浅析矿井热害的降温技术措施

冯康伟 段三壮

摘 要：随着我国深井开采时代的到来，矿井降温工程的需求量将越来越多。随着开采深度的增加，矿井热害显然跻身于继传统五大矿山灾害之后的另一重大灾害行列。本文简要分析了矿井热害的降温措施，将其分为非机械降温与机械降温两大类，旨在引起人们对井下热害及相关问题的重视，在现有技术基础上对新技术新方法的积极探索。

关键词：深井开采;矿井热害;降温措施;非机械降温;机械降温

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.055

0 引言

矿井热害降温技术的重视与研究对于维持矿区的可持续发展至关重要，热害治理技术问题也显然成为矿业领域稳定健康发展的瓶颈和关键技术。本文对矿井热害降温技术做了两方面归纳，分别为机械降温与非机械降温技术，有助于理清现有治理技术和对新技术的启发。

1 非机械制冷降温技术

在煤矿生产中，从矿井初期开拓、工作面生产等每个环节都会对井下环境的温度产生一定的影响，综上所述，大致可分为如下若干方面：矿井初期开拓和矿山巷道布置。顶板管理方法的影响、开采方法的影响、通风风量影响。

1.1 矿井开拓部署与矿山巷道布置对温度的影响

矿井通风系统的形式主要有：中央式通风系统，两翼对角式通风系统，分区式通风系统。如若改变传统通风方案，采用分区或者两翼风井进风，可以明显的缩短进风路线的长度，缩短程度能达到一半左右。如此，在相同的风速时，据有关资料报道，在大巷的末端风温上，对比两翼式与中央式，前者比后者温度低大约低2.1～6.3℃，对比分区式与中央式，前者比后者低大约2.3～9.6℃。

低温岩层对风流的热传递相对较弱，因而将进风流布置在温度低岩层中，能起到降温作用。采用混合式通风和下行式通风也会对风流具有一定的降温作用，其中下行风对工作面的热环境能有1～2℃改善。

1.2 采煤方法及顶板管理方法对温度的影响

根据现场经验，提供相同的开采条件，后退式采煤法与前进式采煤法相比，后退式相对漏风小，并且有效风量大一些，能使工作面降温1～2℃。在煤炭开采方法中，倾斜长壁开采法与走向长壁开采法相比，通风路线相对较短。在顶板管理中，将全面充填法与全面垮落法进行比较，前者更有利于井下冷却降温，同时，充填入温度较低的材料效果会更好。

1.3 增加风量对温度的影响

多年来的矿井采煤经验告诉我们增加风量具有较好的降温作用，可使工作面风流温度降低1～4℃，但应当控制在合理的风速内，否则会吹起煤尘。在此之外，增加风量的效果还会受到进风和围岩温度影响，当两个程度达到一定水平时，再增加风量效果甚微，特别是围岩达到40℃时，这时不应该通过增加风量降温，应该控制流量去增加冷却度。

2 机械制冷降温技术

从上个世纪七十年代以来，机械制冷降温技术开始进入高速发展阶段、同时应用也广泛起来。该种降温技术俨然成为矿井冷却方式的主要手段。

2.1 空气压缩式制冷降温技术

这种方式使用空气作为冷介质。降温技术步骤为：压缩机压缩空气→用制冷设备生产冷冻水→将其用冷冻汞输送至换热器→冷却器的冷水与压缩机的压缩空气进行热交换→产生低温压缩的空气→最后由输气管路输送至各种需冷场所形成冷风射流后用以降温。此种方式简单灵活，但是制冷能力较小，不宜为提高冷量而耗费耗工的去使用。

2.2 机械制冷水降温技术

该类矿山降温技术主要包括：地面集中式制冷水降温技术、井下集中式制冷水降温技术、井下地面聯合集中式制冷水降温技术、分散式制冷水降温技术。公认实践表明负荷超过2MW的矿山适用集中式的类型，对于低于此负荷的矿山，用分散式较好。费用方面地面集中式费用最低，井下集中式最高，而其余的在两者之间。井下集中式类型的缺点是冷凝热难以排出，井上井下联合集中式与地面集中式的问题是必须使用高低压转换设备，同时造成温度上升。

2.3 机械制冰降温技术

此种技术流程为：地面冰场中制取泥状或粒状冰→通过风力或水力输送至井下融冰装置→热交换中降低空调回水温度。该技术的原理是利用冰的溶解潜热带走温度，所以在同样冷负荷的条件下，向井下输冰量仅为输水量的20%～25%。故这种技术管道投资和工作运行能耗低，同时也没有高静水压和排放冷凝热难的问题，但缺点是制冷效率低，能耗较制冷水高1～3倍，同时对于运行管理和控制方面，要求较高。

2.4 HEMS降温系统

这种制冷工艺流程主要有：冷量提取系统→井下水源中的冷量→冷冻水输送至压力转换系统→井下降温系统→与风流热交换并降低工作面温度[2]。这种系统能较充分的利用各部分资源，能节省能源和减轻环保压力，其中的压力转换系统能有效应对高静水压方面问题。但其初期费用以及后期维护费用较高，以及其对矿井涌水的限制，导致其更适用于某些大型和涌水量大的矿井。

2.5 热电冷联产制冷降温

这种系统是一种高效益的降温系统，此系统将热量、冷量以及电能化为一体，使用的是瓦斯发电，余热制冷[3]的原理。该系统的工艺流程为：将井下瓦斯抽采至瓦斯抽排站→去除杂质存储瓦斯→将瓦斯发电并输入电网→发电过程的高温烟气与冷却水作为制冷机组，另外当井下冷负荷低时，多余烟气进入余热锅炉制取蒸汽，向矿井供热。这种系统能有效的利用矿上资源，还能减轻环境压力，减少热害的治理成本，效益较好，是一种比较好的降温系统。但其初期耗资较大，同时对矿井的瓦斯浓度要求苛刻。故适用于一些大型矿井，并且是相对稳定且赋存瓦斯较多的矿井。

3 结论

本文对矿井降温工程技术进行了总结：

（1）每种降温技术需要在相应条件下才会有效，因此必须结合矿井具体的实际情况来实施热害治理。

（2）由于矿井逐渐纵向延伸，热害愈加严重，对机械降温技术的研发力度急需加强。

参考文献：

[1]严荣林，侯贤文.矿井空调技术[M].北京：煤炭工业出版社，1994（05）：131+133.

[2]冯德清，赵向东，陈州.深部开采局部降温技术在徐庄煤矿的应用[J].工矿自动化，2013，39（03）：92-97.

[3]马超，基于热电冷联产技术的煤矿瓦斯利用研究[D].辽宁工程技术大学硕士论文，2009（12）：23.