压缩空气降温技术在煤矿掘进工作面的应用

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1、2012年12月矿业安全与环保第39卷第6期压缩空气降温技术在煤矿掘进工作面的应用李春，胡春胜(1．中煤集团大屯煤电公司，江苏沛县221611；2．武汉星田热环境控制技术有限公司，湖北武汉430223)摘要：结合煤矿热害特点和具体环境条件，首次提出采用压缩空气作为工质的制冷原理、设备研制、工业应用等一系列技术及理论，通过在中煤总公司姚桥煤矿掘进工作面的应用，实践证明其投资省、见效快、降温效果好。关键词：掘进工作面；局部降温；压缩空气制冷；热害治理中图分类号：TD727．5文献标志码：C文章编号：1008—4495(2012)06-0070-03目前，国内外矿井局部降温多采用

2、移动空调模质，通过透平膨胀机等熵膨胀降温，达到降温除湿的式]，其设备主要有德国产DV系列(含改进型目的。ZJL系列)、波兰产TS系列，此类设备安全性好、制1．2设备研制冷量大(大于300kW)、体积大，井下移动困难，需建压缩空气制冷设备由涡轮膨胀机、水冷却器、阀专门硐室；水质要求高，耗水量大，投资大；主机安装门、压力表等组成，其原理是：涡轮制冷机是用来产水平度要求较高等。生冷能的高速旋转叶片机，MW310采用正升压流为解决上述问题，并针对中煤集团所属高温矿程；高温高压空气进入压气机，经过升压后，通过井热害日益严重的趋势，在中煤总公司的支持下，联MS947水冷却器后进入涡轮壳

3、体，经喷嘴环、涡轮叶合开发了一种新型压缩空气制冷技术与设备。轮后排出；空气经过喷嘴环和涡轮叶轮后，气体膨胀并对外做功(膨胀功被同轴压气机吸收)。绝热膨胀1压缩空气制冷设备后的空气温度通常可降至一30℃左右，其工作原理1．1工作原理见图1。利用经过干燥处理后的压缩空气作为膨胀工冷却水入口]图1HKL一01型矿用空气制冷机原理图MW310涡轮是一种高速旋转机械，主要包括涡外，为了定期清洗水冷却器中的水垢及杂物，循环水轮壳体、叶轮，压气机壳体、叶轮，轴、轴承、轴承壳体增设了反向冲洗装置。等。MS947水冷却器采用了特殊设计的铝制板翅式结合煤矿实际条件，所研制的设备需满足表1结构形

4、式，具有传热效率高、结构紧凑的特点。另的技术指标要求。2工业应用工艺收稿日期：2012-04—16；2012-07—23修订作者简介：李春(1974一)，男，工程师，长期从事煤矿设2．1系统流程备联合研究、采购及跟踪服务工作。该系统流程见图2、流程参数见表2。·70·2012年12月矿业安全与环保第39卷第6期表1HKL一01型空气制冷机技术指标要求3)空气干燥：压缩空气进入空气制冷机前需经参数数值过干燥处理，以防止空气中水分在低温时结冰析出，供气压力／MPa0．18～0．22影响制冷机正常工作。经过吸附式空气干燥机处理气源露点／℃-30后气体的露点应控制在一40℃以下。气

5、源杂质颗粒／m≤1004)压风输送：采用100—150mm聚乙烯涂层耗气量／(m。／min)l3～2O钢管或镀锌钢管。供水压力／MPa≤O．155)空气制冷：进人空气制冷机的压缩空气温度耗水量／(m／h)1．0～1．5控制在30℃左右，露点在一30℃以下。供水pH值6．5～8．06)冷风输送：采用100mm保温钢管，通过冷供水杂质颗粒／mm≤O．5热风混合器送至工作面。Ca，Mg离子含量／(mg／L)≤2007)掘进工作面风量：根据计算及分析，截面积为16m掘进工作面，风筒出口风量控制在300m以下环境噪声／dB≤75时，40m压缩空气可使迎头在80m范围内，降温幅mm90

6、2度达4—6℃。外形尺寸W／mm5252．3掘进工作面降温模式比较H／mm927掘进工作面降温模式比较情况见表3。制冷量／kW≥23表3降温模式比较项目名称井下移动空调装置(系列)压缩空气制冷装置可靠性冷凝器易结垢、蒸发器易堵移动性差降温用冷单一冷却水量／(m／h)32～36电动机功率／kw90制冷量／kW300能效比3．33设备费用／万元380年运行费用／万元105空气压缩机冷却器油水分离器干燥机费用现值／万元867图2系统流程示意图好好姗：2m表2系统流程参数由表3可知，尽管压缩空气制冷装置的能效比值比井下移动空调装置低，但压缩空气制冷的综合成本和投资明显低于移动空调机

7、，因此采用压缩空气制冷具有明显的技术经济优势。3在姚桥矿的应用3．1基本情况姚桥矿矿井进入一850m开拓后，热害开始显现，西六回风上山迎头检测温度达31℃，空气湿度趋于饱和，已严重影响安全生产，根据《煤矿安全规程》要求，必须采取降温措施。2．2流程要求西六回风上山位于西九采区的西面，东以21、1)系统排热：空压机、空气冷却器、空气制冷机Y21钻孔连线为界。巷道开口位置在一850m水平，等设备的冷凝热均通过水或风流排放。巷道坡度21。40，掘进断面面积16．52m，净断面面2)空气冷却：井下移动空压机排气温度一般达积