HEMS深井降温系统在张小楼井的应用.pdf

2 0 1 2 年第 8 期 中州煤炭 总第2 0 0期 HE MS深井降温 系 统在 张小楼 井的应用 雷 晓军 河南大有能源股份 有限公司 千秋煤矿 ， 河南 义马4 7 2 3 0 0 摘 要 为 了抑制深井高温给井下作业人 员带来的危害 ， 分析 了对张小楼 井下温度特征 变化规律 ，详细介 绍 了 H E MS系统的工作原理 、 系统 的实施及应用效果。实践应用表明 该 系统达到 了井下 降温的 目的 ， 平均 降温 6 ～ 9 c c， 优 化 了作 业面工作环境 ， 其社会效益显著。 关键词 深井； 降温 ； HE MS系统； 矿井 涌水 中图分类号 T D 7 2 7 ． 5 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 3～ 0 5 0 6 2 0 1 2 0 80 0 8 8 0 3 张小楼 井隶 属 于徐州 矿务集 团有 限公 司庞庄 煤 矿 ， 距 徐 州 市 区 1 3 k m。该井 于 1 9 7 3年 建成 投 产 ， 矿 井原 设 计 生 产 能 力 4 5万 t ／ a 。经 过 技 术 改 造 ， 2 0 0 6年 核定 生 产 能力 为 1 2 0万 t ／ a 。采 用 立 井 、 多 水 平开 拓 ， 现 生产 水平 一1 0 2 5 m， 主要 开采 山西组 7 煤和 9煤 。采用走向长壁采煤法开采 ， 两综采工作 面组 织 生产 。 张小 楼井 井深 在 1 1 0 0 m 以上 ， 在 夏季 ， 由于井 下空气湿度大 ， 温度过 高 井下工作 面部分 区域有 2 9～ 3 7℃ 的热水 涌 出 ， 巷 道 内气 温 在 2 53 7℃ 之 间 。工人 长 时 间在 此 环 境 中作 业 ， 体 力 消耗 大 ， 平 均劳动效率 比在正常条件下工作时下降 3 0 ％。尤 其高温环境引起工人的头晕眼花 、 精神恍惚 、 乏力恶 心等 状况 ， 对安 全 生 产 造 成 了极 大 威 胁 。井下 中暑 现象时有发生 ， 经常有工人在井下晕倒。伴随着矿 井开采深度 的增加 ， 热害 问题将会越来越严 重， 为 此 ， 治理矿井热害已迫在眉睫。 1 井 下 温 度 场 特 征 张小 楼井 恒温 带深 2 5～3 0 m， 温 度 约 1 6 ． 7℃ ， 地温 梯度 为 2 ． 1 c 【 ／ h m， 属 地 温 正 常 区。 由于 开 采 深 度 1 1 0 0 m 以上 ， 目前 井 下最 高 温 度 可 达 3 5℃ ， 局 部 出现异 常热 害 区 ， 属 高 温矿 井 。各 个 采 掘点 的 温度普遍较高 ， 湿度较大 ， 即使在冬季部分采掘面温 度也超过 了 煤矿安全规程 的相关规定。 从井 底车 场到 工作 面 回风 巷全 年每 月平均 温度 见表 1 。工作面平均温度为 2 8 ． 6 c 【 ， 回风巷平均温 度 为 3 2 ． 1℃ ， 热 害情 况 较 为严 重 。同 时 ， 从 表 2中 收 稿 日期 2 0 1 2 0 4 0 7 作者 简介 雷晓军 1 9 8 5 一 ， 男 ， 河南 新野人 ， 助理 工程师 ， 2 0 0 7年 毕业于河南 理工大学 ， 现从事煤矿机电工作。 8 8 可 以看 出 ，一8 0 0 m 以深 的 岩 温 基 本 均 高 于 3 4 ． 2 ℃ 。 