摘    要  矿井空调降温是空调应用技术发展的一个新领域，针对唐口矿井超千米垂深的实际情况，采用当今最新开发的冰冷低温辐射矿井降温技术，即“地面制冰一井下降温空调降温系统”。该技术的药用，明显改变井下采掘工作面的气候条件，提高了生产效率，有效地保障了职工身体健康和生命安全，同时对国内外其它高温矿井的热害治理工作将具有较好的示范作用。

关键词  地面制冰一井下降温技术；大冷量；冰水混合式降温；地面输冰风
 
 
唐口煤业公司是淄博矿业集团新投产的一座现代化大型矿井，井下热害现象突出，工作面闷热潮湿，经常发生职工中暑晕倒事故，机电设备故障频繁，严重影响矿井安全生产。如果不解决井下热害问题，会导致矿井半停产直至停产。为解决矿井热害问题，根据现场实际情况，研究装备了“地面制冰一井下降温空调降温系统”。

1  矿井热害现状及其相关数据

    为了掌握唐口煤矿井下热环境的现状及温度分布情况，于2005年4月至8月对矿井的热害情况进行了实际调查和测试。测试情况如下：

    (1)煤巷的热害程度高于岩巷。4月份井下煤巷掘进工作面每个独头巷道只配备一台局扇时，煤巷内的风温高达31℃，岩巷掘进工作面独头巷道内的风温达到27℃；5月份煤巷独头巷道虽配备两台局扇，但风温仍超过31℃，岩巷内的风温高于28℃；7、8月份，虽1301和2301已形成工作面和独立的通风系统，但巷道内平均风温仍高达32．6℃，个别地点接近34℃，此时，岩巷内的风温亦达到或超过32℃。

    (2)1301回采工作面的风温高于2301面。4、5月份，1301工作面巷道内的风温高于2301工作面3℃左右；7、8月份高于其1℃左右。

    (3)岩巷的热害现象不容忽视。虽然煤巷的热害程度要高于岩巷，但目前井下同时作业的岩巷数目要远大于煤巷，大部分岩巷处于独头掘进作业时期，巷道内供风量小，风温高，人的不舒适感较强。

    (4)煤巷独头掘进时期是预防热害事故的重中之重。在回采工作面未形成独立的通风系统前，煤巷内的风量很小，但风温很高，很容易发生中暑等热害事故。

    (5)人体的热舒适度指标WBGT已接近极限值。由于WBGT的极限值是31℃，所以，在4、5月份，井下掘进工作面的WBC,T均接近31℃，而7、8月份则超过该值。矿工在极其恶劣的热环境下进行作业。这通过矿工的肺活量测试计算出的劳动强度指数也可以看出。       

经过在井下艰苦劳动之后，受测试两组(1l／组)员工的体重减少主要集中在2—3kg这一区间范围，此区间约占受试人数的73％；仅有1人劳动前后的体重减少量少于lkg，占受试人数的4．5％；有2人(属于南部辅助运输大巷(岩巷)测试组)劳动前后的体重减少量大于5kg，占受试人数的9％。

    (6)井下空气的相对湿度非常大。各月份相对湿度RH都很大，这对通过提高风量来达到降温效果带来了难题，因为，风量再大，如果RH很高，人体的汗液就不易蒸发，人就会觉得非常不适。

2  降温技术的确定

    矿井空调降温是空调应用技术发展的一个新领域。人工制冷是目前国内外普遍采用的降温措施，从世界上第一台制冷机的产生到现在，己有近200年的历史(我国从50年代末开始制造制冷机)，但矿井空调只有80余年的历史，而且是近30多年才得到迅速发展和较广泛的应用。

    从目前国内外矿井空调使用情况来看，在井下布置集中制冷空调系统将存在如下问题：(1)冷凝热排放困难。冷凝器的热量必须散释至井外，井下回风流冷凝热排放有一定难度，且放置在通风大巷换热效果较差，冷凝热排放困难降低了制冷主机的教率，采用冷却水的方式在水系统施工及控制方面均有难度；冷凝热直接用管道排出地面，敷设管道费用较大；

