集中制冷降温技术在阳城煤矿热害治理中的应用研究

2018-08-14王来彬

现代工业经济和信息化 2018年9期

王来彬

（山东济矿鲁能煤电股份有限公司阳城煤矿，山东汶上 272500）

引言

阳城煤矿位于汶上县郭楼镇境内，井田东西宽2.2～6.7 km，南北长10.5 km，面积为46.1 km2。采用立井-暗斜井开拓，布置主、副、风三个井筒，井底车场水平标高-312 m，主水平标高-650 m。煤炭地质储量5.44亿t，可采储量1.33亿t；主采3煤层，平均厚度7.5 m，属低磷低硫气煤，煤层赋存情况较好。矿井设计生产能力180万t/年，核定生产能力为202万t/年。

1 矿井地温分布规律及热害来源分析

矿井采用中央并列式通风，区内地温梯度的平均值为1.86℃/100 m，属地温正常区。－500～－650 m深度地温26℃，其－650 m以下属正常增温区。

矿井热害来源：地热是导致矿井热害的主要因素；综采工作面及煤、岩巷普掘工作面的机电设备运转时散热；煤炭生产运输过程中的煤矸岩温散热和煤、矸氧化放热；风流压缩热，风流自然压缩使风流温升[1]。

随着开采深度的增加，通风距离逐渐增加，地温逐渐升高，采掘工作面的风温也将逐渐升高，夏季井下工作面温度达到30～32℃，最高34℃，超过《煤矿安全规程》的规定，呈现较严重的季节性热害特征。为确保矿井安全生产和职工的健康，必须进一步采取措施调节风温，解决矿井的高温热害问题，经调研论证，确定采用井下集中降温系统。

2 矿井需冷量

集中制冷最终目的是将进入采掘工作面的风温降低到《煤矿安全规程》规定的范围。因此载冷剂必将从进入采掘工作面的风流中吸取热量，并将这些热量通过制冷机的排热系统转移到回风巷道或地面大气中去。矿井制冷降温系统冷负荷主要是采掘工作面冷负荷之和，再加上系统的冷量损失。但是，要精确计算或者预测矿井降温系统的冷量损失较为复杂，尤其是管道的冷量损失。根据《矿井降温技术规范》和《煤矿井下热害防治设计规范》的规定，结合孙村、平八矿、唐口、阳城等矿井的情况，在矿井降温制冷量基础上取1.1～1.2的系数，即为矿井降温系统冷负荷。阳城煤矿永久降温系统需冷量（按最大冷量计算）为：

式中：ΣQt，x为矿井降温系统总冷负荷、制冷量，kW；ΣQc，m为采煤工作面需冷量，kW；ΣQj，j为掘进工作面需冷量，kW；k为备用系数，取值范围为1.1～1.2，这里取 1.2。

根据矿井的实际情况，阳城煤矿井下集中制冷降温系统按两面六头设计，并考虑深部区域，富余量较大，不再考虑系统的扩容。阳城煤矿井下集中制冷降温系统冷负荷为如下页表1所示。

通过计算可得出阳城煤矿井下集中制冷降温系统所需冷负荷为6 056 kW。

3 井下集中制冷降温系统工艺

井下集中制冷降温系统的工艺流程为（见下页图1）：冷却水循环系统、冷冻水循环系统、补水系统、散冷系统和排热系统[2]。

井下集中式制冷系统方案与地面集中降温系统相比，该方案的最大区别是没有高低压转换环节，机组冷凝器本身能承受16 MPa的高压。

表1 阳城煤矿井下集中制冷降温系统冷负荷统计表

图1 井下集中制冷降温系统工艺流程示意图

4 系统设备选型

根据上面制冷站冷负荷计算结果可以确定降温系统制冷机组选型，本方案中选择单台制冷量为3 300 kW高压模块化的井下集中制冷机组2台（计算系统冷负荷6 056 kW）。目前国内同类型产品，即矿用高压模块化井下集中制冷装置（以下简称CS-3000），单套该机组额定制冷量为3 300 kW，主要参数如下表2所示，蒸发器参数如表3所示，冷凝器参数如表4所示。