安全工程采矿工程煤矿井降温方案毕业设计VIP

1 目 录 一、 矿井概况 1 二、 矿井需冷量计算 3 三、 矿井制冷降温系统 6 四、 主要 设备明细及 投资表 12 五、 其他投资 13 六、 制冷系统 运行费用 13 七、 防尘水水冷、冰冷与局部降温降温系统比较 14 八、 两种降温方案对比 2 一 、 矿井概况 一、位置与交通 刘店井田位于安徽省涡阳县境内，西南距涡阳县城约 15政区划隶属马店镇、龙山镇和新兴乡管辖。井田的勘查范围由以下 11 个拐点圈定， 面积为 濉阜铁路从井田外东侧经过；井田周围尚有以涡阳县城为中心的公路网直达淮北、永城、亳州、阜阳、蒙城和宿州等地。交通十分方便。 二、地形与河流 本井田地处淮北平原西南部，地形平坦，地面标高介于 +体趋势为北高南低。 井田内主要河流为涡新河，其支流胜利河、岭孜河、大寨沟、五道沟、白洋沟、洪沟和青龙河等均流入涡新河。上述沟、河流量均受大气降水的影响而随季节性变化。 三、气候与气象 本井田所在地属大陆与海洋过渡性气候，四季分明，冬冷夏热。 该地区每年夏季多东南风，冬季多西北风， 最大风速 s；年均气温 右，最高气温 最低气温 2；年均降雨 800雨量在每年的 7、 8月份最高；全年无霜期在 212天左右。 四、地震基本烈度 根据建筑抗震设计规范（ 的有关规定，本井田所在地的抗震设防烈度为 7 度。 3 五、 煤系与煤层 井田内二叠系含煤层段总厚 877m，煤层总厚 煤系数为 其中山西组含煤三组， 1 4层，煤层累厚 9煤和 11煤不发育，不可采，仅 10煤层可采，其厚度介于 0 均 主要可采煤层；下石盒子组含煤五组， 1 7层，煤层累厚 4煤、 5煤和 6煤极不稳定，不可采， 8煤零星可采，仅 7煤层可采，其厚度为 0 均 受岩浆侵入影响， 7煤层多质变为天然焦。 本井田的可采煤层为大部可采的中厚煤层，煤层的结构简单较简单，煤层的稳定性属较稳定型。 六、 矿井涌水量 安徽省涡阳县刘店煤矿勘探地质报告 采用比拟法预计的一水平（ 井正常涌水量和最大涌水量分别为 450m3/h 和610m3/h；采用地下水动力学法 预计的一水平（ 灰岩溶裂隙含水组的可能突水量为 109m3/h。考虑到在建设和生产过程中可能受井筒淋水、井下洒水和防火灌浆等因素的影响，矿井的正常排水量和最大排水量分别取 500m3/h 和 660m3/h。 七、 煤尘爆炸与煤的自燃 本井田可采煤层均有煤尘爆炸危险。 本井田 10煤层为不自燃不易自燃煤层， 7煤层为不易自燃煤层。 八、 地温 4 本井田所在地的恒温带深度为自地表向下垂深 25m，相应的温度 为 本井田地温梯度为 ，属正常地温区。预计本井田在510 九、通风方式 本矿井为高瓦斯矿井，前期采用中央并列式通风方式，主、副井进风，中央回风井回风。后期增开西风井，通风方式为混合式通风方式。选用 *800型轴流式风机 2台， 1用 1备。 二、矿井需冷量计算 采掘面降温标准 目前矿井降温标准有： 1、矿山安全条例第 53 条规定“井下采掘作业地点的空气温度不得超过 28”。 2、煤矿安全规定第 102 条规定“生产矿井采掘工作面空气温度不得超过 26，机电设备峒室的空气温度不得超过 30 ,采掘工作面的空气温 度超过 30、机电设备峒室的空气温度超过 34时，必须停止作业”。 3、矿山井巷工程施工及验收规范（ 规定“井巷工程施工时，工作面的相对湿度为 90%时，空气温度不得越过 28，超过时采取以下措施 三部降温标准有 26、 28、 30三种不同要求。