(2)若整个集中制冷空调系统放置在井下，就必须采取防爆措施；   

(3)高温深矿井(1000m以上)，井下地压较大，开掘大硐室困难，且难于维护。

    唐口矿井现第一开采水平在-1000m左右，井下现有两个回采工作面、14个掘进工作面正在施工。冰冷降温技术有适应性强、输送简单、可充分利用冰的潜热、适用于井下大面积降温等优点。针对唐口矿井超千米垂深的实际情况，采用当今最新开发的冰冷低温辐射矿井降温技术，即“地面制冰一井下降温空调降温系统”。

3  冰冷降温系统和工艺流程

    在地面建立制冰厂制取片状冰，主井井筒中安装一趟下冰保温管路，井底100m附近修建制冷硐室，并设立融冰池；地面生产的片冰被送至融冰池融化后，供冷泵将池中0～2℃的冰水通过管道输送至采掘工作面，采用空冷器、喷淋与防尘水相结合以及作为机组冷却用水等方式进行散冷，降低工作面温度，满足工作面安全生产要求；对于输送至采掘工作面的剩余水再返回制冷硐室用于融冰池融冰。

3．1  地面制冰系统

    地面制冰系统包括5台制冷机、3台预冷机组、3台蒸发冷凝器和15台成套片冰机，完成每天900t的制冰量。地面建制冰机房，位于矿洗选楼东侧。机房呈东西布置，长×宽：34．5×17m，高度约7．5m，机房北部建制冷机设备基础，安装3台格拉索压缩机组；在其房顶上方东西向依次摆放3台蒸发式冷凝器，作为制冷系统排热装置。在机房南部搭建二层钢构平台，均匀摆放15台制冰机。地面制冷机采用6kV供电、配电室共有7台高压开关柜，一台进线柜，6台启动柜，其他辅机采用380V供电，共有2台低压柜。

3．2  输冰系统

    地面制冰机房内片冰机生产的片冰通过罗茨鼓风机及输冰管道输送至井口立管，主要装备高压送风装置l套、螺旋输冰装置l套。片冰则靠自重通过下冰立管下落至井底融冰硐室。根据系统制冰量选用送冰系统。立井下冰管路采用一趟无缝钢管，安设在主井井筒中，并进行保温处理。立井下冰管路将冰输送至井底，从此位置沿清理斜巷安装输冰专用水管，直至水平巷的融冰池。立井下冰管路采用一趟Φ426×12无缝钢管。

3．3  融冰系统

    利用主井井底水平巷，进行开邦2m作为井下制冷硐室，并制作专用融冰池并进行保温处理。融冰池长、宽、高分别为：40×2．5×2 m，容积200m3，并进行保温处理。

3．4  输冷散冷系统

    井下输冷散冷系统为开式系统，即回水流回融冰池，采区的防尘用水由于属于少量用水，可从供冷水管路接出。空冷器进风温度29～32℃时，出风温度为20℃左右，其余冷量通过工作面防尘和喷淋降温，并直接作为采煤机组冷却用水。

    输冷管路系统选定安设三台供冷水泵，两用一备，供冷水管路采用两路，一趟供冷水管、一趟回水管；两个掘进迎头分别接到回采供、回水管路上；管路在巷道内布置，其高度和安全间隙符合有关规定。

    供冷水泵一用一备，型号PJ80×8防爆水泵，流量100 m3/h，扬程264m，电机功率132kW。循环水泵一台，型号DAl-100×6防爆水泵，流量54 m3/h，扬程105．6m，电机功率30kW。井下输冷系统供电电源需要660V电源，电源可来直接自井底中央泵房，分别供三台制冷水泵和一台循环冲冰水泵以及制冷机房照明等其他设备。

3．5  监测控制系统

    本系统可通过在井下融冰池内及采掘工作面安装温度探头，采集各地点温度参数并传输到制冷机房中央控制计算机，由计算机根据各点温度波动情况自动控制片冰机开启的台数来控制产冰量，实现压缩机组、片冰机、送冰系统控制的最佳匹配，达到最优节能效果。并具备多项安全保护功能，在出现故障时自动发出警报或关闭系统。

