淺談煤礦高溫?zé)岷Ψ乐渭夹g(shù)研究

葉志

（陜西彬長(zhǎng)胡家河礦業(yè)有限公司，陜西 咸陽(yáng) 713602）

煤礦每年都會(huì)增加開(kāi)采的深度，平均在-600 到-800 米開(kāi)采深度，而比較深的礦井能夠達(dá)到一千米。而礦井正在以100-250 米每十年的速度進(jìn)行發(fā)展，不難看出再過(guò)二十年，很多煤礦的深度都會(huì)達(dá)到-1000 到-1500米左右。而隨著逐漸增加的開(kāi)采深度，使得巷道與工作面溫度增加，一方面會(huì)對(duì)工作人員的身心健康造成損害，降低百分之三十到百分之四十左右的勞動(dòng)效率。有相關(guān)研究說(shuō)明，當(dāng)工作面溫度在26 到30℃時(shí)，其勞動(dòng)效率只有0.8，高于30℃的溫度時(shí)，其效率只有0.7。另一個(gè)方面，礦井發(fā)生事故的概率是常溫時(shí)候的3.6 倍左右。所以，分析研究煤礦高溫?zé)岷Φ姆乐渭夹g(shù)是非常重要的。

一、傳統(tǒng)降溫技術(shù)

（一）非人工降溫技術(shù)

1.改善通風(fēng)方式

在生產(chǎn)階段，礦井風(fēng)流溫度是和礦井的通風(fēng)設(shè)計(jì)以及部署有著很大的關(guān)系，通俗地講就是要想有效控制井下空氣溫度，就必須合理有效的設(shè)計(jì)礦井通風(fēng)方式，這樣才能對(duì)通風(fēng)量以及通風(fēng)風(fēng)率進(jìn)行增加，以此來(lái)對(duì)井下的濕度與溫度進(jìn)行改善。這是較為常用的一種非人工降溫技術(shù)，但是優(yōu)化通風(fēng)方式與增加風(fēng)量都離不開(kāi)圍巖溫度與井下進(jìn)風(fēng)溫度等指標(biāo)的影響，這種方式不能適應(yīng)所有環(huán)境，在開(kāi)采深度到達(dá)一定程度之后其降溫的效果會(huì)大大減弱，如果只應(yīng)用通風(fēng)方式進(jìn)行降溫，那么在高溫?zé)岷?yán)重的礦井中，其降溫的效果不是很明顯。

2.控制熱源降溫

（1）巖壁隔熱。可以在巖壁上噴涂聚乙烯泡沫，膨脹珍珠巖，鍋爐渣，硬質(zhì)氨基甲酸泡沫以及其他隔熱材料，比如噴涂一層10 毫米厚的聚氨酯泡沫其隔熱效果就比較好。巖壁隔熱只在熱害較為嚴(yán)重的位置應(yīng)用，當(dāng)作一種輔助降溫的手段。

而國(guó)外采用硬質(zhì)氨基甲酸泡沫，泡沫作為隔熱材料，井下溫度在35℃以上的情況下，可以使得巷道溫度降3-4.5℃左右，工作面溫度可以降2-3℃左右。但是隔熱材料一段時(shí)間會(huì)失效，所以現(xiàn)階段急需一種低傳熱系數(shù)并且要適用井下施工的隔熱材料。

（2）熱水及管道熱的控制。超前把熱水進(jìn)行疏放，并且通過(guò)隔熱管道排到地面。在回風(fēng)巷設(shè)置高溫排水管以及熱壓風(fēng)管。把明水溝改成暗水溝，減少熱水散熱量，能夠降低0.7%的井巷風(fēng)溫。

（3）機(jī)械熱的控制。要把機(jī)電酮室進(jìn)行獨(dú)立通風(fēng)，并且要特別注意安裝輔扇的位置，在回風(fēng)巷進(jìn)行的布置工作面的輔助設(shè)備，低效率機(jī)械要盡量避免使用。