表 l 井下各地点月平均温度 ℃ 2 0 1 2年第 8期 雷晓 军 HE MS深 井降温 系统 在 张小楼 井 的应 用 总第 2 0 0期 2井下降温方法选择 1 非人 工制 冷 降温 方 法 。该法 主要 采用 加 大 矿井 通风强 度来 实 现 。 随着 巷 道 风量 的增 加 ， 从 围 岩及煤体放出的氧化热和其他热源放 出的热量分散 到更 大空 间 的空 气 里 ， 从 而 使 巷 道 内 的 温 度 降 低 。 然 而张小 楼井 的采掘 工作 面具 有深 度大 、 距离 长 、 围 岩温 度高 、 有热 水 涌 出等 特 点 ， 因此 ， 加 大 通 风强 度 的降温方 法不 可行 。 2 人 工制 冷 降 温 方 法 。主 要 有 制 冰 降 温 、 制 冷气降温、 制冷水降温 3种形式 ①制冰降温。主要 是将 制 冰场制 取 的冰 块 运 至工 作 面 ， 通 过 冰 水相 变 完成 热量 交换 ， 达 到 降 温 目的 。但 由于 系 统 能效 比 低 、 管路长、 沿程损耗大 、 容易堵塞 、 混风模式除湿效 果差等缺点 ， 不宜采用。②制冷气降温。即将传统 的地面集中空调降温技术应用于井下 ， 进行井下降 温 ， 但是 集 中式 空 调 降 温 主要 存 在 深度 大 、 压力 高 、 排 热 困难 、 降温效 果 差 、 } 昆风 系统 除 湿 效 果 差 、 运行 费用高等问题也不宜采用。③制冷水降温。制冷水 降温 ， 即提取 矿井 涌水 中 的天然冷 能 ， 然 后传 输该冷 能至深 部工作 面 ， 与高温 空气 进行 热交换 ， 从 而达 到 降低工作面温度的目的， 该方法能效比高， 管路短。 根 据矿 井 实 际情 况 ， 张 小 楼 井 引 进 了先 进 的 HE MS深井降温系统进行降温。H E MS系统利用矿 井涌水为冷源 ， 使水资源得到了充分利用 ， 且系统实 现 闭路 循 环 ， 节 能 无 污 染 ⋯ 。利 用 风 能 降 温 模 式 ， 降温效 果好 ， 同 时可 以降湿 。另 外 ， 该 系统 铺 设 了 2 回专用 管道 ， 有 效解 决 了降温 过程 中 的混 风 问题 。 3 HE MS系统 工作原理 H E MS 系 统 是 利 用 矿 井 涌 水 ， 流 经 H E MS ． T 换 热系统到 H E M S ． I 制冷工作站提取冷量 ， 然后 利用 提 取 的冷量 经 H E MS ． I I工 作 站 与 工 作 面 高 温 空 气 进行换热作用 ， 降低工作面 的环境温度。整个冷却 水 系统 是 闭路循 环 系统 ， 而风 循 环 系 统则 是 开 路 循 环示 意 。其 工作 原理 如 图 1所示 。 图 1 HE MS系统工作原理 4 HE MS系统实施 根据矿井实际情况 ， 利用已有的 一1 0 2 5 m瓦斯 抽放泵站作为降温主机 H E MS I 硐室 ， 硐室 内主要 设备 有 2台 H E M S ． I w a k 2 0 0 0 ， 4台 HE MS ． T ， 2台 H E MS - I 二次侧水泵 ， 2台 H E M S ． T二次侧水泵 ， 1套 软化水设备 。利用人车巷作为喷淋水漫流巷道， 在 人 车 巷上 滑板挖 喷淋 水池 ， 下滑 板挖冷 水池 ， 喷淋 水 经喷淋水池漫流到冷水池 ， 使其 自然冷却。在冷水 池附近掘出一冷水池泵房 ， 泵房 内主要设备有 2台 H E MS T一次 侧 水 泵 。在 工 作 面胶 带 运 输 巷 附 近 ， 掘 出 H E MS I I 硐 室 ， 硐 室 内主要 设 备 有 8台 H E M S I I ， 1台风机。