陳鄒渝

摘要：本文介紹的井下局部降溫系統(tǒng)主要是利用“蒸發(fā)吸熱，冷凝放熱”原理進(jìn)行工作，制冷機(jī)組通過管道將冷凍水輸送至采煤工作面，從而帶走工作面中的熱量。

關(guān)鍵詞：煤礦熱害 綜采工作面 局部降溫

1 項目實施概況

1.1 項目調(diào)研考察 羊場灣煤礦為寧煤集團(tuán)第一大原煤生產(chǎn)礦井，一號井在原初設(shè)計年產(chǎn)500萬噸的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，采用大采高工作面設(shè)備和現(xiàn)代化的掘進(jìn)設(shè)備，現(xiàn)年生產(chǎn)任務(wù)超過1000萬噸。針對羊場灣煤礦一號井熱害特點，2009年7月，集團(tuán)公司組織安全監(jiān)察局、生產(chǎn)技術(shù)部、機(jī)電管理部、羊場灣煤礦組成考察組先后對淮南礦業(yè)集團(tuán)、平煤集團(tuán)、徐州礦業(yè)集團(tuán)所屬的國內(nèi)熱害礦井進(jìn)行了細(xì)致考察。國內(nèi)采取的降溫技術(shù)主要有井下局部電制冷降溫系統(tǒng)、冰冷式降溫系統(tǒng)、熱-電-冷聯(lián)供降溫技術(shù)、HEMS（井下空調(diào)）降溫技術(shù)?；茨系V業(yè)集團(tuán)以進(jìn)口設(shè)備的地面集中降溫方式和局部降溫相結(jié)合的方式為主；平煤集團(tuán)以國產(chǎn)設(shè)備為主的地面集中降溫方式和進(jìn)口國外設(shè)備的局部降溫方式相結(jié)合；徐州礦業(yè)集團(tuán)以進(jìn)口設(shè)備的井下集中降溫方式為主。

通過考察了解，淮南丁集礦采用的熱-電-冷聯(lián)供降溫技術(shù)初期投入大，整體投資高，建設(shè)周期長，運行費用高，降溫效果不明顯（一般在1～2℃）；平煤集團(tuán)六礦采用的地面集中制冷降溫技術(shù)，有一定的降溫效果（一般在3～5℃），但對于36℃以上高溫礦井，降溫后的工作面溫度仍然超過30℃，降溫后仍不能滿足《煤礦安全規(guī)程》的要求，且投資大、運行成本高，企業(yè)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)重。

經(jīng)考察多個礦井降溫方式、資金投入、運行費用和降溫效果綜合比較，最終確定羊場灣煤礦一號井采用水源熱泵井下局部降溫系統(tǒng)。

1.2 礦井降溫方案 羊場灣煤礦井下局部降溫系統(tǒng)利用“蒸發(fā)吸熱，冷凝放熱”原理進(jìn)行工作。水源熱泵機(jī)組通過壓縮機(jī)做功，制取冷凍水（8℃），通過循環(huán)系統(tǒng)將冷凍水送到回采工作面，經(jīng)空冷器、風(fēng)機(jī)盤管和工作面環(huán)境熱空氣進(jìn)行熱交換，帶走工作面熱量，實現(xiàn)工作面降溫；吸收熱量后的冷凍循環(huán)水（13℃）回到機(jī)組蒸發(fā)器，與冷媒工質(zhì)進(jìn)行熱交換，再次被冷卻（8℃）進(jìn)入末端循環(huán)冷凍水系統(tǒng)，如此循環(huán)，吸熱后的高溫冷卻水經(jīng)井下排水系統(tǒng)排至+900m水平水倉，最終排至地面，帶走工作面制冷過程中產(chǎn)生的冷凝廢熱，達(dá)到為Y120204工作面降溫目的。冷凍水管及冷卻水管都采用273mm鋼管，前期管路總長度為6300m。

水源熱泵系統(tǒng)裝機(jī)總功率為1152.5kW，系統(tǒng)主要由主機(jī)、冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成。設(shè)備機(jī)房硐室設(shè)置在輔運下山與膠運下山7#聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)，硐室內(nèi)安裝兩臺FLSLGF1050IV型冷水機(jī)組，單臺額定制冷量為1025kW，電機(jī)功率315kW；冷凍水系統(tǒng)由冷凍水循環(huán)泵、冷凍水管道、末端空冷器、水箱及補(bǔ)水泵組成；冷卻水系統(tǒng)由冷卻水循環(huán)泵、冷卻水管道和除污過濾系統(tǒng)組成；電控系統(tǒng)由移變、組合開關(guān)、磁力啟動器、PLC控制器等組成。