（4）煤層注水預(yù)冷煤體。在煤礦中，利用斜巷或者平巷來(lái)布置鉆孔，在即將回采的煤層中利用水的壓力把冷凍水注入其中，通過(guò)壓力水在煤體裂縫中進(jìn)行擴(kuò)散，滲透，并存儲(chǔ)在裂縫以及空隙中，以此來(lái)對(duì)煤體的水分進(jìn)行增加，冷卻回采工作面周圍的巖體。煤層在一定的條件之下進(jìn)行預(yù)冷，其經(jīng)濟(jì)效益以及有效性要比使用制冷設(shè)備更好。還有就是把噴霧灑水裝置安設(shè)在工作面的回風(fēng)隅角處，然后把冷凍水利用噴嘴在溫度比較高的回風(fēng)隅角處進(jìn)行噴灑，從而對(duì)風(fēng)流的溫度進(jìn)行降低。

（5）采空區(qū)注漿。對(duì)采空區(qū)進(jìn)行注漿填充管理頂板，一個(gè)方面能夠?qū)Σ煽諈^(qū)頂板巖石的冒落進(jìn)行減少，并減少其散熱量。另一個(gè)方面就是填充采空區(qū)之后，會(huì)很大程度的降低采空區(qū)的漏風(fēng)情況，進(jìn)而對(duì)其漏風(fēng)所帶的熱量進(jìn)行減少。除此之外，把冷水通過(guò)上層采空區(qū)進(jìn)行注入，能起到降低下層煤層的熱量。

（6）采空區(qū)構(gòu)筑擋風(fēng)墻。通過(guò)采空區(qū)漏風(fēng)流場(chǎng)的變化情況，可以在其內(nèi)部每隔30 米-50 米左右構(gòu)筑一個(gè)擋風(fēng)墻，從而對(duì)采空區(qū)漏風(fēng)的情況進(jìn)行減少，能夠有效地對(duì)其帶入的熱濕量進(jìn)行控制。通過(guò)測(cè)定漏風(fēng)，能夠?qū)Σ煽諈^(qū)的漏風(fēng)情況進(jìn)行減少，從而能夠?qū)ぷ髅娴臐穸扰c溫度有效地進(jìn)行降低。

（二）人工降溫技術(shù)

1.人工制冷水降溫技術(shù)

其礦井空調(diào)技術(shù)就是制冷水技術(shù)的核心，在礦井下通過(guò)對(duì)壓縮制冷機(jī)進(jìn)行合理的布置，利用制冷機(jī)可以降低與緩解高溫情況。雖然氟利昂能夠破壞臭氧層，但是現(xiàn)階段不能完全丟棄。而對(duì)于人工制冷降溫的技術(shù)關(guān)鍵是排熱，制冷，傳冷，輸冷及其他。而對(duì)于這個(gè)過(guò)程，現(xiàn)階段主要是通過(guò)噴淋式空冷器以及表面式空冷器來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

2.人工制冰降溫技術(shù)

其原理是在工作面均勻的鋪灑冰塊，而冰塊通過(guò)吸收熱量融化盛水，以此來(lái)對(duì)熱量的交換進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，從而能夠降低空氣溫度。

3.個(gè)體防護(hù)技術(shù)

煤礦不同其礦內(nèi)的環(huán)境也是不一樣的，在氣候與外部惡劣的條件下，有一些降溫技術(shù)不適合采用，再有就是因?yàn)榻?jīng)濟(jì)條件的原因，不能直接使用風(fēng)冷卻方式，與此同時(shí)要對(duì)曠工冷卻服正確穿戴進(jìn)行保證，從而能夠?qū)€(gè)體保護(hù)效果進(jìn)行提高，這么做主要是當(dāng)人體不能承受礦內(nèi)溫度時(shí)，能夠有效地進(jìn)行熱量阻絕，以免和人體直接進(jìn)行對(duì)流，而在生產(chǎn)時(shí)工作人員所產(chǎn)生的熱量也能傳輸?shù)嚼鋮s服中。

二、現(xiàn)代降溫技術(shù)

（一）深井HEMS 降溫系統(tǒng)