结合刘店矿目 5 前及下步深水平高温发展状况，本设计按矿山安全条例规定，井下回采工作面上隅角由 35降至 28，掘进工作面由 31降至 28的标准进行计算需冷量。 供冷范围 ： 按矿方要求，本次降 温工程共设计矿井二个综采工作面、四个掘进工作面。 矿井需冷量计算 根据矿提供的工作面热工计算参数及实测温度，风量按 766 回采工作 面 1176 m3/温 35，相对湿度 96%，大气压力按 算回采工作面的需冷量为 639 计算采煤工作面制冷前的空气状态参数 空气的含湿量 kg/ 空气 其中： 含湿量 相对湿度 34 度时饱和水蒸汽压力 P 大气压力 湿空气的焓 501KJ/空气 其中： 湿空气的焓 空气温度 6 湿空气的密度 1=1*( P 中： 1 密度 热力学温度， 73+35=308K 湿空气的质量流量 M=Q* 1 =s 干空气的质量流量 (1+=s 计算制冷后空气状态参数 饱和湿空气的含湿量 空气 其中： 含水雾空气的焓 501 制冷前后空气的焓差 i1= 采煤工作面的需冷量 *（ =639按照 1017 掘进工作面提供参数： 风量 800 m3/温 31，相对湿度 96%，大气压 同样方法计算掘进工作面需冷量为 192 7 Q=639 2+192 4=2046据“煤炭 工业矿井设计规范”要求设备备用系数取 “矿井热害防治规范”要求矿井冷量损失系按矿井有效需冷量的 算，因此 本 矿井下降温需冷量为： *Q=2046=3069、 矿井制冷降温系统 矿井制冷降温系统工艺流程：主要由地面制冷水系统、 防尘管 输冷系统、井下 空冷器 散冷系统以及控制配电系统组成。具体祥见系统流程图。 工艺流程如下：地面制冷站设置 一套 冷水机组，制取 2 的低温冷水。低温冷水通过循环水泵，利用 主 井中 的 159压 防尘水管（保温） ，将低温冷水输送到井下 ，通过井底减压阀 减压后直接供至各 工作面的空气冷却器。经过空气冷却器换热后，水温升至 25 ，升温后的高温水 进过工作面或大巷喷雾降尘，消耗下放低温水，然后进入 井下大巷排水沟，然后再进入井底水仓， 再通过 井底主排水泵经主井排水管 返回 ，返回地面的矿井排水 经过地面水处理站处理 ， 净化后的水 再进入地面 制冷 机房 进行制冷，重复使用 。此降温系统主要借助 地面 制冷机和保温的矿井防尘水管，不断将地面产生冷水送入井下工作面进行降温，并且工作面安装空气冷却器 和喷雾降尘水幕 。 （一） 工作面降温设备选型 8 1、回 采工作面 回 采工作面的需冷量为 639空冷器 进出水温差 需达到 20，故 按照 1200 考虑到 工作面运输 巷 进风 ， 采用 4台 冷 却 器， 距工作面切眼 150利用软风筒将冷风接至工作面进口。考虑工作面供风量较小，每台 空 气 冷 却 器 可配备防爆风机 1 2空 气 冷 却 器单台 名义 制冷功率为 300为热交换器，降低工作面进风温度和湿度；另外， 工作面各运输设备转载点喷雾、巷道洒水降尘也 接自 空冷器回 水系统， 通过正常喷雾等，也起到 降低工作面进风温度。 4 台 空 气 冷 却 器 的所需冷水量： 42.8 m3/h。 2、 掘进工作 面 总 需冷量为 192按照 400 空冷器 ， 采用 1 台 气 冷 却 器，单台 名义 制冷功率为 400满足要求。 所需冷水量：h。 