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深部综采放顶煤开采工作面降温浅析

2022-02-05刘玉昌阚春雨杨清成

经济技术协作信息 2022年2期
关键词:放顶冷器降温

◎刘玉昌阚春雨杨清成

前言:深部综采放顶煤开采工作面的地热影响会对整体开采工作以及工作施工效果带来一系列的冲击,而针对于地热的影响以及现状进行分析能够对地面开采工作面的实际情况进行调控,借助一系列的开采面降温技术和降温方法来帮助调控工作面的局部温度,同时统计相应的数据,帮助完善整体工作环境提供良好的作业基础,保证综采放顶煤开采的稳定性以及可持续性。

本文通过对深部综采放顶煤开采工作进行概述,同时讨论了深部综采放顶煤的开采工作过程时的热源来源情况,结合实际开采面的温度状况以及温度的产生原因进行分析,提出了具有针对性的深部综采放顶煤开采工作面降温技术供参考研究。

一、深部综采放顶煤开采工作概述

1.综采放顶煤。

(1)综采放顶煤开采技术。

深部综采放顶煤属于煤炭开采过程当中的一项重要技术,主要的技术来源以及技术发源是把原本深部综采放顶煤开采一次性进行取出与分层开采以及分部分取出存在较大区别。深部综采放顶煤开采是沿厚煤层的底部布置来实现采煤的工作面挖掘,同时在煤层的底部借助传统的方法,把顶煤从工作面取出后一起放在后刮板输送机上面,在沿袭传统的方法以及传统的技术原理,利用矿山自身的压力以及辅助的措施能够把顶煤从工作面当中分出,实现综采放。

(2)综采放顶煤开采条件选择。

而针对于深部综采放顶煤开采工作需要借助的技术以及实现的效果来源也不相同。如果顶煤比较坚硬时,需要对综采放顶煤进行预处理,而预处理的工作和内容,首先是要对顶煤就行软化,借助于爆破或者注水软化的方式,顶煤在开采之前就进行预处理工作,有效地降低顶煤自身的坚固性,通过爆破处理或者注水软化的方式,来实现对顶煤的软化效果,而对于一些煤层自身的注水特性不是特别突出,则需要借助预爆破的方式进行软化,把两种软化方式进行相互结合和相互运用,才能够从根本上对顶煤进行合理有效的预处理,帮助在后续的开采过程中实现深部综采放顶煤开采的顺利进行,因此预处理过程必不可少,并且需要结合实际的地理环境条件和顶煤自身的特性进行综合考虑后,才能选出更合适有效地的处理方法。

2.综采放顶煤开采工艺。

(1)综采放顶煤开采工艺步骤。

综采放顶煤工艺考虑的工序以及步骤都要从顶煤自身的情况出发,而针对大部分的综采放顶煤工艺的主要工序为:割煤→移架→推移前部运输机→放顶煤→拉移后部运输机→拉转载机缩胶带输送机→支回端头和超前支柱。

(2)综采放顶煤开采工艺操作。

首先最开始的工序步骤就是先要把刮板运输机进行启动并且运行,因为刮板运输机在实际操作和使用的过程当中起到非常重要的约束作用。同时如果没有提前对刮板运输机进行预热和操作的话,可能会在后续的运输过程带来影响。除此以外,在整个深部综采放顶煤开采工作的工艺步骤过程当中,最关键的步骤就是割煤工序,因为整个综采放的工作面管理,主要是包括顶板、机电设备的维护,顶底板是否平整,设备能否正常运转等都与最终的开采效果息息相关,而顶板自身的平整性能以及设备的是否正常运作都会在一定程度上取决于顶板的平整程度,因此对于割煤工序过程当中自身的工作面是否平整,是否能达到对齐以及独立平铺是整个顶煤开采工业和工序过程当中的重中之重。

