矿井集中降温技术.docx

矿井集中降温技术矿井空调虽然已有80余年的历史，仅在近30年才得到较为广泛的应用。1920年在巴西的莫劳约理赫金矿建立了世界上第一个矿井空调系统，在地面建立了集中制冷站。英国是世界上最早在井下实施空调技术的国家，1923年英国的彭德尔顿煤矿第一个在采区安设制冷机，冷却采面风流。德国于1924年在拉德博德(Radlod)煤矿的地面安设一台冷冻机，1953年在洛伯尔格矿井下安装大型风流冷却设备。巴西莫罗维罗(Morro Velno)矿和南非的鲁滨逊深井于20世纪30年代采用集中冷却井筒入风流的方法降温，60年代南非便开始了大型矿井集中式空调降温，70年代苏联、日本等国矿井开始应用制冷降温。我国19641975年在淮南九龙岗使用第一个矿井局部制冷降温系统，19811985年在新汶矿务局孙村煤矿建立了我国第一个井下集中降温系统，制冷站制冷能力为2326 kW，选用重庆通用机器厂生产的IIJBF一500型离心式制冷机(制冷量为581 kW)。1986年。“平顶山八矿矿井降温技术研究”被列为国家第七个五年计划的科技攻关项目，该矿建立了我国第二个井下集中降温系统，制冷站制冷能力4 652 kW，采用IIIJBF一100x0型离心式制冷机(制冷量为1163 kW)。一、矿井空调的工作原理矿井空调技术就是应用各种空气热湿处理手段，调节和改善井下作业地点的气候条件，使之达到规定标准的技术。矿井空调系统由制冷剂、载冷剂（冷水）和冷却水3个独立的循环系统组成。 1.制冷剂循环系统 制冷机通过制冷剂的循环制取冷量。制冷机循环系统是由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀及连接管道组成。制冷剂的循环是由制冷机不停地工作来完成的。如图1-1所示，制冷剂在蒸发器中吸收载冷剂（冷水）的热量而被汽化为低压低温的蒸汽。该蒸汽被压缩机吸入，并经压缩升压升温。高压高温蒸汽再进入冷凝器，并在其中将热量传递给冷却水而被冷凝成液体。液体制冷剂经节流阀降压降温后又进入蒸发器中，继续吸收载冷剂的热量，由此达到制冷的目的。2.载冷剂循环系统由于制冷站的位置不同，而形成不同的载冷剂循环系统。当制冷站设在井下图1-1（b）、（c）,其循环系统由蒸发器、空气冷却器及冷却水管组成。当制冷站设在地面时图1-1（a）,载冷剂有两个循环系统，即：由蒸发器3、高低压换热器10及冷却水管9构成一次循环系统；由高低压换热器10、空气冷却器11和冷却水管9构成二次循环系统。当地面和井下同时设制冷站时图1-1（d）,一次循环系统是由蒸发器3、高低压换热器10、冷凝器（井下）2，蒸发式冷却器12和连接管道组成；二次系统是由蒸发器（井下）3，高低压换热器10、空气冷却器11和冷却水管（井下）9组成。 （a） (b) （c） （d） 图1-1 矿井空调系统工作原理 1压缩机；2冷凝器；3蒸发器；4节流阀； 5、9冷却水管；6冷却塔；7冷却水泵；8冷水泵； 10高低压换热器；11空冷器；12蒸发式冷却器3.冷却水循环系统冷却水循环系统由冷凝器、冷却塔(或称水冷却装置)和冷却水管道组成。制冷剂在蒸发器中吸收载冷剂的热量和在压缩机中被压缩的热量。在冷凝器中传递给冷却水。冷却水吸收这部分热量后，经管道进入冷却塔。在冷却塔中，冷却水把热量传递给空气而本身温度降低。较低温度的冷却水，经管道再流回冷凝器，继续吸收载冷剂的热量，达到连续排除冷凝热的目的。当地面、并下同时设制冷站时图1-1(d），井下制冷机的冷凝热是通过一次载冷剂排掉的。总之，矿井制冷空凋就是通过上述3个循环系统连续、同时工作来达到降低矿内风流温度的目的。