空 气 冷 却 器 可安放在距迎头 150的地点，与 600 3、 矿井 需总 冷水量： 2+4=136.8 m3/h 井下工作面 空 气 冷 却 器 的效率直接关系到工作面的降温幅度，若进出水温温差高，则可节省冷水流量，进而采取较细的输冷水管，由地面下放到井下的水量减少，做到节能节电。 （二） 防尘管 输冷系统 设计 立井、 井下 采用防尘管 输冷 系统，按照降温范围： 二 个 回 采 9 工作面和四个掘进工作面， 需要冷水 流量 为 ： 136.8 m3/h； 另外考虑矿井正常防尘水消耗 ， 综合考虑供冷水量按照： 140 m3/h 设计。 目前，矿井地面、立井、井下防尘 主管路采用 159缝钢管，但未进行保温处理。 为保证空 气 冷 却 器的散冷效率，保障进水水温在5 ， 设计矿井地面、立井、轨道大巷的防尘 管路全部进行保温，保温材料选用 50聚氨脂保温层，外 层采用玻璃丝布乳化沥青涂层处理 ，作为 外防 护层。 1、 管道冷损计算： 计算公式： (t 2 1/(2 )+1/(a W/m； ； ； W/（ mK）； 自然对流的情况下，可取 a=（ ）； m； m； Q 损 = qlm Q 损 W； m； 管道温升计算公式： t=Q 损 (Cm ) 10 管路按照 外径 1 59缝钢管 ，保温层为 50的聚氨酯保温，环境温度为 30 ，供水温度为 2 ，回水温度为 25 时，计算766 工作面 各段管路单位冷损量： 管径 单位冷损 管路长度 Q 损（ W） 流量(m3/h) t（ ） 备注 地面防尘 水管 159 41909 若考虑管路法兰接头、弯头等损失增大 20%，则： Q 损 （ =W t （ ） = 另外考虑到水流向下流动时，要损失位能，如果这部分能量不对外做功，要全部转化为热能，水温就要升高。温升公式： g H=t ； ； 采用减压阀，可利用 3力，剩余 4374 米的位能转化为热能，水温升高 t= 故低温冷水总的温升： t =地面下放 2冷水，到达回采工作面喷淋式 空 气 冷 却 器 进口，水温为 11 2、矿井防尘输 冷管路 水利阻力计算 ： 利用矿井 防尘 水管作为 输冷水管 ， 由于目前矿井的防尘水管为 159 无缝钢管 ，井下供冷水量为： 140 m3/h，而 159 管路在平巷中最大流速为： s，最大流量为： 154.5 m3/h， 140 m3/h 的流量 不 超过管路最大流量 ，另外两个工作面分别位于副井两翼，故副井底静压防尘水管分为两路供水 。但考虑立井井筒中存在水位差，井筒管路的静压为 算此压力能否克服管路阻力，满足个工作面供冷水量。 计算 766工作面 输冷管路的阻力损失： i (2g) 59 i=8 i=道位置 长度（ m） 管径（ 流量(m3/h) 流速（ m/s） 压力损失（米水柱） 地面防尘 水管 50m 159 140 井防尘 水管 674m 159 140 641 大巷防尘水管 2795m 159 70 采工作面防尘水管 1036m 78 尘 供水 管路 水 力 阻力为： 水柱，考虑工作面洒水降尘水压力，井底减压阀出口应调整在 4远点及工作面供水压力可保持在 够满足工作面防尘水压力要求。 但通过计算回采工作面运输顺槽内防尘管路水利阻力最大，必要时应 采用加压水泵进行加压满足设备防尘水压要求， 以及工作面回水要求。 对于其 12 它巷道内的喷雾防尘、或洒水防尘，可根据所需压力确定从防尘水管接。 （三） 地面制冷水系统选型 根据井下需冷量为： 2046设计地面 冷水机组最低出水温度为2 ， 进水温度为 25 ， 向井下供冷水 量 140m3/h，计算地面机房的制冷量为： 3760面制冷机房制冷机组能够满足要求。 根据 “ 煤炭工业矿井设计规范 ” 要求，制冷设备数量不宜少于 2台，本设计选用 2 台 模块式制 冷机组，依次对冷水进行降温。 考虑今后矿井降温需冷量增大，机房预留一台机组空间， 以及相配套的冷却塔、冷却水泵和配电设备。 制冷机房布置在地面工业广场 内，离矿井防尘管路较近 。为减少占地面积，设计将冷水机组的冷却塔放在制冷机房屋顶，机房内安装制冷机 组 、 保温水池、 水泵 、供配电设备 。 设计机房长 宽： 2010m ，高度约 5m。制冷机房内建冷水机组设备基础，安装 2 级制冷 压缩机组 和冷冻水泵基础。 地面制冷设备制冷剂采用 二 套 螺杆式冷水机组、 四 台蒸发冷 和 二 台冷冻水泵组成。 1、 第一级 冷水 机组 ： 进水温度： 25 ， 出水温度： 12 ，进、出水温差： 13 ，冷冻水量为 140m3/h 时，则 冷负荷 为： 2123蒸发器采用壳管式，压缩机采用汉钟 台 并联 ， 制冷量为：12252，电功率 2412，蒸发冷为 台，风机电机功率 2。 13 2、 第二级冷水机 组 ： 进水温度： 12 ，出水温度： 2 ，进、出水温差： 10 ，冷冻水量为 140m3/则 冷负荷 为： 1633蒸发器为降幕式，能够防止表面结冰损坏蒸发器 ，供水水泵 11缩机采用汉钟 台 并联 ，制冷量 8802，电功率 2232,蒸发冷为 台，风机电机功率 2。 （四） 控制配电系统 地面制冷机房 供电 采用 6装一台高压进线开关柜，一台 10 80式变压器， 冷水机组 、 蒸发冷 、冷冻水泵 供电采用 380V。井下 回采工作面 空 气 冷 却 器 的防爆供风风机可取自附近660V 供电，掘进工作面原有供风风机，喷淋式 空 气 冷 却 器 直接串入风筒中，不需要另加防爆风机。 四 、 主要 设备明细及 投资表 序号 名称 规格型号或图号 技术说明 数量 单位 备注 一、地面设备 级压缩机 8/6 ,Q= 2 台 级压缩机 8/,Q= 2 台 级蒸发式冷凝器 定换热负荷 2300 2 台 级蒸发式冷凝器 定换热负荷 1800 2 台 级壳管式蒸发器 25 12， 1200 2 台 级降幕式蒸发器 15001800 12 2， 17608 片 级排气管 带管路配件 2 根 级排气管 带管路配件 2 根 级供液管 带管路配件 2 根 级供液管 带管路配件 2 根 14 式气分 2 台 级回气管 带管路配件 2 根 级回气管 带管路配件 2 根 0 其它 1 套 7 冷冻油 以现场实际加油量为准 1 项 8 制冷剂 现 场实际加氟量为准 2000 9 电控系统 各高 、 低压柜，变压器等 1 套 小计 450 万元 二、井下设备 压空冷器 8 台 240 万 机 准 配套 8 台 20 万 压空冷器 4 台 152 万 机 准 配套 4 台 10 万 淋空冷器 4 台 64 万 机 准配套 4 台 10 万 小计 496 万元 三、合计 946 万元 五 、其他投资 序号 名称 费用（万元） 备注 1 地面 保温水池、 厂房（土建） 50 2 地面制冷设备安装 15 3 立井 、 井下管路 保温 安装 60 4 设计费 10 5 合计 135 防尘水 制冷系统总投资 1081 万元 15 六 、 制冷系统 运行费用 制冷系统运行费用主要是电费，其余人工费，由于地面冷水系统自动化程度比较高，每班只需一人进行巡检即可，井下采用减压阀方式，管路冷水正常循环运行，不需要人员，故整个系统简单，需要人员较少。