3．6  主要技术经济指标

    制冰系统：产冰量为37．5t／h；制冷量为4024kW；

    制冷水系统：产冷水量90rrl3／h，制冷量为1920kW；同时，配备相同的一套冷水系统用于办公楼供冷。

    总制冷量为7864kW，其中井下供冷量5944kW；地面供冷量1920kW。

4  系统优点及创新性

4．1  系统优点

    (1)制冰机可制出-5～-8℃的冰，冰的融化可以释放大量的冷量，1t0℃冰融化为0℃水所散发的冷量相当于1t80℃的水降为0℃，大大提高了单位重量载冷剂的冷量；

    (2)地面输冰风送装置可以24h连续输送片冰，输冰容易，且不堵管；

    (3)立井单管输送，输冰量仅为37．5t／h，冷水量为62．5t／h，采用冰水混合输送冷量有效解决了立井输冰管路堵冰难题；

    (4)可以将冰输送到融冰池内进行融化，形成冰水共存的低温水(0～2℃)，如需要可制取0℃的冰水)，也可用运冰车将冰直接运到采掘工作面进风侧，融化降温；

    (5)冰融化产生的冰水为采掘工作面多元化散冷创造了条件，使降温方式具有极强的针对性、灵活性，特别适合高产高效大功率采煤工作面；

    (6)冰水同时作为采煤工作面大型机械设备的冷却水，使设备温度由50～60℃降为35℃，可使机电设备故障率降低2～3倍以上；

    (7)制冷量大，总制冷量为7864kW，其中井下供冷量5944kW，地面供冷量2920kW；

    (8)从井口至井底直到工作面均为开放式系统，各自相对独立，不存在立井高压循环水的不安全性，系统运行更加平稳、可靠，便于调节。

4．2  创新性

    (1)地面制冰量达到900t／d，制冷水量1500t／d，达到国内煤矿降温中的最大制冷量；   

    (2)采用冰水混合式冰冷系统为国内外首次采用，创新形成一套新型综合降温技术；

    (3)地面输冰采用两套风送装置，连续24h输送，单套输送距离达120m，在国内首家使用；

    (4)井下采用的空气冷却、喷淋加采煤设备冷却等综合降温技术，较好地解决采面“下冷上热”上部不易降温的技术难题；

    (5)采用冰水混合技术，有效的解决立井管路堵冰、井下固体冰输送困难、易堵塞及快速融冰技术难题。降温管路兼作井下消防及防尘水管，实现综合使用，可节约大量管路。

    (6)采用循环水技术，使水可重复使用，节约了水资源。

    (7)采用大冷量冰水混合式降温技术与装备进行煤矿井下热害治理在国内外煤炭企业尚属首次。

5  结论

    自2006年7月中旬矿井冰冷降温系统投人正常运行以后，对系统各种参数进行了测定。矿井降温系统经过近3个月的运行，采掘工作面的降温效果较好。因现场条件变化，尽管部分参数与设计值存在一定差异，但从整体降温效果来看，不用空冷器的掘进工作面温度在30～32℃左右，使用空冷交换器的掘进工作面比以往同等情况下降温3～5℃，距降温主管路近、供风距离短的个别工作面的降温效果更加明显，最大可降低7℃，工作面温度达到25℃。组织人员专门对系统运行参数进行测量分析，并根据外界环境变化情况，将系统调整在一个既满足现场需求又降低电耗的最佳运行状态。

    该技术在唐口矿井实施取得显著效果，明显改变井下采掘工作面的气候条件，为职工创造了良好的工作环境，提高了生产效率，有效地保障了职工身体健康和生命安全。此项冰冷降温技术的成功应用，对国内外其它高温矿井的热害治理工作将具有较好的示范作用。

作者简介：王坚志(1971一  )，男，汉族，1995年毕业于阜新矿业学院，学士学位，工程师。