煤矿井下HEMS降温系统安装技术研究与应用.pdf

2 0 1 3 年第 3 8 卷第 5 期 V0 1 ． 3 8 No ． 5 能 源 技 术 与 管 理 E n e r g y T e c h n o l o gy a n d Ma n a g e me n t 1 5 3 d o i 1 0 3 9 6 9 6 ． is s n ． 1 6 7 2 - 9 9 4 3 ． 2 0 1 3 ．0 5 0 6 3 煤矿井下 H E MS 降温系统安装技术研究与应用 王 民中 江苏省矿业工程集团 机电安装处， 江苏 徐州 2 2 1 1 3 1 [ 摘要 ] 随着矿井开采深度的增加和采掘机械化程度的不断提 高， 矿井高温热害 日趋严重， 已经制约煤矿安全 生产的发展 。 针对 目前煤矿的深井热害问题 ， 提 出分别 同时安装 利用矿井涌水作为冷源的煤矿 井下降温 系统 ， 实现远程实时监测， 有效改善深井开 采井下施工环境 。为 了实现该 系统的快速 、 安全安装 ， 提 出了无轨斜巷 内自制“ 旱 船” 运输工具 、 管路安装 自制“ 移动式悬臂扒 杆” 起 吊机具 、 调试 系统分单位分阶段 投运为原则 ， 分步 实施 、 分段分 区完成的方案。 [ 关键词 ] 煤矿井下降温系统 ； 高温热害 ； 旱船 ； 移动式悬臂扒杆 [ 中图分类号 ]T D7 2 7[ 文献标识码 ]B [ 文章编号 ]1 6 7 2 _ 9 9 4 3 2 0 1 3 0 5 1 5 3 3 0 引 言 随着矿井开采深度的增加和采掘机械化程度 的不断提高 ， 矿井高温热害 日趋严重 ， 已经制约煤 矿安全生产的发展。根据 煤矿安全规程 规定 “ 生产矿井采掘工作面的空气温度不得超过 2 6℃， 机 电设备硐室的温度不得超过 3 0 c I 二 ； 采掘工作 面 的空气温度超过 3 0℃、 机电设备硐室的空气温度 超过 3 4℃ 时， 必须停止作业。”因此 ， 安装煤矿 井下降温系统是开采深部矿井资源的必要途径 ， 从某种角度而言 ，矿井降温系统在一定程度上决 定 了矿井的开采深度和可开采矿藏的数量。 针对 目前徐州矿务集 团张双楼 、 张小楼 、 三河 尖 、 夹河等矿井的深井热害问题 ， 提出分别 同时安 装利用矿井涌水作为冷源的煤矿井下 H E MS降 温系统， 实现远程实时监测， 有效改善深井开采施 工环境。该系统不同于以往的井上下机电设备和 管路等安装项目， 装备多， 工艺复杂， 战线长， 工程 量大 ， 水平面多 ， 与提升运输 、 通风 系统混杂在一 起 ， 施工难度大 ， 影响范围广 ， 与之配套的安装技 术在传统的安装实践上不断的优化和改进 ，以满 足安全 、 快速 、 便捷 的安装 ， 达到预期 目标 。 1 1 3 1 0 m 斜巷 、 平巷 、 辅助设备 定压补水装置 、 除砂装置、 软水装置 ， 电控设备安装 、 气密性试 验、 试运转等多方面的内容。煤矿井下 H E M S 降 温系统结构如图 1 所示。 