利用恒温水源进行矿井降温

利用恒温水源进行矿井降温利用恒温水源进行矿井降温 1 矿区概况 淮南矿区地处安徽省北部 淮河中游两岸 东起郯芦断裂 西 至阜阳市 东西走向 180km 南抵八公山 舜耕山 北止明龙 山 上窑一带 南北宽约 30km 矿区总面积约 3 600km2 目 前淮南矿区共有 9 对矿井 均为煤与瓦斯突出矿井 矿区核定 年生产能力 3 000 万 t 地面年平均气温 15 3 相对湿度 74 大气压力 101 3kpa 恒温带距地表深度 20 30m 恒温 带温度 16 8 夏季 6 8 月 气温较高 7 月份平均气温为 30 2 利用恒温水源进行矿井降温的可行性分析 2 1 空气和水的比热容 当 p 为 106 67kpa t 30 95 d 0 0244kg kg 时 干空气比热容 1 0045kj kg k 水蒸气比热容 1 85kj kg k 湿空气的焓 i 1 0045t 0 001d 2501 1 85t 30 136kj kg 考虑井下降温的过程近似为等湿 减焓 降温过程 30 的湿 空气温度变化 1 其焓的变化量 i 1 0785kj kg 水的比热容 4 19kj kg k 20 水的焓 83 8 kj kg 30 水的焓 125 7 kj kg 20 30 的水温度变化 1 其焓的变化量为 i 4 19 kj kg 2 2 恒温水降温效果分析 在井下近似等压等湿的降温过程中 1kg 的水温度每升高 1 就可使 1kg 的湿空气温度降低 3 895 m3 的水温度每升高 1 就可以使 3 237 5 m3 的湿空气温度降低 1 2 3 恒温水源降温能力分析 淮南矿区恒温水源温度为 16 8 考虑从地面往井下输送过程 中的温升 视管道的绝热程度而定 假定井下降温时水源温 度为 20 降温后的回水温度为 26 井下降温前的空气温度 为 32 降温后的空气温度为 26 那么 1 m3 的恒温水源水 就可使 3 237 5 m3 的井下空气温度由 32 降低到 26 2 4 矿井降温需水量分析 根据淮南矿区的实际情况 年产 300 万 t 高瓦斯突出矿井 如 二级热害矿井潘一 潘三矿 其矿井需风量应在 20 000 m3 min 以上 按有效风量利用率 85 考虑 再除去井底峒室和一些不 需要降温的采掘工作面的用风量 实际需要降温的风量可占到 矿井风量的 60 即需要降温的风量为 12 000 m3 min 那么 矿井降温所需恒温水量为 3 71 m3 min 222 4 m3 h 2 5 恒温水源的可靠性分析 由于恒温水水源温度常年变化甚微 因此恒温层水源可用于常 年降温 此外恒温水水源丰富 淮南矿区煤系地层覆箅着 145 564m 的新生界地层 流沙层特别厚 地下水位又为地表 以下 1 2m 2003 年 7 9 月份期间 潘三矿附近农民的机灌 井 井水从井中自然流出地表 形成涌泉 可见地下水的充沛 程度 2 6 现场实验 利用恒温水源进行矿井降温的可行性 一般生产矿井在停产检 修期间 都具备实验条件 具体效果可进行现场实验 3 恒温水源进行矿井降温的系统构成 恒温水源进行矿井降温的系统原理图 详见图 1 图 1 恒温水源进行矿井降温的系统原理图 4 恒温水源降温系统的运行 4 1 连通器原理 恒温水源降温系统可采用连通器原理设置 即进水口和出水口 均设置在地面 依靠进回水温差形成的自然水压运行 当自然 水压能形成需要水量的流速时 可考虑提高进水口高度 来提 高压差 用以保证系统正常运行 若井下降温系统采用开式循 环时 可在井底进行高低压转换 4 2 经济流速 矿井降温所需水量取决于管径和流速 流速取决于水和系统 管道 的总阻力 