除此以外各个工序相互独立并且互相配合,不仅能够有效地提升整体工序自身的工程质量和效率,同时也在一定程度上保证了整体割煤工序在开采以及运行过程当中的安全性。

3.深部综采放顶煤开采工作面热源来源。

深部综采放顶煤开采工作面温度升高的原因很多,而针对不同的温度升高情况来说可能的热源来源也不相同,产生深部综采放顶煤开采工作面的热源包括机电设备、煤层氧化以及通风路线以及其他因素产生的热量。

(1)机电设备散热。

首先,深部综采放顶煤开采工作面最主要的热源来源就是机电设备自身的散热,因为在深部综采放顶煤开采工作面中摆放了众多的机电设备,并且这些机电设备自身的功率也非常巨大,大部分的机械功率都超过了一般的机电设备,如果多台机电设备共同运行,总功率的增加也会在一定程度上给整体的功率和电压带来一系列的影响和功率的提高。

同时,整个生产期间工作面当中的温度也会随之升高,根据经验数据以及数据统计可以发现,在深部综采放顶煤开采工作面的运行过程中,运行时的顺道口温度往往都比停产期间的顺道口温度要高五到六摄氏度左右,因此在整体机械设备运作过程当中存在巨大的能源消耗并且产生大量的热量,这也是深部综采放顶煤开采工作面温度升高的最重要影响之一。

(2)煤层氧化散热。

除此以外,深部综采放顶煤开采工作面中煤层的氧化散热也是造成综采放工作面温度升高的另一个原因,因为在煤层的工作期间,开采区裸露的煤矿以及煤体自身会存在缓慢氧化的情况。而在这个氧化的过程当中就会造成大量的热量散发,同时煤从自身在接触到空气的时候氧化的速度会进一步加快,也会在一定程度上进一步提升了深部综采放顶煤开采工作面当中的温度升高,给整个综采放带来温度变化的影响。

(3)通风路线。

深部综采放顶煤开采过程中另一个温度升高的影响因素是通风路线的选择以及排布,因为针对于一些顶煤综采方开采的矿区和作业的来说,他们自身的通风路线存在一定的问题,大部分的通风路线都是在综采方面的边缘,同时通风的路线以及通风的边缘也不够长导致了流动的空气中会与采放壁发生摩擦,产生一定热量同时热量无法迅速带走,流动空气自身流动的速率以及流动的顺畅性不,也会在一定程度上造成各种开采工作面当中温度的聚集和热量的聚集,形成温度的升高,同时进一步地影响了整体风流的温度以及工作面自身的热量温度。

(4)其他因素。

除此以外,其他潜在的因素也可能造成深部综采放顶煤开采作业过程产生温度影响,包括矿山的布置方式,因为在深部综采放顶煤开采工作面当中的布置方式以及轨道下山的方式都不一样,当运输条在运作过程当中,由于皮带自身运作和摩擦都会产生一定的热量,也会在一定程度上进一步提高了深部综采放顶煤开采工作面整体空气的温度,深部综采放顶煤开采工作面造成热量蓄积。

二、深部综采放顶煤开采工作面温度情况

1.深部综采放顶煤开采工作面温度。

(1)深部综采放顶煤开采工作面开采深度与温度的关系。

由于矿区自身存在不同的深度,同时煤炭开采的深度与环境温度的影响以及地层温度的综合影响都会在一定程度上影响深部综采放顶煤开采工作面自身的温度,而针对深部综采放顶煤开采工作面的区域来说可以分为气候影响区域、温度稳定区域以及地热影响区域。

不同的区域井下地热的现象都存在不同,而发生地热的最主要原因是由于埋藏较大,深部综采放顶煤开采工作面会受到地表温度的递增,导致了深部综采放顶煤开采工作面自身的温度可能会造成一系列的区别。对于深部综采放顶煤开采工作面的温度进行分析可以发现,在实际运作过程当中会受到不同煤层的温度所带来的影响。