H E M S 系 统 深井热能利用系统 矿井排水 系统 矿井水冷源 系统 二二]二 H E MS l 制冷系统 s l y I ’压力转换 系统 H E MS l I 降温降湿系统 ] 作面冷风输送系统 下循环系统 封闭 二 二二]一 二二二] 冷风降温系统 近 程 实 日 可 ‘ 监 测 系 统 图 1 煤矿井下 H E MS降温 系统结构 为了实现煤矿井下 H E M S降温系统快速安 装 ， 根据煤矿的现有条件和降温系统 的工作原理 ， 特制定 了新型安装方案 采用多工作面分段作业 同时进行安装 、 大型设备解体分部运输下井 、 无轨 斜巷 内自制 “ 旱船” 运输 、 管路安装 自制“ 移动式悬 臂扒杆” 起 吊机具、 调试系统分单位分阶段投运为 原则 ， 分步实施 、 分段分 区完成 的方案 ， 达到 了预 定 的安装 目的。 1 煤矿井下降温系统安装原理 2 煤矿井下 H E MS降温系统安装技术 煤矿井下 HE MS降温 系统是一个 比较 复杂 的系统 。复杂性体现在其包含有 5个流体回路 ， 即 冷风、 冷冻水、 制冷剂、 冷却水、 排热所用空气 ， 主要包括 HE MS I 1 1 机组设备及 H E MS P T 机组设备 4套 、各种水泵 1 6台、托管梁及管路 2 ． 1 无轨斜巷 内自行研制“ 旱船” 运输工具 ， 施工 简单便捷 2 ． 1 ． 1 “ 旱船” 的制作 在井下斜巷内管路运输时 ，巷道倾角1 8 。 ， 长 度 7 0 0 m， 由于此巷道为无运输轨道 ， 且不能采用 1 5 4 王民中 煤矿井下 H E M S 降温系统安装技术研究与应用 2 0 1 3年 1 0月 F e b． ． 201 3 运输车辆和带式输送机时，常规做法采用敷设临 时轨道进行运输 ， 工程结束后再拆除， 加大了工程 量 ， 增加了成本费用 ， 严重影响工程进度 ， 且轨道 敷设空间狭小 ， 施工不安全。因此 ， 针对斜巷内无 轨运输难 、 线路长 、 作业地点离井 口远 、 现场环境 温度高、 湿度大等特点， 自 行研制了“ 旱船” 作为管 路运输工具 ， 施工工序少 ， 缩短了运输工期 ， 保证 了运输安全。 “ 旱船”主要采用 1 6 槽钢 、 1 2 工字钢 、 5 0 5 角铁 、 1 0 m m厚钢板等组合加工而成 ， 前部焊有防 滑栏 ， 两端上翘 l 5 。 ， 选用 1 6 槽钢作 为排脚加工 而成的滑台 ， 排脚之间用 1 6 槽钢连接 ， 前后均有 万向牵引装置。“ 旱船” 长度尺寸根据实 际安装管 路的长度进行确定 ， “ 旱船” 示意图如图 2所示 。 1 ． 导向板 ； 2 ．牵引装置 ； 3 ． 固定板 ； 4 ．旱船 ； 5 ． 捆绑装置 ； 6 ．钢管 图 2 旱船示意图 在管路运输 中，在斜巷的上下两个水平各布 置一部 5 5 k W 调度绞车 ， 内缠 2 0 m m不旋转钢 丝绳 ， 经过 1 0 t 导 向滑轮 ， 采用对拉控制的方式 ， 通过“ 旱船” 将管路运输到指定地点， “ 旱船” 运输 示意图如图3所示 。 1 ．调度绞车 1 ； 2 ． 导向滑轮 1 ； 3 ． 斜巷巷遭底板 ； 4 ．钢管 ； 5 ． 旱船 ； 6 ． 钢丝绳 ； 7 ．导 向滑轮 2 ； 8 ． 调度绞车2 图 3 旱船运输示意图 2 ． 1 ． 2 钢丝绳的安全系数验算 旱船质量 约为8 0 0 k g ， 6根 6 ． 0 m长 、直 径 2 7 3 mm钢管质量约为 2 ． 4 1 0 k g ， 则旱船和钢管 的质量约为3 ． 2 1 0 k g 。 