大平煤矿S2 S9 综放工作面高温综合治理技术的应用

2013-04-20耿文涛刘长久李天军

中国煤炭 2013年12期

耿文涛刘长久李天军陆鹏

(1. 辽宁省煤炭工业管理局，辽宁省沈阳市，110036;2. 辽宁省铁法煤业集团公司，辽宁省调兵山市，112700)

1 煤矿概况

大平煤矿位于三台子煤田西部，核定生产能力405 万t/a，采用立井单水平开拓方式，主水平为-535 m。S2S9综放工作面煤层赋存水平为-684～-767 m，工作面走向长度2042 m，倾斜长度278 m，煤层倾角5° ～8°，平均7°，采用走向长壁综采放顶煤采煤法，煤层厚度8.95 m，采高2.9 m，放煤高度6.05 m，全部垮落法管理采空区。

S2S9综放工作面受机电设备散热量大、通风距离长、赋存深等条件影响造成工作面温度过高，这种高温、高湿环境使作业人员失水严重，降低了劳动效率，严重威胁作业人员身体健康和矿井安全生产。在这种情况下，大平煤矿从内外因双向采取措施，通过有效控制热源、选用先进的ZJL -450型矿用局部制冷设备、合理调整局部通风系统、消除二次增温等多种综合措施治理S2S9工作面高温、高湿问题。局部制冷降温设备技术的引进是第一次应用于铁煤集团，意义重大。通过该项目的实施，检验了局部制冷降温设备的先进性和优劣程度，为铁煤集团引进大型矿井集中制冷系统积累了经验，为深部能源开发高温热害治理方案的优化提供了实践依据。

2 高温热害来源分析

(1)机电设备散热。S2S9综放工作面机电设备多、功率大，机电设备功率总和为5292 kW，散热增温量非常明显。经现场实测，生产期间回风巷道口温度为35℃，停产期间回风巷道口温度为27℃，由此可见机电设备散热是造成工作面温度大幅升高的主要原因。

(2)煤层氧化散热。工作面及采空区裸露煤体缓慢氧化散热是造成工作面温度较高的因素之一。

(3)地面大气温度影响。地面大气温度直接影响井下温度，冬季井底车场和主要大巷中的温度在17℃左右，夏季井底车场和主要大巷中的温度在25℃左右，到达用风地点后，温度将进一步升高。

(4)空气压缩能。S2S9综放工作面开采水平为-680 ～-700 m，风流进入井下后，由于空气压缩释放热量，进一步提高了空气温度。

(5)通风路线。S2S9综放工作面位于S2采区边缘，通风路线长(达7982 m)，流动空气与巷道壁摩擦产生部分热量带入空气中，影响风流温度。

(6)煤岩运输中的散热。S2采区采用轨道下山、运输下山、回风下山3 条下山的布置方式，S2运输下山和S2S9运输巷道布置4256 m 强力带式输送机，带式输送机运转时产生的热量进一步升高空气温度，造成工作面气候条件进一步恶化。

(7)地温影响。S2S9综放工作面位于S2采区边缘，风流受长距离巷道围岩散热作用，造成空气温度升高。

(8)湿度对等效温度的影响。在矿井高温环境下，空气相对湿度大，将会影响降温效果，随着绝对湿度的增大，人体的热交换将减小，人感觉闷热。

3 高温热害治理手段

(1)局部制冷技术。以局部制冷技术为主要热害治理手段，在综放工作面运输巷道安设ZJL -450 型矿用制冷设备，进行强制性风流冷却降温，明显降低了风流温度、湿度，作业人员舒适度明显改善。

(2)合理调整工作面局部通风系统，通风降温。改变局部通风系统，使原进入工作面的S2运输下山风流直接进入采区回风，解决了带式输送机运转产生的热量进入工作面风流中的问题，避免了外部热源对工作面进风流温度影响。

(3)进、回水管路加保温层。降低进水无效热损，增加机电设备冷却水携带热量能力，减少机电设备向空气中释放热量。回水管加保温层，防止向工作面进风流二次散热。

(4)在大功率电气设备上安装循环冷却水管，配合内部冷却水减少其向工作面进风流中散热。

(5)合理安排矿工的工作时间，延长休息时间，提供加盐饮用水。

4 矿用局部制冷技术的应用

4.1 制冷设备布置技术方案

为有效解决工作面高温热害，改善工作面作业环境，使用北京长顺安达公司生产的ZJL -450 型矿用制冷机对工作面进风流进行制冷降温。为了最大限度地发挥ZJL -450 型矿用制冷设备的制冷效率，制冷系统距离工作面越近越好，但由于电气设备串车位置限制，制冷机只能布置在S2S9运输巷道电气设备串车之后，与电气设备串车相连接形成整体串车，随工作面的推进与电气设备串车同时向后移动。局部通风机通过风筒送风至制冷机蒸发器，被制冷降温后的风进入工作面进风流。

由于受热效损失影响，冷却水温低时携带热量能力较大。经现场实测，制冷机所需冷却水量受水温的影响，冷却水温度为16 ～18℃时，冷却水实测流量为25 ～28 m3/h 即能满足需要;冷却水温度为19 ～21℃时，冷却水实测流量则需30 ～32.5 m3/h，必须采取措施保证进入制冷机的冷却水在进入井下后尽量降低和井下高温环境的热交换。制冷机进水管为直径89 mm 的铁管，为防止进水吸热升温，降低进水无效热量损失，进水管外做保温层，增加了冷却水携带热量能力。回水管为直径108 mm 铁管，为防止回水管路向工作面进风流二次散热，回水管外做保温层。

4.2 使用过程中出现的问题

(1)冷却水水温、水质问题。制冷机冷却水使用矿井循环水，矿井循环水为经过综合处理二次利用的工业废水，水质差、水体比热值小、携带热量能力小，且水温较高，曾经出现过因为冷却水水质、水温影响，造成制冷机停止运转的情况。在春、秋、冬三季，由于地表气温较低，从井下排出的矿井循环水经地面污水处理后，可以由冷却塔自然冷却(矿井循环水温度从升井时的32 ～37℃可以降至12 ～16℃)，直接输送到井下利用。在夏季，由于地表气温较高，矿井循环水必须经过地面制冷系统冷却降温后(地面制冷系统每循环可以把矿井循环水降温12℃左右)才能达到井下制冷机的使用要求。

(2)制冷风机吸入空气质量问题。制冷机是通过蒸发器的风流达到冷却目的，这就要求蒸发器内冷凝管与空气充分接触，但是如果风流中带有速凝剂、水泥、煤灰等杂质，杂质附着在冷凝管上就降低了冷凝管与风流的热交换率，影响制冷效果。对策是在制冷风机入口安设喷淋式过滤器和定期清理蒸发器。但如果喷淋水过大又无形中增加了风流中的湿度，对制冷效果有一定的影响，所以在日常的管理过程中需要了解喷淋水量的临界点，把制冷效果调整到最佳状态。

5 制冷降温效果分析

在S2S9综放工作面设置测点，对巷道内的降温效果进行测试，并组织停机试验，见表1，以比较使用与不使用制冷系统的效果。

通过采取综合降温措施，解决了局部制冷机组的冷却水水温、水质以及井下空气的粉尘、温度等问题的影响后，S2S9综放工作面实现了制冷设备的正常连续运行。经现场实测，制冷机进、出口风流温度差为12 ～14℃，S2S9综放工作面的温度和湿度都明显降低，除去季节性大气温度影响，温度可降低2 ～3℃，湿度可降低12% ～18%，作业环境得到明显改善。