礦井空調降溫系統分析

左金寶

(山西約翰芬雷華能設計工程有限公司)

礦井空調降溫拓展了空調應用的新領域，為礦山高溫熱害的治理提供了技術保障，是國內外普遍采用的礦井降溫技術措施。

目前，國內已有數十座礦井建立了集中式制冷降溫系統，研究礦井降溫技術已成為國內外采礦技術中的一個重要領域。2004年，新汶孫村礦完成－1100 m 水平冰冷卻降溫系統建設［1］;2006年，平煤六礦實施制冰空調降溫系統，在地面建立制冷站進行集中制冷;2007年，在平煤四礦采用熱-電-乙二醇低溫制冷，對礦井集中降溫，總裝機制冷規模達到10 MW;兗煤趙樓礦、新汶龍固礦、棗礦北徐樓礦、魯能郭屯礦均采用WAT設備進行井下集中式制冷降溫;2009年新集劉莊礦引進德國西瑪格降溫技術，建立了井下集中式制冷降溫系統。隨著礦井開采深度的增加，對礦井降溫技術的研究及實踐將不斷深化。

1 礦井空調系統的分類及特點

1.1 根據空調系統制冷站布置方式分類

根據空調系統制冷站布置方式的不同，礦井空調可分為地面集中式、井下集中式、井上下聯合集中式及井下局部空調系統四種基本類型。

近年來的工程實踐表明，在經濟上，井上、下聯合集中式具有明顯地優越性;在技術方面，前3種系統各有所長:井下集中式空調系統的突出問題是冷凝熱難以排放;地面集中式和井上、下聯合集中式空調系統則必須使用壓力耦合裝置，此類裝置在冷凍水轉換過程中一般會產生3～4℃的溫度躍升，能耗及冷損過高。

針對井下集中式空調系統的冷凝熱排放難題及地面集中式系統壓力耦合裝置溫度躍升的問題，各國研究機構都在進行不斷的研究。井下集中式系統的冷凝熱排放，經歷了由井下回風流排熱到井下回風流加噴淋水排熱，再利用地面制冷機組冷凍水排熱的過程;地面集中式空調系統的壓力耦合裝置，則經歷了由儲水池、降壓閥、高低壓換熱器到高低壓轉換器的過程，盡可能地消除高低壓轉換工程中的溫度躍升。國外研制的一種新型水能回收壓力耦合裝置(三腔適配器)，其溫度躍升一般可以從4～6℃降低到0.2℃左右，但設備的維護費用較高［2］。

目前，由于井上、下集中式集合了其他兩種集中式的缺點，限制其自身的使用性。因此，礦井普遍采用的布置方式為地面集中式和井下集中式兩種空調系統，并以局部空調系統作為集中式空調系統的補充。井下集中式和局部空調系統的制冷設備均有防爆、防腐要求。各布置方式的特點如表1所示。

1.2 根據熱力學特點及載冷方式分類

根據熱力學特點及載冷方式的不同，礦井空調又可分為以水、冰和以壓縮空氣作為載冷媒介的空氣壓縮制冷空調系統3種空調制冷形式。各載冷方式的特點分析見表2。

(1)水冷卻降溫系統。根據礦井空調系統冷源種類不同，水冷卻降溫系統又可分為壓縮式制冷空調、余熱吸收式制冷空調和水源熱泵式制冷空調3種類型。目前，雖然水冷卻降溫技術仍存在進一步完善的地方，但經過近幾十年的實踐，該項降溫技術已經比較成熟，在國內工程實踐中得到了廣泛的應用。

(2)冰冷卻降溫系統作為礦井空調的新技術，在系統運行管理和控制方面有較高的要求。該系統在我國還處于試應用階段，相比水冷卻降溫系統，該類系統工程實踐較少。

表1 制冷站不同布置方式的空調系統特點分析

表2 不同載冷方式空調系統特點分析

(3)空氣壓縮制冷空調系統?？諝鈮嚎s制冷空調有透平式膨脹制冷、渦輪式空氣制冷等形式。礦井空氣壓縮制冷降溫系統是以傳統的礦井空調系統為基礎發展而來，其實質是利用高速壓氣作為供冷媒質，直接向采掘工作面噴射制冷。該系統簡單，應用靈活，可應用于需冷量小的礦井，可作為礦井主要降溫空調系統的補充。

2 結論

礦井空調降溫系統因其載冷方式、制冷站布置方式適用條件不同，在設計礦井空調降溫系統時，需要考慮高溫礦井的實際情況，并對礦井空調系統進行充分的經濟效益比較，做到既要在技術上可行，又要使投資最省，從而確定合適的降溫方式。

［1］ 瓦斯通風放滅火安全研究所.礦井降溫技術的50年歷程［J］.煤礦安全，2003，34(9):154-158.

［2］ 王 進，趙運超，梁 棟.礦井降溫空調系統的分類及發展現狀［J］.中山大學學報論叢，2007，27(2):109-113.

［3］ 張 利，陳 松，于 峰.幾種礦井空調技術的比較［J］.山東煤炭科技，2009(3):152-153.

［4］ 王 勇.煤礦瓦斯發電及熱電冷聯供技術研究［J］.工礦自動化，2006(5):8-11.

［5］ 何滿潮.HEMS深井降溫系統研發及熱害控制對策［J］.中國基礎科學，2008(2):11-15.

［6］ 喬 華，王景崗，張子平.深井降溫冰冷卻系統融冰及技術經濟分析研究［J］.煤炭學報，2000(S1):122-125.

［7］ 陳 平.采用壓氣供冷的新型礦井集中空調系統［J］.礦業安全與環保，2004，31(3):1-4.