直径2 0 m m不旋转钢丝绳最小破 断拉 力为 2 1 9 k N，则钢丝绳最小破断拉力总和为 2 8 9 k N， 斜巷坡度按最大 l 8 。 计算 ， 下滑力约为 9 ． 9 k N。 经计算钢丝绳的安全系数为 K 2 9 k N， 符合 煤矿安全规程 第四百条关于提升装置提物用钢 丝绳安全系数不低于 6 倍的规定 。 2 ． 1 ． 3 导 向滑轮的确定 导向滑轮的吨位 Q 。 与钢丝绳牵引力 P的关 系式为 Q o K x P 式 中， K为导向角度系数。 根据导向角度 O l 、 ， 查 机械设备安装手册 中导向角度系数表可知 ， K I ． 0 。 经计算滑轮载重量 Q 。 9 ．9 k N ，则导向滑轮 1和 2选用 1 0 t 滑轮 。 2 ． 2 自行研 制了“ 移动式悬臂扒杆” 起 吊机具 ， 提高 了管路安装速度 在井下管路安装过程中，因巷道内原有的起 吊锚杆相距较远 ， 且数量较少 ， 有的因时间过长已 不能作为管路起 吊机具使用。如果在巷道重新安 装起 吊锚杆 ， 则施工时间较长 ， 影响整个井下降温 系统安装周期。如果采用传统的独臂扒杆作为起 吊工具， 使用时呈直立状或微倾斜状， 起吊夹角较 大 ， 不安全 ， 并且只能进行一端起吊 ， 另一端需人 工搬抬 ， 劳动强度较大， 管路对接 比较费力。综合 考虑上述因素 ，自行研制了一种 “ 移动式悬臂扒 杆” 作为起吊安装机具， 施工简单便捷， 拆装方便， 提高了管路的安装速度， 降低了职工劳动强度， 确 保施工安全。“ 移动式悬臂扒杆” 选用镀锌钢管做 成“厂 ” 型， 站柱通过锁紧螺栓与定位芯轴 固定 ； 定 位芯轴与底板焊接 ， 用螺栓与托管梁固定 ； 上端悬 挂手拉葫芦进行管路 吊装 。根据巷道的高度和管 路安装的空间位置 ， 通过锁紧螺栓装置调节高低； 同时在端部位置布置了多个起 吊鼻孔 ，当管路运 输车距托管梁较远时， 依然能够起吊， 增加了管路 卸车时的起吊范围。移动式悬臂扒杆吊装钢管如 图4所示 1 ． 移动式悬臂扒杆 ； 2 ． 定位装置 ； 3 ．托 管梁 ； 4 ． 手拉葫芦 ； 5 ． 钢管 6 ． 底座 ； 7 ． 锁紧装 置 图4 移动式悬臂扒杆吊装钢管示意图 2 0 1 3年第 3 8 卷第 5期 V0 1 | 3 8 No ． 5 能 源 技 术 与 管 理 E n e r T e c h n o l o g y a n d Ma n a g e me n t 1 5 5 巷道内钢管卸车时 ，移动式悬臂扒杆与普通 独臂扒杆相 比， 移动式悬臂扒杆使用时比较方便 ， 省时省力， 减少钢管的摆动； 钢管起吊时， 快速有 效 ， 安全系数提升。 2 ． 3 整个 系统安装、调试是多面分段同时作业 ， 分步实施 煤矿井下 H E M S 降温系统分别在井下多水平 工作面安装机组设备， 从其分布情况来看， 存在多 水平多个工作区域及工程量大、 时间紧、 跨度大的 特点 ， 特制定以下施工方案 整个 降温系统安装 、 调试以分单位分 阶段投运为原则 ，多工作区域分 段同时作业， 分步实施， 分段、 分区完成， 即先独立 系统试投运 ， 再进行水泵 、 风机等辅助设备的试投 运， 然后进行整体联合试运行， 以达到预期 目的。 