1.3 項目實施情況 羊場灣煤礦節(jié)能型井下局部降溫工程采用工程總包形式，由中國煤炭工業(yè)濟(jì)南設(shè)計有限公司總承包實施，山東同方能源工程技術(shù)有限公司、中煤第五建設(shè)有限公司、徐州博林高新技術(shù)有限公司聯(lián)合施工。項目立項后礦方會同濟(jì)南設(shè)計院、中青國能多次對技術(shù)方案、設(shè)計圖紙進(jìn)行了會審修改，及時對修改完善的方案、圖紙上報集團(tuán)公司審查。同時對濟(jì)南設(shè)計院、中青國能設(shè)計資質(zhì)進(jìn)行了審查備案。2010年3月底Y120204工作面降溫方案經(jīng)集團(tuán)公司批復(fù)后，礦方與中青國能簽訂了技術(shù)協(xié)議，由中青國能委托中煤五建負(fù)責(zé)工程安裝，安裝主材由礦方統(tǒng)一采購，降溫設(shè)備由中青國能提供。在對中煤五建施工資質(zhì)審查后，中煤五建根據(jù)設(shè)計方案編制了《施工組織設(shè)計》和施工圖紙，由礦方與濟(jì)南設(shè)計院、中青國能、中煤五建共同對《施工組織設(shè)計》和施工圖紙進(jìn)行會審、備案。

為了加快降溫工程實施進(jìn)度，按期完成項目工程，礦成立了Y120204工作面熱害治理工程項目小組，并按照相關(guān)規(guī)定委托寧夏靈州監(jiān)理公司進(jìn)行工程質(zhì)量監(jiān)管，同時要求施工單位成立熱害治理工程項目部，設(shè)立組織機(jī)構(gòu)和安全管理機(jī)構(gòu)，指定項目經(jīng)理。項目實施過程中雙方定期組織召開專題會議，及時解決施工過程中出現(xiàn)的問題。

2010年10月11日礦方組織降溫工程各相關(guān)單位召開開工平衡會，就地面場地、材料供應(yīng)等方面進(jìn)行了統(tǒng)一協(xié)調(diào)，同時礦方對中煤五建施工隊伍進(jìn)行入井培訓(xùn)，核發(fā)入井資格證并持證上崗。

材料進(jìn)場后礦方與中煤五建、靈州工程監(jiān)理公司按照設(shè)計要求進(jìn)行了材料檢驗，2010年12月20日正式開始安裝，歷經(jīng)65天完成了管路加工制作、防腐保溫處理；管路安裝、電纜敷設(shè)、儀器儀表安裝；機(jī)房硐室設(shè)備安裝等工作。2011年3月8日安裝工程結(jié)束，隨后，礦方組織相關(guān)單位對安裝工程進(jìn)行驗收，督促施工方對存在的問題進(jìn)行限期整改。項目施工過程中，礦方要求施工單位嚴(yán)格按照礦方相關(guān)管理制度進(jìn)行現(xiàn)場管理，每班由監(jiān)理公司安排專職監(jiān)理人員、中煤五建安排管理人員進(jìn)行跟班。單項工程均按要求編制專項安全技術(shù)措施，做到“一工程，一措施”。

3月10日完成降溫工程安裝工作，隨后對降溫系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試、試運轉(zhuǎn)。試運轉(zhuǎn)過程中，一方面由于水源熱泵機(jī)組設(shè)備運行不穩(wěn)定，導(dǎo)致開機(jī)率較低，另一方面由于工作面推進(jìn)速度快（每月200米左右），造成降溫系統(tǒng)末端設(shè)備頻繁后撤，在系統(tǒng)優(yōu)化改造階段和調(diào)試階段共經(jīng)歷3次后撤，后撤距離共計1710m，嚴(yán)重影響了降溫系統(tǒng)的調(diào)試運行進(jìn)度。

9月份將降溫系統(tǒng)末端設(shè)備后撤至Y120204機(jī)巷3#聯(lián)巷以外，經(jīng)過調(diào)試，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，對現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)分析，工作面平均降溫5℃，濕度降至70%左右，降溫效果明顯，工作面作業(yè)環(huán)境得到改善。