(2)深部综采放顶煤开采工作面温度分布情况。

除此以外,洞口的位置以及分布的区域深度等都会在一定程度上给整体深部综采放顶煤开采工作面自身的温度带来影响,一般在对深部综采放顶煤开采工作面温度进行监测过程中都会保留三个类型的测温口,包括简易测温口,短期稳态测温口以及长期稳态测温口,通过对不同洞口自身的布置布局以及测量不同时期和不同状态下的深部综采放顶煤开采工作面温度来实现对深部开采工作面温度有一个长期认识和了解,在一定程度上帮助确定深部综采放顶煤开采工作面的实际工作温度情况的真实反映,深部综采放顶煤开采工作面的实际温度测量结果表明,随着埋深温度的增加,工作面的温度也会逐渐升高,根据数据显示,垂深大约三百米处测得的温度一般为三十摄氏度。

2.深部综采放顶煤开采工作面升温危害。

深部综采放顶煤开采工作面所带来的危害也是明显可见的,因为针对于深部综采放顶煤开采的过程来说,工作面温度的升高也会在一定程度上会受到地表温度的影响,同时深部综采放顶煤开采工作面的热量也会进行散发,影响整体煤矿开采设备中的机械设备以及通风设备的正常运行。

深部综采放顶煤开采工作面温度升温所造成的影响都是不可逆的。同时,随着温度的升高会对整体的机电设备也带来一系列的负载,具体来说,深部综采放顶煤开采工作面在运作过程当中需要用到两个大型设备以及大功率配套的机械设备,因此在开采的过程中由于机械设备自身受到温度的作用会影响设备的精确度,久而久之会对设备运行带来负面影响。另外深部综采放顶煤开采工作面温度升高的时候还会对实际的工作人员在开采和工作过程带来影响,给工作作业人员高温的不适,形成不良的作业环境。

三、深部综采放顶煤开采工作面降温技术

1.工作面制冷降温原理。

(1)工作面局部降温原理。

深部综采放顶煤开采工作面制造降温的原理主要有多个,首先对深部综采放顶煤开采工作面进行降温比较显著的方法是利用局部制冷降温的原理,局部降温主要通过蒸发器以及冷却器等主要设备进行共同运作和共同协作,来帮助实现整体的温度降低。局部制冷剂附带的压缩机能够有效地把制冷进行循环,并且制冷剂在吸收的热量以后能够以低压的状态存在,能够更好地把压缩机自身的压力转化成为能量,通过冷凝器对外界热量的吸收能够很好地把热量传递到冷却水当中,从而降低外部环境的热量。

(2)工作面整体降温原理。

而相对于深部综采放顶煤开采工作面的局部降温来说,深部综采放顶煤开采工作面的整体降温也能够更好地把整体的环境以及温度进行降低,而且针对于深部综采放顶煤开采工作面的整体降温来说,降温的模式以及接触的面积都更大,能够更好地完成整个热量的调控,同时整体降温一般还会与智能控温系统进行结合,能够在深部综采放顶煤开采工作面的每一个角度都进行调控。

除此以外,制冷剂当中冷凝器对热量的吸收也能够在一定程度上帮助热量的降低,同时还可以将制冷剂进行不断循环,转化成为低温高压的液体状态,能够实现制冷剂与空气中的热量进行交换,吸收热量同时完成整个降温的工作。

但是针对于深部综采放顶煤开采工作面的整体降温来说,耗费的时间较长同时需要的经济投入也比较巨大,因此目前比较常用的深部综采放顶煤开采工作面降温技术还是使用局部降温的技术与方法。

2.深部综采放顶煤开采工作面降温技术确定。

深部综采放顶煤开采工作面的降温效果都与选择的技术以及实际的工作面当中的热量环境有关,因此如何选取合理的降温技术以及降温的方式是保证整体降温工作顺利进行的首要关键。