管径过大增加初期投资 流速过大则需要 添加动力 一般管道经济流速区间为 2 4m s 要实现尽量不 用或少用动力运行 恒温水源降温系统的经济流速应按 4m s 进 行设计 若需水量为 4 m3 min 时 则管道内径 d 146mm 4 3 管道总阻力 管道阻力取决于管径 管道流速和管道流程 加上管道拐弯 阀门控制等的局部阻力就是管道总阻力 也即系统阻力 试取 管道内径为 152mm 管道总长度为 10 000m 局部阻力为总阻 力的 20 进行计算 管道的总阻力为 110 608pa 4 4 自然水压 自然水压的大小取决于进回水温差和实际降温地点的垂深 取 进水温度为 18 回水温度为 30 降温点垂深为 600m 进 行模拟计算 h 自 998 2 995 7 9 81 600 14 715pa 4 5 水塔高度 水塔高度取决于管道 系统 总阻力与自然水压的差值 h 塔高 h 总 h 自 9 81 998 2 11 145m 5 恒温水源矿井降温系统的实施 5 1 采煤工作面降温的实施 1 采用闭式循环时 采煤工作面降温采用套管换热 换热后 的冷水 用来进行工作面进风巷巷顶及巷道两侧迈步喷淋降温 可考虑喷淋水搜集 循环使用 也可根据巷道条件 让其自流 入采区或井底水仓 从采区域井底水仓取水使用 需配高压水 泵 2 台 1 台使用 1 台备用 2 采用开式循环时 直接使用恒温水源对工作面的进风巷巷 顶及巷道两侧迈步喷淋降温 并根据巷道条件 考虑进行喷淋 水搜集 导水管排至水沟 或让其自流入井底水仓 经高低压 装置排到地面 5 2 掘进工作面降温的实施 1 采用闭式循环时 掘进工作面降温直接利用恒温水源冷水 用小管径钢管直接设置在风筒内部 靠钢筒内的风流与钢管直 接换热 如通风距离较短 换热不够充分 可考虑钢管多次往 返 以达到出水温度与风温近似相等的换热目的 降温效果由 通过的冷水量进行控制 2 采用开式循环时 采用矿用移动式喷淋空冷器直接喷淋恒 温水源冷水 喷淋水由集水管排出 降温效果由喷淋水量进行 控制 5 3 局部高温点降温 对局部热温源地点 如刚揭露的围岩 煤壁 采空区老塘口 上隅角老塘口 可直接喷洒恒温水源冷水降温 5 4 辅助降温 井底车场 大巷的装载喷雾 净化喷雾 高温区域采区内部的 各类转载喷雾 净化喷雾 移回喷雾等 一律改为使用恒温水 源进行喷雾 以达到辅助降温的目的 5 5 补充降温 不排除在夏季高温季节 少数地点利用恒温水源降温后 空气 温度依然超标的可能 此时 可对恒温水源进行加冰制冷 以 满足矿井降温需要 6 经济技术比较 6 1 与地面集中机械制冷降温系统投入比较 恒温水源矿井降温系统与地面集中机械制冷降温系统有相似一 面 即井下降温管路基本相同 但省却了昂贵的机械制冷设备 冷水机组和地面厂房 以及降温系统的末端设备 排热系 统和巷道工程 初步估算 建立恒温水源降温系统的总费用 仅为建立地面集中机械制冷降温系统的 30 6 2 与地面集中机械制冷降温系统运行费用比较 若以年产量 300 万 t 矿井计算 需降温风量为 12 000 m3 min 降温温差 7 为例 地面集中机械制冷降温系统的制冷量应在 2 000kw 以上 装机总功率要在 1 000kw 以上 包括 冷水机组 泠水泵 冷却泵 空冷器局部通风机 而恒温水源降温系统 仅需要 4 m3 min 的排水能力即能满足 总功率 100kw 上下 可见在电耗这项上 能节约 90 而且恒温水源降温系统无须 设备备件 原材料消耗 维护费用几乎为零 在经济运行方面 具有无可比拟的优势 6 3 回水管路可与防尘洒水管路共用 恒温水源降温系统的回水管路可与防尘洒水管路共用 而防尘 洒水管路是现有的 而且是必须要