整个系统沿井下进风巷道铺设 2趟保 温管路 一路用作冷却水进水 ； 一路用作冷却 水 回 水。各硐室位置如图 2所示 。 图 2 HEMS系 统硐 室布 置 8 9 2 0 1 2年第 8 期 中州煤炭 总第2 0 0期 H E MS系统工艺 流程 井下 水仓 水 温为 3 O c I 矿 井水 通过 管路 进入冷 水仓 ， 与 3 7℃ 喷淋冷 却水混 合 后 ， 由 H E MS T一 次 侧 水 泵 进 入 到 H E MS ． T ， 经 过 H E M S ． T的热 交换 作 用， 温度 升 高到 4 3℃ ， 再 由 H E M S T排放 至人 车 巷 上 滑板 的喷 淋水 池 ， 经 过 巷 道漫 流冷 却 ， 进 入 冷 却 水 池 。 进 入 HE MS - I内的 矿 井涌水被提取冷量 ， 二次侧 出口温度降低至 3℃ ， 由 H E M S ． I 二次侧 水 泵抽 取 ， 经保 温管 路进 入 H E M S ． I I 工作站 ， 通过 H E MS - I I 工作站 与风机 的气液交换 ， 将风温降低到 1 8℃ ， 风温通过工作 面系统后 ， 使工 作 面温度 降低 至 2 6℃ 。气 液交 换后 1 8℃ 的冷却 水 回水 经保 温管 回到 H E MS ． I ， 经 H E M S ． I 作 用后 温 度 上升 至 4 l℃进入 H E MS ． T ， 通 过 H E MS ． T的热 交 换 作用 ， 温 度降低 到 3 5 o 【 ， 再 由 H E MS T二 次侧水 泵 ， 进入 H E MS ． I 一 次侧进 行提 取 冷量 。徐 州 矿 区水 质 硬度大 ， 因此需要加 入软化水系统 ， 以降低水质硬 度 ， 防止水在设备及管路内结垢。其工艺流程如 图 3所示 。 图 3 H E MS系统工艺流程 5 HE MS系统运行效果 H E MS系统首 先在 张小楼 井 9 5 2 0 6综 采 面得 到 应用 ， 降温效果显著。图 4为 9 5 2 0 6综采 面温度监 测点 位 置 。表 3为监测 点安 装 HE MS前后 温度 和湿 度对 比。注 A为 H E MS一次 进风 侧 ； B为 HE MS二 次出风侧 ； C为 9 5 2 0 6胶带运输巷端头 ； D为 9 5 2 0 6 材料 巷端 头 。 从表 3可以看出， 使用 H E MS系统后 ， 工作面温 度控制在 2 6～ 2 9℃之间， 温度降低了 6 9 o C。工 90 作 面湿度 随着 风流 方 向不 断 升高 ， 到 工作 面控 制 点 C点 后相 对湿度 为 9 5 ． 5 ％ ， 而 人 风 口的相 对 湿 度 为 8 3 ％ ， 系统 运行 后相 对湿度 降低 3 ． 7 ％ ～1 2 ． 0 ％ 。 图 4 9 5 2 0 6综 采 面 温 度 监 测 点 位 置 表 3 监 测 点 安 装 HE M S前 后 温 度 和 湿 度 对 比 6 结语 张小楼井安装使用 HE MS系统后 ， 其工作面温 度 、 湿度 均 明显降 低 ， 改 善 了工 作 面 的作业 环 境 ， 保 障了井下工人的身体健康 ， 大大提高了工作面开采 效 率 ， 体现 了企业 以人 为本 的管理 理念 ， 其社会 效益 显著 。 参考 文献 [ 1 ] 何满潮 ， 徐 敏． HE M S深井降温 系统 研发及热害控制 对策 [ J ] ． 岩石力学与工程学报 ， 2 0 0 8 7 1 3 5 3 1 3 6 1 ． 责任 编辑 刘光 雨