另外年维修费也较少，地面冷水机组技术 比较成熟，属于免维护设备，主要维修量在井下管路漏水，可由矿原来管道维修人员代替，不需要另外增加人员，维修费用也很低。 制冷系统运行电费 制冷系统按每年 4个月运行，其它 时间设备 停止运转，正常运转期，考虑到负荷的调整与变化，负荷调整系数取 地用电平均价格按 / 统运行功率为： 996 电费： 996 2430 4. 6=120 万元 /a 因增加排水量而增加的排水费用：（ 去除正常矿井消防洒水水量， 每小时回水仓的循环水量为： 50 m3/h， 考虑到随着季节变化，下放冷水量会发生变化，调整系数取 计算年排水电费增加： 50 (674 100) 24 30 4 元 3、系统每年运行 费用 ： 120 元 月运行费用： 4=元 七、 防尘水水冷、冰冷与局部降温降温系统比较 16 采用的防尘水水冷降温系统与地面集中冷水系统有一定区别，取消了井下的高低压换热器，利用防尘系统中的减压阀将冷冻水减压到一定压力，满足井下冷水管路的正常循环。其优点：减少投资，省掉高低压换热器，井下供 冷管路的供水动力取消了供水水泵，依靠管路的静压实现供水。设备设计在地面，排热方便，设备操作维修方便。另外，设计一套地面水源热泵，夏季作为井下降温设备，产生冷水供井下使用，冬季可利用矿井水处理厂的水源，进行取热，供地面工业广场的供暖，实现设备综合利用。缺点：增加矿井的排水费用，但较冰冷降温的运行费用较低。举例：冷水机组制取 1000能量，机组功率 210却塔 15泵按 30括冷却和冷冻水泵），总功率为 255水量按 h（进水、出水温差为 10），小时电耗为 255 需用系数， 负荷率）。制冰机组制取 1000能量，机组功率 450发式冷凝器30机、冷却塔），供水水泵 15冰机 台），总功率为 冰量为 7.5 m3/h，小时电耗为 需用系数， 负荷率），根据以上分析可确定在同样制冷量下，制冰比制冷冷水小时电耗增大一倍。考虑冷水系统排水费用：比冰冷系统增加排水量 8.2 m3/h,按照矿井排水百米吨水电 耗 算，西风井井筒深度为 600 米，增加的排水费用为 600 100） 水冷系统小时电耗为 时电耗增加： 度电按 每天增加费用 24=17 每月多支出 元。但初期投资相差较大，冷水机组制取 1000资在 150 万元（地面设备、安装），制冰机组制取 1000资在 500 万元（地面设备、安装）。另外，矿井目前排水能力 富裕较大，能够满足下放冷水后出现的排水要求，并且不需要新的投入。通过以上经济比较，选用冰冷降温经济性较差。采用局部降温机，最大缺点排热困难，象有些矿目前采区有两条巷道，一条进风巷，一条回风巷，回风巷兼作主运输巷，巷道内设有运输设备，操作维修人员每班都要进入，若将进风巷的热量带到回风巷内，会增加运输巷的回风温度，影响到皮带司机和维修人员正常作业，不符合煤矿安全规程要求， “煤矿安全规程”第 102 条规定，生产矿井采掘工作面空气温度不得超过 26，机电设备硐室的空气温度不得超过30，采掘工作面的空气温度超过 30，机电设备硐室超过 34时，必须停止作业。