同时,考虑到如果对整个深部综采放顶煤开采工作面进行全面的降温技术,那么无论对整体经营海还是系统的经济投入都十分巨大,并且还需要较长的建设周期,因此如何能够局部快速的实现深部综采放顶煤开采工作面的降温,并且在短时间内把工作面产生的热源带走是整个深部综采放顶煤开采工作的核心内容。

(1)空冷器热交换技术。

深部综采放顶煤开采工作面中采用空冷器热交换技术能够很好地帮助提高整体设备的冷热交换效率。空冷器热交换技术是通过借助螺旋盘管的空冷器来实现冷热交换,不仅能够把整个冷热交换效率进行更替,同时还能把传统的体积进行降低,更好地帮助空冷器在深部综采放顶煤开采工作面中移动,可以更好地对主要产生热源的地方进行调控,实现温度的控制以及热量的调整。

空冷器热交换技术降温的根本依据是考虑降温效果以及降温的调控性能。由于空气自身的比热容比较小,因此借助空冷器的运行能够很好地帮助实现温度的变化,同时更好地实现控温效果,特别是针对于空冷器的摆放位置来说,可以把空冷器放在深部综采放顶煤开采工作面的出口处,这样能够更好地把出口处的热量收集起来,同时从出口处带走热量,帮助实现降温。一般在深部综采放顶煤开采工作面中最里面空冷器安装的位置需要与开采面的距离不超过100 m,如果要把工作面向外推进到距空冷器十到二十米时,那么最里面的空冷器就需要移动到最外面空冷器以外大约五十到六十米处,通过不断循环以及重复来提高降温效果,同时又可以很好地减少空冷器的移动次数。

(2)喷淋降温及采面设备冷却技术。

深部综采放顶煤开采中工作面使用喷淋降温的技术能够帮助实现设备的有效冷却,总所周知设备产生热量是整个工作面出现温度上升以及热量增加的最主要原因,而借助喷淋降温技术不仅能够快速地把温度进行控制,同时还能在常规机械制冷降温方式的基础上结合深部综采放顶煤开采工作面自身的温度情况以及产热效果,帮助完成在不同情况下的温度调控以及冷却控制。除此以外,通过喷淋降温的技术还能解决深部综采放顶煤开采工作面当中“下冷上热”冷热不均的现象,通过低温水的降温以及喷淋帮助将尘埃以及热量带走。

除此以外,还可以在深部综采放顶煤开采工作面中使用到的设备的水进行更换,同时把采煤机、 输送机 、转载机等设备的冷却水换成低温水,进一步更高地提高整体的降温效果,帮助实现深部综采放顶煤开采中工作面的温度控制,从设备源头减少产生的热量以及热源危害。

(3)降温系统智能控制。

降温系统智能控制比较适用于需要降温较大面积的深部综采放顶煤开采区域以及系统,如果在深部综采放顶煤开采中使用智能集中控制系统可以把整个工作面需要的冷却以及降温的系统以及温度和风量等进行综合调节,帮助实现全方位的参数调整以及降温控冷的效果。而借助智能控制系统不仅能够有效地进行检测,同时还可以把不同的降温设备进行联动,将设备都接入到系统当中实现系统化的智能控制以及降温调节。此外,借助降温系统的调整还可以把降温的参数以及运作的参数、水量以及压力等进行集中调控,通过集中的控制来取得良好的降温效果,此外操作人员还可以根据实际系统运作过程中出现的问题进行调整,结合实际的情况以及问题,通过深部综采放顶煤开采智能控制系统进行数据收集以及数据调控,把错误的情况反馈到工作人员手中,及时掌握可能存在的问题以及需要处理的现状,进一步完善以及落实对深部综采放顶煤开采工作面的温度调节以及降温操作。

结语:

综上所述,深部综采放顶煤开采工作面中产生热量的原因很多,如何多热源进行排查以及控制是保证工作面降温的首要步骤,其次还需要针对性地对深部综采放顶煤开采工作面采取降温措施,包括局部降温或者整体降温的方式,实现温度以及热量的调节以及控制。

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