3 结论 煤矿井下 H E M S 降温系统安装技术研究与 应用方案 已在徐州矿务集 团张双楼煤矿 、庞庄煤 矿张小楼井 、 三河尖煤矿 、 夹河煤矿等多个煤矿的 降温系统安装工程 中成功应用。 实践证明， 该技术 研究与应用方案不仅缩短了施工周期 ，提高了劳 动生产效率， 减少了人员和设备资金的投入 ， 实现 了安全生产 ， 为有效控制井下工作面 的温度 、 湿度 提供了有力保证。 [ 作者简介 ] 王民中 1 9 6 5 一 ， 男， 高级工程师， 毕业于中国矿业大 学机电一体化专业 ， 长期从事煤矿机电安装技术与管理工 作 [ 收稿 日期 2 0 1 3 0 3 1 8 ] 上接第 1 5 0页工作面 回风联络巷 内进行钻孔 施工， 底板疏放。 钻孔施工方位倾角都需较高的精 度 ， 测量人员通过研究分析 ， 利用小闭合法 、 全站 仪现场平距进行精确定位 。 2 ． 2 ． 1 具体解决方法 1 因穿透处水漾面积仅 0 ． 2 mx O ． 5 m， 所 以 有必要利用尼康全站仪对开孔位置与与穿透水漾 处进行小闭合测量。首先从工作面回风联络巷老 测量点△ A、 A B、 A C施测 ，经 1 3 4 1 材料道 至东二 夏桥系运输上山水漾处 ，新测 L - 、 L 2 、 k、 、 L s 点 ， 从而确保钻孔施工处与水漾处的测量数据同等精 度 ， 从而减少不同精度测量造成 的误差。 2 利用实测数据测绘成图，在把开孔处的 实测坐标与水漾子中心坐标反算 ，从而得出钻孔 实际施工方位 ；把开孔处实测顶板标高与水漾底 板标高反算即是施工钻孔的实际倾角。 3 利用全站仪平距放样功能 ，根据反算数 据进行实地精确标定。施工过程 中应进行现场跟 踪把关。 放水钻孔示意图如图 2所示 。 ■眉桥 系回风 I 1 一／／ 东 夏桥 系运输上j ／ ‘ - 图 2 放水钻 孔示意 图 2 ． 2 ． 2 应用效果 利用小闭合法、 实测数据坐标正反算、 全站仪 现场平距进行精确定位的方法 ，实践表明是切实 可行 的。 钻孔施工完成后将水全部引流至水沟 ， 将 水成功疏放。东二夏桥系采 区的安全及文明生产 环境得到保障。 3 结语 1 通过研究与实施 ，利用多种测量技术联 合精确标定施工钻孔方位及倾角，大大提高了钻 孔施工的精度以及钻孔的成功利用率。 2 以前巷道通风、水体的疏放等都需掘进 巷道 ， 通风时进行风桥 的架设等 ， 施工工序复杂 ， 且浪费人力物力财力， 通过高精度施工钻孔 ， 大大 减轻了工人劳动强度以及资金的投入。 3 在传统测量的基础上大胆创新 ，采用测 量新技术 、 新设备 ， 结合绘图技术 ， 从而保证高精 度施工钻孔， 克服了传统钻孔标定方法、 工序复杂 繁琐、 劳动强度大、 精度低等弊病 ， 大大提高了工 作效率 ， 并为测量工作的大胆创新 ， 采用新技术 、 新设备 、 新方法 ， 积累了宝贵的经验 。随着社会的 发展技术的进步， 测量技术、 测量装备也有了日 新 月异的发展，怎么利用测量新技术新设备为煤矿 事业保驾护航，减少资金投入是每个煤矿测量人 员应认真探讨与思考的问题。 [ 作者简介] 王修瑞 1 9 7 1 一 ， 男， 助理工程师， 毕业于中国矿业大 学采矿工程专业 ， 现在徐州矿务集团张集煤矿从事地测技 术工作。 [ 收稿 日期 2 0 1 3 0 4 2 5 ]