渐升高变化的参数。 标准 及 规程 中规定工作面的 干球温度 “不高于” 26 ～ 28℃, 因此可以认为,这是对回 采工作面出口空气参数的限制。 工作面出口空气相对湿度也影响到空气的焓值。 由于 地下水及工作面喷水降尘的影响, 回采面的空气含湿量较 大, 但过大的空气湿度使工作人员产生 “闷热感”。 根据降 温矿井实测资料显示, 感觉舒适的降温工作面的空气相对 湿度一般控制在 80左右 。 2. 3 空气质量流量受风速的限制 回采工作面的空气质量流量受巷道限定风速的影响。 根据 规程 第一百零一条规定回采工作面限定风速为 0. 25～ 4m/s , 进风顺槽限定风速为 0. 25～ 6m/s 。 通常采矿 专业设计的工作面通风量已接近 规程 规定的上线, 因 此, 回采工作面风量的增加余地很小。 下面以安徽淮南某 -906m生产矿井回采工作面为例, 说明上述影响因素,对供冷量的限制。 该工作面的计算初 始参数见表 1, 计算得热量见表 2。 按 100风量均经空冷器降低至 19℃计算, 空气可以 带入回采工作面的最大冷负荷为 QG i 2-i1 48. 75 72. 57-50. 851058 . 85k W 式中 Q 空气可以带入的冷负荷,k W; G 空气重量流量,k g /s ; i 2 工作面出口空气焓值, k J /k g ; 表 1 某回采工作面降温负荷调整前后 计算初始参数表 序号项 目调整前数值调整后数值 1回采工作面长度 /m220220 2横断面积 /m 2 1212 3横断面周长 /m13. 513. 5 4岩温 /℃4242 5年产量 /M t3. 53. 5 6通风量 /m 3 m i n- 1 25002500 7最大风速/m s - 1 3. 63. 6 8出口设计干球温度 /℃2834 9出口设计湿度 /8080 10 出口空气热焓 /k J k g - 1 72. 5797. 94 11出口设计感觉温度 /℃31. 7 12 入口前 胶带顺槽 输煤设备功率 /k W 14001400 13采煤机设备功率 /k W14001400 14进风 胶带 顺槽长度 /m19001900 15空冷器设计出风温度 /℃1921 16空冷器设计出风湿度 /100100 17空冷器出风热焓 /k J k g - 1 50. 8557. 2 18空冷器设计供水温度 /℃88 19空冷器设计回水温度 /℃1820 距回采工作面最近的空冷器布置在距下口 100m 的进 风顺槽内 表 2 某回采工作面计算需冷负荷调整前后 序号降温负荷计算项目调整前调整后需冷负荷计算影响因素 一回采面得热负荷 1机电设备散热负荷 /k W280280与机电设备功率相关, 与产量间接相关 2煤岩壁散热 含热水散热 负荷 /k W1010736与岩温、 回采面表面积相关 3氧化散热负荷 /k W73. 473 . 4与回采面表面积、 风速相关 4采落煤散热负荷 /k W293. 2215与岩温、 产量直接相关 5采落煤氧化散热负荷 /k W38. 538 . 5与产量间接相关 6人体散热负荷 /k W19. 219 . 2与产量间接相关 二进风顺槽末端得热负荷 1机电设备散热量负荷 /k W280280与机电设备功率相关, 与产量间接相关 2进风顺槽煤岩壁散热负荷 /k W0. 50. 1与岩温、 计算段皮带顺槽表面积相关 3进风顺槽煤岩壁氧化散热负荷 /k W21. 921 . 9与计算段皮带顺槽表面积、 风速相关 4输送带上采落煤散热负荷 /k W9785 . 8与岩温、 产量直接相关 5输送带上采落煤氧化散热负荷 /k W17. 517 . 5与产量间接相关 三回采工作面总降温负荷 /k W2131. 21767. 4 i 1 空冷器出口空气焓值, k J /k g 。 由上述计算结果可以看出, 回采工作面计算降温负荷远 大于工作面风量可以带入的冷负荷。 在上述限定条件下要带 走 2131. 2k W的热负荷, 需要 98. 12k g /s 的风量, 最大风速 达到 7. 2m/s , 远超过 规程 第一百零一条规定回采工作 面限定风速为 0. 25～ 4m/s 的上线 因此 标准 及 规程 中规定的空气干球温度, 在该实例中是不可能实现的。 3 解决问题的思考 分析造成上述情况的原因, 显然, 工作面得热负荷太大、 进出口空气的焓差太小以及通风量受限导致上述结果。 