1.4 項目特點及優(yōu)化改造 該項目是國內(nèi)第一個千萬噸以上綜采工作面降溫工程，具有超長走向（3093米）、超長傾向（300米）、高強(qiáng)度開采的大采高綜采工作面，雙機(jī)組、多臺空冷器并列同時運行的特點，面臨工作面推進(jìn)速度快、熱量釋放集中、礦井水質(zhì)差一系列難題。

為了完成這個重大科研項目，保證降溫效果，礦方聯(lián)合濟(jì)南院、中青國能集團(tuán)、中煤五建針對影響系統(tǒng)正常運行的設(shè)備、管道、末端系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)、除污過濾系統(tǒng)、補(bǔ)水系統(tǒng)等進(jìn)行了一系列優(yōu)化改造，較好地解決了冷凍水定流量變揚程的調(diào)節(jié)問題，礦井污水在冷卻循環(huán)系統(tǒng)中的除污防堵問題，末端布置與風(fēng)筒配置問題、自動補(bǔ)水問題等，從而保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2 項目投資完成情況

羊場灣煤礦節(jié)能型井下局部降溫工程采用工程總包形式，由中國煤炭工業(yè)濟(jì)南設(shè)計有限公司總承包實施，其中，主要設(shè)備礦用防爆水源熱泵機(jī)組、防爆冷循環(huán)泵、礦用除污器、礦用空冷器、防爆風(fēng)機(jī)盤管等設(shè)備由實施單位購置，其余設(shè)備及安裝主材由建設(shè)單位提供。

熱害治理項目項目概算總投資2688.56萬元。其中：設(shè)備及工器具購置1676.03萬元；安裝工程714.96萬元；其它基本建設(shè)費用為194.17萬元；基本預(yù)備案費103.41萬元。合同價款1323萬元，包括設(shè)備費849萬元，監(jiān)控系統(tǒng)99萬元，設(shè)計費25萬元，設(shè)備安裝費350萬元。

3 運行效果分析

3.1 運行前工作面溫度情況 項目實施前，Y120204綜采工作面配風(fēng)量1500m3/min，現(xiàn)場實測進(jìn)風(fēng)流溫度31℃，工作面上口溫度33℃，工作面濕度在95%以上。

3.2 合同降溫指標(biāo) 系統(tǒng)正常運行后，保證工作面的溫度降至26℃以內(nèi)。在皮帶機(jī)頭、皮帶機(jī)中驅(qū)設(shè)置防爆風(fēng)機(jī)盤管，直接為崗位工降溫，保證風(fēng)機(jī)盤管的出風(fēng)溫度在24℃以內(nèi)，為井下提供良好的作業(yè)環(huán)境。

3.3 運行效果 九月份系統(tǒng)正常運行期間，Y120204工作面現(xiàn)場實測溫度：進(jìn)風(fēng)下口溫度為24℃左右，濕度為70%左右；回風(fēng)流溫度為28℃左右，濕度為85%左右，工作面平均溫度為26℃（詳見工作面溫度變化曲線）。

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，工作面平均降溫5℃左右，濕度降低至75%左右，降溫除濕效果比較明顯，舒適度大大提高。降溫以后工作環(huán)境有了很大改善，杜絕了員工中暑現(xiàn)象，提高了勞動生產(chǎn)率。

4 后續(xù)改進(jìn)完善措施

根據(jù)羊場灣煤礦開采技術(shù)條件和礦井現(xiàn)狀，地溫?zé)岷⒊蔀橥{礦井安全生產(chǎn)的主要隱患之一，為有效解決礦井熱害，創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境，后期該礦將聯(lián)合濟(jì)南院、中青國能集團(tuán)對水源熱泵局部降溫系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化改造，進(jìn)一步完善自動監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。2012年4月份120204工作面回采結(jié)束后，將優(yōu)化改造后的降溫系統(tǒng)繼續(xù)在120206工作面投入使用，為工作面降溫。

參考文獻(xiàn)：

[1]《煤礦安全規(guī)程》.

[2]《礦井降溫技術(shù)規(guī)范》MT/T1136-2011.

[3]邵敬民，丁峰，賀軍豪.礦井局部降溫系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J]. 中州煤炭，2012（05）.