二、矿内空调的应用矿井集中制冷是在采取其他降温措施无效后不得己而采用的措施，矿井集中制冷一般需巨额投资 (1亿元左右 ) 和消耗大量动力 ( 约占深井开采总成本的60%) 。目前国内外常见的冷冻水供冷、空冷器冷却风流的矿井集中空调系统的基本结构模式如图1-2所示。 图1-2 矿井空调系统结构模式1冷站；2冷水泵；3冷水管；4局部通风机；5空冷器6风筒；7冷却水泵；8冷却水管；9冷却塔如图1-2所示，矿井集中空调系统是由制冷、输冷、传冷和排热四个环节所组成。由这四个环节的不同组合，便构成了不同的矿井空调系统。这种矿井空调系统，若按制冷站所处的位置不同来分，可以分为以下三种基本类型：1地面集中式空调系统地面集中式空调系统将制冷站设置在地面，冷凝热也在地面排放，而在井下设置高低压换热器将一次高压冷冻水转换成二次低压冷冻水，最后在用风地点上用空冷器冷却风流。其结构如图1-3所示。这种空调系统还可有另外两种形式，一种是集中冷却矿井总进风，在用风地点上空调效果不好，而且经济性较差；另一种是在用风地点上采用高压空冷器，这种形式安全性较差。实际上后两种形式在深井中都不可采用。地面集中式空调系统优点是：(1)厂房施工、设备安装、维护、管理方便；(2)可用一般型制冷设备，安全可靠；(3)冷凝热排放方便；(4)冷量便于调节；(5)无需在井下开凿大断面硐室；(6)冬季可用天然冷源；地面集中式空调系统缺点是：（1）高压载冷剂处理困难；（2）供冷管道长，冷损大；（3）需在井筒中安装大直径管道；（4）空调系统复杂。 图1-3 地面集中式空调系统1压缩机；2蒸发器；3冷凝器；4节流阀；5、15水池；6、7、14 水泵；8冷却塔；9冷却水管；10热交换器； 11、13、17 冷水管；12高低压换热器；16、18空冷器2井下集中式空调系统井下集中式空调系统如按冷凝热排放地点又可分为两种不同的布置形式：（1）制冷站设置在井下，并利用井下回风流排热，如图1-4所示。这种布置形式优点是：系统比较简单，冷量调节方便，供冷管道短，无高压冷水系统；缺点是：由于井下回风量有限，当矿井需冷量较大时，井下有限的回风量就无法将制冷机排出的冷凝热全部带走，致使冷凝热排放困难，冷凝温度上升，制冷机效率降低，制约了矿井制冷能力的提高。由上述优缺点可知，这种布置形式只适用于需冷量不太大的矿井。图1-4 制冷站设在井下，井下排除冷凝热1压缩机；2蒸发器；3冷凝器；4节流阀；5水池；6冷水泵；7冷却水泵；8冷水池；9冷却塔；10空冷器（2）制冷站设在井下，冷凝热在地面排放，如图1-5所示。这种布置形式虽可提高冷凝热的排放能力，但需在冷却水系统增设一个高低压换热器，系统比较复杂。井下集中式空调系统优点是：（1）供冷管道短、冷损少；（2）无高压冷水系统；（3）可利用矿井水或回风流排热；（4）供冷系统简单，冷量调节方便。井下集中式空调系统缺点是：（1）井下需开凿大断面的硐室；（2）对制冷设备要求严格；（3）设备安装、管理和维护不方便。 图1-5 制冷站设在井下，冷凝热在地面排放1压缩机；2蒸发器；3冷凝器；4节流阀；5冷水泵；6、9、12冷水管；7冷水池；8、10空冷器；13高低压换热器；14冷却水管；15冷却水泵；16冷却塔；17换热器3井上、下联合式空调系统这种布置形式是在地面和井下同时设置制冷站，冷凝热在地面集中排放，如图1-6所示。它实际上相当于两级制冷，井下制冷机的冷凝热是借助于地面制冷机冷水系统冷却。联合空调系统优点是：（1）可提高一次载冷剂回水温度，减少冷损；（2）可利用一次载冷剂将井下制冷机的冷凝热带到地面排放。联合空调系统缺点是：、（1）系统复杂；（2）设备分散，不便管理。根据上述三种集中式矿井空调系统优缺点，设计时究竟采用何种形式应根据矿井的具体条件而定。此外，对不具备建立集中式