分析得热负荷影响因素可知, 岩温、 工作面设计干球 温度、 回采工作面的长度与产量, 均对工作面得热负荷有 直接的影响。 其中开采深度决定了岩温不可改变, 只可以 23 2009年第 9期 煤 炭 工 程 设计技术 收稿日期2009-06-27 作者简介黄君来 1965- , 男, 陕西咸阳人, 现在中煤集团北京华宇工程公司从事给排水设计工作。 矿井排水处理中预沉调节池的设计探讨 黄君来 中煤国际工程集团 北京华宇工程公司, 北京 100120 摘 要 煤矿井下排水有着自身的特殊性 , 为了确保矿井排水处理站安全 、 稳定、 灵活的运 行 , 在矿井排水处理中设置预沉调节池是十分必要的。预沉调节池的设置应综合矿井自身的特 点 , 合理设置调节池从而使井下水处理达到最优。 关键词 预沉调节池 ; 井下小时排水量;井下排水时间 ; 井下排水工况 中图分类号 T D 744 文献标识码 B 文章编号 1671- 0959 2009 09- 0024- 02 1 概 述 煤矿井下排水的水质、 水量既具有相对的稳定性又存 在一定的波动性。 在实际运行中, 经常会发现井下排水短 时悬浮物含量异常波动的现象, 悬浮物含量瞬时可高达平 均值的几倍甚至数十倍, 为了缓冲、 均衡水质,确保处理 站的安全稳定运行, 在水处理工艺前端设置预沉调节池是 十分必要的。 另外, 井下涌水一般是通过井下排水系统排 至地面, 而井下排水系统与井下排水处理站的工况往往存 在不一致, 通过调节池的设置不仅可协调井下排水系统与 井下排水处理站的不同工况,而且可通过池容调节优化水 处理设备能力使之更趋以合理。 由此看出 , 该构筑物是水 对另外三个影响因素进行调整。 然而, 缩短工作面或降低 产量, 都将导致煤矿生产成本的大幅度增加。 现考虑是否可以提高工作面设计干球温度, 国外为降 低高温矿井降温负荷, 有采用感觉温度作为评价依据的做 法。 参考国外的经验, 把上述计算初始参数中的工作面设 计参数及空冷器出口参数作了调整。 调整前后的计算初始 参数及计算结果详见表 1、 表 2。 按调整后的参数计算得热负荷, 计算需要的通风量 如下 G1767. 4/ 97. 94-57. 243. 38 k g /s 计算通风量约为设计通风量的 89, 符合回采工作面 通风中约有 10的风量漏失到支架背面, 实际参与降温的 有效风量占总风量的 90的事实。 因此, 认为此次计算达 到了风流的热平衡, 计算有效 。 上述实例中回采工作面的风量较大, 可以采用等效温 度评价的方法提高工作面的设计干球温度, 使工作面的需 冷负荷与风流的载冷负荷达到热平衡。 但为保障降温效果, 工作面设计干球温度的提高是有限度的。 在风量较小的回 采工作面中, 有限的提高工作面设计干球温度仍然无法达 到风流的热平衡, 必须在提高干球温度的同时, 调整工作 面的长度、 产量, 方能降低需冷负荷, 达到风流的热平衡。 4 结 语 上述实例说明高温矿井回采工作面空气干球温度不能 简单的确定在 26～ 28℃, 应该在考虑改善工作环境的同时, 考虑其实现的可能性及节能因素。 在国内, 矿井工作面的感觉温度确定为多少更为合适, 还有待于业内人士的共同探讨。 但可以肯定的是应根据 具体情况, 以适合的感觉温度、 适当的采煤工作面长度及 适合的日产量达到风流的热平衡为原则。 上述问题的讨论建立在以淡水为载冷剂的基础上。 若 改为以乙二醇为载冷剂, 则进入空冷器的冷媒可以降低至 0℃以下, 空冷器的出风温度可以继续降低, 从而加大回采 工作面进、 出口空气温差及焓差 , 加大空气的载冷量。 但 这样做的结果必然使回采工作面进口空气温度较低 , 使该 区域的工作人员产生寒冷感。 虽然新修订的 煤矿井下热 害防治设计规范 G B 50418-2007取消了原 MT 5019-96版 规范中 “采用制冷降温措施的采掘工作面, 其最高与最低 气温差宜小于 7℃” 的限定。 但从劳动卫生 、 保障工作人 员身体健康的角度看, 回采工作面最高与最低气温差不应 该无节制的加大。 参考文献 [ 1] G B10438 -89, 煤矿井下采掘作业地点气象条件卫生标准 [ S ] . [ 2] 建设部工程质量安全监察局。全国民用建筑工程设计技术措 施 /暖通空调动力 [ M ] .北京中国计划出版社,2003. [ 3] G B50418 - 2007, 煤矿井下热害防治设计规范 [ S ] . 责任编辑 赵巧芝 24 设计技术 煤 炭 工 程 2009年第 9期