有些矿利用井下涌水排热，相应增加泵房温度，尤其是排热热量大时，超过 2000下水泵运行困难，事故率增多，对机电设备安全运行不利，另外，井下涌水水质较差时，水质硬度大时，局部降温机冷凝器结垢严重，使用时间不长就不能正常运转。局部降温机单位制冷量投资额要大于其他方式制冷，单台的制冷量较小，不超过 500 矿井降温主要是考虑热量如何转移，一般两种方式，一是地面产生冷源送到井下，平衡井下高温地点热量，实现降温目的；二是井下设置设备，产生冷源，送到高温地点降温， 但如何将热量排到地面是技术关键，若排热解决不好，会重新污染进风流，使进风流风温升 18 高，起不到降温目的。地面制备冷源下放，不会发生上述问题，象地面制冰、制冷水，中途冷损也属于有益损耗，降低进风流风温，效率高。 三种降温方式比较： 防尘水 水冷系统 冰冷系统 局部降温 系统排热 设备设置在地面，排出的热量不会进入井下，效果好。另外采用冷却塔排热，设备简单，介质采用，无制冷剂循环，安全性能高。 设备设置在地面，排出的热量不会进入井下，效果好。采用蒸发式冷凝器，设备复杂，体积较大，盘管内流动制冷剂，若发生泄漏，对环境 和系统造成危害。 设备设置在井下，排出的热量进入井下回风巷，污染回风巷环境。需要将进风巷的热量通过局部降温机排放到回风巷内。针对北徐楼矿实际情况，回风巷内有运输设备，每天需要进入人员作业，操作设备和维修，环境温度过高，对人员和设备运行都不利。系统排热效果好。 设 备 设备简单，整体紧凑，占用面积小。 相当于制冰设备的十分之一，不需要很大的机房，土建投资少。不需要防爆。 制冰设备多，有制冷机、蒸发冷、片冰机、储液罐、虹吸罐、低压循环桶等，机械传动部位多，故障多，制冷阀门多，容易出现泄漏， 维修量大。系统复杂 ，设备较重，占用建筑面积大，土建投资较高。不需要防爆。 需要防爆设备，对井下环境要求较高。水质差，悬浮物、硬度超标后，冷凝器容易发生结垢，整机效率变低。 安 装 只需连接冷水机组、冷却塔、水泵的水管路即可，安装十分方便。安装时间短，短期可即可完成安装投入。 安装工作量大，投资较多。管路上焊接量多，需要抽真空、打压充氟等工作，另外由于管路焊点、阀门较多，容易泄露氟利昂。安装时间长，短期不能投入运行。 安装工作量大，井下空间狭小，运输，安装困难。安装时间短，短期可即可完成安装投入。 制冷剂 一般厂家出 厂 设备整体出厂，制冷管路在厂家已连接好，并进行抽真空、打压试验， 已加注现场组装各设备、管路、阀门，安装后加注 冷冻机油和氟利昂 。 制冷机组安装在工作面进口，若发生制冷剂泄露，会进入工作面，严重影响到人 19 冷冻机油和氟利昂，现场不需要充注氟利昂和油 。 员的生命安全。 维修费 （上方案中未计算） 维修简单，维修量小，每年的氟利昂、冷冻油不需要投入，机械设备少，检修量小。 维修费用低，基本不需要维修。只对水系统进行简单维修，清垢处理即可。 制冷管路多，阀门较多，机械设备多，事故率高，设备维修量大，每年需要投入部分氟利昂， 维修费较高。 井下设备维修不方便，维修费用高。 井下管路压力 利用井底减压阀减压，技术上成熟，取消高低压换热器，减少投资，但增加了矿井排水费用。 井下为开始系统，不存在压力危险。 但增加了矿井排水费用。 制冷剂存在制冷机组内，并且有压力容器，若发生压力超高，会出现压力容器或压力管路爆裂的危险。 压力容器报检 压力容器少，只有蒸发器、冷凝器、油分，技术监督局报检费用少，简单。无需进行压力管道报检。 系统安全阀少，每年的检验费少。 压力容 器 多 ，有蒸发器、