巷道制冷设计的探讨

盛 耀

江苏省矿业工程集团有限公司工程技术部，江苏徐州 221000

井巷制冷技术自20世纪20年代中期开始兴起，至今已有近90年的历史。但是在我国矿井下作业中，井巷制冷技术迅速发展并广泛应用于20世纪60年代后期。目前，国内外常用的井巷制冷技术可分为：机械制冷降温技术、非机械制冷降温技术、空气压缩式制冷技术及机械制冰降温技术等。

1 制冷工作原理

采区外25℃左右，压力5MPa的防尘水沿管路进入掘进巷道，经巷道顶部的热变换装置而受热升温，受热的水带着大量的热量，经排水管路流出巷道，持续不断的冷水与巷道中35℃的较热空气进行连续热量交换，使巷道中空气温度下降，达到降温效果。

2 方案的可行性

该方案能够实施，存在4个基本条件：

1）温度差――实现热量交换的根本

进入巷道压力水温度较低，一般不高于25℃，巷道中空气温度（夏季）迎头28℃左右，巷道出口35℃以上，巷道中温度变化由以下曲线表示：

由曲线可知，巷道温度由里向外呈递增状态，固进排水管无需加保温材料。由于巷外压力水与巷中空气存在10℃左右的温度差，这是实现巷道降温的先决条件，下一步就需一简单的物理现象——热传递，即可进行巷道降温工作了。有条件的矿区，可以先给进入巷道的压力水做冷却处理，巷道的降温效果会更明显。

2）5MPa压力水提供直接动力

在巷道掘进中，敷设4吋压力水管供巷道除尘，迎头降尘以及支护时打锚杆用，巷道实行降温时只要用软管把热交换装置的进水口与4吋压力水管的闸阀搭接起来即可，无需另敷设管路。5MPa的压力能够给该循环系统提供足够的动力，也不需其它外力的帮助就可实现系统的循环。

3）循环管路已具备

（1）系统的进水管路借助于巷道中已敷设的4吋压力水管；

（2）系统的排水管路借助于巷道中现有的2吋主排水管路。

巷道降温系统的主要循环管路已形成，只要在巷道中选择合适的地点安装热交换装置，并分别用软管把压力水与装置的进水口连接，排水管与装置的出水口连接即可。系统中压力水一打开，回路畅通，水就会按既定的路线流动起来，通过热量交换巷道中大量的热量就会带出巷道，实现巷道降温。

4）系统维护方便、投资少

该系统环节少，仅有一根进水管，一根排水管，一组热交换片及用于系统控制的闸阀和截止阀。其中只有热交换片比较复杂，也只是由数根细的平行钢管和紧贴其下的一层铝合金组成。整个系统在维护上比较容易。在选材上只需考虑各钢管的耐压在5MPa以上，这点很容易做到，而且材料费用低，整个工程投资较少。

3 热交换装置设计

3.1 热交换装置的组成

装置由9个热交换片组成，采用串、并联的方法进行连接，如下图所示：

热交换装置图

该装置用多个热交换片进行混联，主要作用是进行充分的热传递，使热交换片出口温度尽可能达到巷中空气温度而获得冷水使用效率。

3.2 热交换片的设计尺寸

1）热交换片管路如下图尺寸：进水端与出口端管径为ø9.5，中部平行毛细水管要求管径不大于ø3；

2）热交换片安装靠近顶板并与顶板平板平行，铝合金片按热交换片尺寸设计，贴紧毛细管下方焊接。

4 结论

热交换片简图

随着现代科学技术的不断发展，井巷制冷技术的出现使得煤矿机械开始向高效、节能、可靠、环保的方向发展。在井巷制冷技术的研究中，越来越多的节能新技术、新工艺正在被推广应用。我国的煤炭企业应抓住“十二五”期间国家加强建设环境友好型、资源节约型社会的契机，加快转变技术发展途径与方式的重要着力点的方针政策，加大科技投入，使井巷制冷新技术在煤炭企业节能中发挥重要作用。目前，采掘工作面的高温现象已成为严重制约煤矿安全生产的重大危险源，解决这个问题是当务之急，以上我们介绍了热传递这一物理现象，应用于巷道制冷系统的设计思想，尚未投入现场应用，相信其在矿井安全生产上将有广阔的应用前景。

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