井下局部降温技术在采煤工作面的应用

焦博朋

（陕西省延安市黄陵二号煤矿 陕西延安 727307）

目前，我国煤矿产量越来越高，一定程度上增加了矿井开采深度，而且矿井采掘机械化水平也得到了明显飞跃，进一步加剧矿井热害现象，所以对深部矿井生产产生了很大的影响，很难确保高效化生产目标的顺利实现。在煤炭资源开采方面，其深部发展趋势愈发显著，在煤炭生产过程中，井工开采非常常见，由于矿井热害越来越严重化，所以对井下作业人员的人身安全产生了一定的威胁，基于高温高湿环境，很难将矿井作业人员生产效率提升上来。所以高温热害问题，已经成为了煤炭企业共同关注的话题之一。

一、井下局部制冷降温技术

（一）技术原理

在井下采煤工作面局部降温系统工作过程中，“蒸发吸热、冷凝放热”原理得到了广泛应用。制冷机组在做功方面，主要借助于压缩机来进行，实现蒸发后的制冷剂向高温高压气体的顺利压缩和转化，对于压缩后的制冷剂来说，在进入冷凝器以后，在与冷却水热交换的影响下，可以实现冷凝放热，借助膨胀阀节流降压，可以为冷凝后的制冷剂液体进入蒸发器与进风的热交换创造有力条件，对空气中的热量进行蒸发吸收，从而不断提高降温效果。空气中的水分在与露点温度相符的情况下，可以迅速凝结，经水管排出可以将降低湿度的目标得到完成[1]。在吸入压缩机压缩完蒸发后的制冷剂后，可以使循环过程得以完成。在制冷剂中的热量被冷凝器中冷却水吸收后，借助冷却水管，可以为排至回风巷中的冷却器创造条件，冷却器中回风可以对冷却水中的热量予以汲取，然后排至地面，冷却后的冷水经过不断循环可以达到冷战中的冷凝器，然后促进与制冷剂热交换的顺利进行。图1为制冷机工作面原理图：

图1 制冷机工作原理图

（二）井下局部降温系统组成和参数

一般来说，制冷、输冷以及排热，是井下局部移动制冷降温系统的重要构成，通过对移动式降温设备的应用，其构成主要包括制冷主机和冷凝器等。

排热部分。在蒸发器吸热后，压缩机在低压气态制冷剂的帮助下，可以使高压高温蒸汽压缩而成，再将其输送到冷凝器，并实现热量向冷却水的迅速传递，借助保温管道，可以使冷却水迅速排到冷却水箱之中，再借助冷却水循环泵，实现在排热冷却器内的顺利传送，并给予循环吸热和放热一定的保障。在排热冷却器一端，应对对旋局扇进行安装，为工作面回风压进冷却器提供便利性，由于冷却水可以对冷凝热进行释放，所以可以顺利排到地面。

制冷部分。基于低温高压视角，制冷剂在膨胀阀节流的状态下，可以为进入蒸发器创造有力条件，在蒸发吸热后，由于进入压缩机的次数为两次，所以高压高温蒸汽被压缩而成，然后在工作装置中的冷凝器中，可以将冷凝排热功能发挥出来，从而确保循环制冷目标的顺利达成。

输冷部分。借助蒸发器，工作面机巷风筒的风流的放热性能显著，在达到降低温度的要求后[2]，可以在工作面实现顺利传送，从而将工作面风流温度的降低水平提升上来。

二、现场应用及效果分析

（一）工作面温度情况

以某地煤矿Ⅱ020203综放工作面为例，2＃煤层为所采的主要煤层。结合相关地质勘探报告了解到，分析20个测温钻孔资料，其孔底温度在高于31℃，其中，15个钻孔的孔底温度均高于37℃，在测温钻孔中占据75%。该煤矿具有高产性质，所以具有明显的生产自动化水平，在现场温度影响方面，设备运行散热为重要一大因素。对现场数据进行分析，Ⅱ020203采煤工作面风量1分钟为1000m3，相对湿度最低为94%，最高为100%。

（二）实施过程

首先，制冷站位置。在工作面运输巷与工作面进风口距离合理位置处，应加强制冷站的设置，其最佳位置为300m左右，在站内，分别对TS-450ZM主机和TS-450PB蒸发器进行安装，其中，1台制冷机作用于机电列车[3]，这在降温方面得到了充分体现，1台机组借助风筒，可以为冷风传送到工作面进风口对回采面创造条件，从而确保降温效果的稳步提升。

其次，管路系统设计。对制冷系统要求水量等进行分析，循环水管路通过对母管制的应用，母管、支管分别对Φ200mm、Φ100mm无缝钢管进行选择，针对于热水管道，隔热处理非常有必要。此外，在管路铺设路线中，先由制冷站开始，经过运输2＃联络巷口、2＃联络巷等，最后到达Ⅱ020203回风联络巷。

最后，通风系统。对该套制冷降温系统的通风系统进行分析，其构成主要包括热风排放和冷风输送，从该煤矿井下通风情况出发，在制冷站与蒸发器，应加强对旋风机的应用，确保降温输冷系统的顺利构建。在采空区侧，应加强挡风帘的设置，将采面供风量提升上来，并对冷风在采空区的损失程度进行控制。

应用效果

在该降温系统运行过程中，实际测量该煤矿综放工作面现场温度，其工作面下口温度最低为23℃，与最高温度相差并不大。工作面上口温度最低为30℃，与最高温度相差也不大。同时，经过半年后的实测，工作面进风下口、上口最低温度分别为24℃、28℃[4]。由于季节变化明显对工作面温度的影响程度较高，冬季和夏季温差最高为2℃。

对安全监测系统所测数据进行分析，工作面的温度平均降低3℃，通过制冷机在工作面中的使用，可以大大提高降温和除湿效果，进一步改善作业环境舒适度。在降温的帮助下，可以对高温热害的严重性进行控制，以免过渡威胁到作业人员的人身安全，并给予工作面良好的作业环境一定的保障，从而确保劳动生产效率的稳步提升。

三、结束语

由于一些煤层具有易自燃性质，自然发火期并不长，在工作面回采区域内，散热现象经常出现，再加上一些影响因素的出现，极容易升高采煤工作面的温度，这对于矿井的正常开采产生了很大影响，甚至对矿工的人身安全产生威胁。而借助井下局部降温技术，不仅可以确保工作面热害问题得到解决，而且还可以满足积累经验和提供依据等要求，从而构建安全、高效的采煤工作面的生产环境。