對(duì)于深井開(kāi)采高溫?zé)岷刂崎_(kāi)發(fā)出了一套深井HEMS 降溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要原理就是利用現(xiàn)有礦井涌水，從中提取冷量，然后和工作面高溫空氣進(jìn)行換熱，以此使得工作面的濕度與溫度有效地進(jìn)行降低。該系統(tǒng)包含了利用涌水作為冷源的HEMS-I 系統(tǒng)，高壓轉(zhuǎn)化系統(tǒng)HEMS-PT，遠(yuǎn)程溫度數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及降溫降濕HEMS-Ⅱ系統(tǒng)。與國(guó)外對(duì)比，該系統(tǒng)降溫技術(shù)不管是降溫供風(fēng)方式，能量獲取能力，還是降溫降濕的效果，在國(guó)際上都是比較先進(jìn)的。運(yùn)行該系統(tǒng)之后，能夠使得工作面降低4-6℃左右的溫度，其效果比較顯著。

（二）熱管降溫技術(shù)

分離熱管輸送技術(shù)是根據(jù)分離氨系統(tǒng)延伸而來(lái)，其主要的原理就是直接在地表上設(shè)置中央制冷站，在井下設(shè)置蒸發(fā)器。這樣設(shè)置的好處是，在上部設(shè)置制冷站能夠方便維護(hù)和管理，并且能夠把熱管中的冷凝熱排到地面，并且克服了井下余熱污染的問(wèn)題，而在下部設(shè)置蒸發(fā)器能夠?qū)涿剿睦寐蔬M(jìn)行提高，這就使得排水費(fèi)用有效地進(jìn)行減少，有效地控制了冷損量。

（三）礦井壓氣蒸發(fā)冷卻技術(shù)

蒸發(fā)冷卻是對(duì)水汽化潛熱進(jìn)行合理的應(yīng)用，利用水分蒸發(fā)吸收熱量，以此來(lái)降低緩解高溫的情況。根據(jù)相關(guān)的文獻(xiàn)說(shuō)明，高壓冷空氣有膨脹吸熱降溫，吸濕降低溫球溫度，冷空氣升溫吸熱對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行降低這三種降溫能力。

（四）壓縮空氣制冷技術(shù)

壓縮空氣制冷技術(shù)是通過(guò)限流環(huán)來(lái)對(duì)空氣進(jìn)行壓縮，把空氣的壓力減少0.18MPa-0.22MPa 之間，之后進(jìn)入壓氣機(jī)進(jìn)行增壓，而渦輪中空氣膨脹的輸出功就是壓氣機(jī)的推動(dòng)力，在對(duì)空氣進(jìn)行增壓時(shí)，其溫度也會(huì)逐漸增加，壓氣機(jī)出口中的空氣經(jīng)過(guò)熱交換使得空氣溫度與壓氣機(jī)進(jìn)口時(shí)溫度差不多，之后再根據(jù)膨脹機(jī)把冷卻的空氣進(jìn)行膨脹，一般膨脹之后，空氣的溫度能夠降到-30℃左右。然后再把-30℃的冷風(fēng)利用隔熱減噪風(fēng)筒混合熱風(fēng)之后導(dǎo)入掘進(jìn)面中。

（五）瓦斯發(fā)電制冷降溫技術(shù)

應(yīng)用瓦斯發(fā)電制冷降溫其發(fā)電功能主要術(shù)通過(guò)瓦斯抽排進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，在利用電能進(jìn)行制冷，以此達(dá)到緩解高溫的效果。目前該技術(shù)已經(jīng)非常成熟，其中燃?xì)獍l(fā)電機(jī)發(fā)電，氣輪機(jī)發(fā)電以及燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電等都是比較常見(jiàn)的發(fā)電技術(shù)。

（六）空氣透平膨脹制冷系統(tǒng)

獲得低溫重要的方式之一有氣體等熵膨脹，其最接近絕熱等熵膨脹的就是透平膨脹機(jī)制?，F(xiàn)階段，在實(shí)際應(yīng)用中，比如低溫環(huán)境模擬，氫氨液化，空調(diào)設(shè)備以及空氣分離都有透平膨脹機(jī)的影子，把高壓氣體當(dāng)作工質(zhì)來(lái)進(jìn)行透平膨脹降溫，混合一部分回風(fēng)送到空調(diào)區(qū)域。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著科技技術(shù)的發(fā)展，目前煤礦開(kāi)采深度已經(jīng)不是很困難了，但是增加開(kāi)采深度時(shí)，也不會(huì)增加工作面的高溫?zé)岷?wèn)題，所以合理降溫技術(shù)其應(yīng)用意義更大。