巷道制冷設(shè)計(jì)的探討

盛 耀

江蘇省礦業(yè)工程集團(tuán)有限公司工程技術(shù)部，江蘇徐州 221000

井巷制冷技術(shù)自20世紀(jì)20年代中期開始興起，至今已有近90年的歷史。但是在我國礦井下作業(yè)中，井巷制冷技術(shù)迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用于20世紀(jì)60年代后期。目前，國內(nèi)外常用的井巷制冷技術(shù)可分為：機(jī)械制冷降溫技術(shù)、非機(jī)械制冷降溫技術(shù)、空氣壓縮式制冷技術(shù)及機(jī)械制冰降溫技術(shù)等。

1 制冷工作原理

采區(qū)外25℃左右，壓力5MPa的防塵水沿管路進(jìn)入掘進(jìn)巷道，經(jīng)巷道頂部的熱變換裝置而受熱升溫，受熱的水帶著大量的熱量，經(jīng)排水管路流出巷道，持續(xù)不斷的冷水與巷道中35℃的較熱空氣進(jìn)行連續(xù)熱量交換，使巷道中空氣溫度下降，達(dá)到降溫效果。

2 方案的可行性

該方案能夠?qū)嵤?，存?個(gè)基本條件：

1）溫度差――實(shí)現(xiàn)熱量交換的根本

進(jìn)入巷道壓力水溫度較低，一般不高于25℃，巷道中空氣溫度（夏季）迎頭28℃左右，巷道出口35℃以上，巷道中溫度變化由以下曲線表示：

由曲線可知，巷道溫度由里向外呈遞增狀態(tài)，固進(jìn)排水管無需加保溫材料。由于巷外壓力水與巷中空氣存在10℃左右的溫度差，這是實(shí)現(xiàn)巷道降溫的先決條件，下一步就需一簡單的物理現(xiàn)象——熱傳遞，即可進(jìn)行巷道降溫工作了。有條件的礦區(qū)，可以先給進(jìn)入巷道的壓力水做冷卻處理，巷道的降溫效果會(huì)更明顯。

2）5MPa壓力水提供直接動(dòng)力

在巷道掘進(jìn)中，敷設(shè)4吋?jí)毫λ芄┫锏莱龎m，迎頭降塵以及支護(hù)時(shí)打錨桿用，巷道實(shí)行降溫時(shí)只要用軟管把熱交換裝置的進(jìn)水口與4吋?jí)毫λ艿拈l閥搭接起來即可，無需另敷設(shè)管路。5MPa的壓力能夠給該循環(huán)系統(tǒng)提供足夠的動(dòng)力，也不需其它外力的幫助就可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的循環(huán)。

3）循環(huán)管路已具備

（1）系統(tǒng)的進(jìn)水管路借助于巷道中已敷設(shè)的4吋?jí)毫λ埽?/p>

（2）系統(tǒng)的排水管路借助于巷道中現(xiàn)有的2吋主排水管路。

巷道降溫系統(tǒng)的主要循環(huán)管路已形成，只要在巷道中選擇合適的地點(diǎn)安裝熱交換裝置，并分別用軟管把壓力水與裝置的進(jìn)水口連接，排水管與裝置的出水口連接即可。系統(tǒng)中壓力水一打開，回路暢通，水就會(huì)按既定的路線流動(dòng)起來，通過熱量交換巷道中大量的熱量就會(huì)帶出巷道，實(shí)現(xiàn)巷道降溫。

4）系統(tǒng)維護(hù)方便、投資少

該系統(tǒng)環(huán)節(jié)少，僅有一根進(jìn)水管，一根排水管，一組熱交換片及用于系統(tǒng)控制的閘閥和截止閥。其中只有熱交換片比較復(fù)雜，也只是由數(shù)根細(xì)的平行鋼管和緊貼其下的一層鋁合金組成。整個(gè)系統(tǒng)在維護(hù)上比較容易。在選材上只需考慮各鋼管的耐壓在5MPa以上，這點(diǎn)很容易做到，而且材料費(fèi)用低，整個(gè)工程投資較少。

3 熱交換裝置設(shè)計(jì)

3.1 熱交換裝置的組成

裝置由9個(gè)熱交換片組成，采用串、并聯(lián)的方法進(jìn)行連接，如下圖所示：

熱交換裝置圖

該裝置用多個(gè)熱交換片進(jìn)行混聯(lián)，主要作用是進(jìn)行充分的熱傳遞，使熱交換片出口溫度盡可能達(dá)到巷中空氣溫度而獲得冷水使用效率。

3.2 熱交換片的設(shè)計(jì)尺寸

1）熱交換片管路如下圖尺寸：進(jìn)水端與出口端管徑為?9.5，中部平行毛細(xì)水管要求管徑不大于?3；

2）熱交換片安裝靠近頂板并與頂板平板平行，鋁合金片按熱交換片尺寸設(shè)計(jì)，貼緊毛細(xì)管下方焊接。

4 結(jié)論

熱交換片簡圖

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，井巷制冷技術(shù)的出現(xiàn)使得煤礦機(jī)械開始向高效、節(jié)能、可靠、環(huán)保的方向發(fā)展。在井巷制冷技術(shù)的研究中，越來越多的節(jié)能新技術(shù)、新工藝正在被推廣應(yīng)用。我國的煤炭企業(yè)應(yīng)抓住“十二五”期間國家加強(qiáng)建設(shè)環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會(huì)的契機(jī)，加快轉(zhuǎn)變技術(shù)發(fā)展途徑與方式的重要著力點(diǎn)的方針政策，加大科技投入，使井巷制冷新技術(shù)在煤炭企業(yè)節(jié)能中發(fā)揮重要作用。目前，采掘工作面的高溫現(xiàn)象已成為嚴(yán)重制約煤礦安全生產(chǎn)的重大危險(xiǎn)源，解決這個(gè)問題是當(dāng)務(wù)之急，以上我們介紹了熱傳遞這一物理現(xiàn)象，應(yīng)用于巷道制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，尚未投入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，相信其在礦井安全生產(chǎn)上將有廣闊的應(yīng)用前景。

[1]聶闖.軟啟動(dòng)技術(shù)原理及應(yīng)用[J].紅水河，2007，26(2)：83-86.

[2]仇慧林.談變頻調(diào)速與煤礦節(jié)能[J].山西能源與節(jié)能，2002，22(3)：25-27.

[3]張玲.煤礦節(jié)能分析[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2010，13(7)：370-372.