《安全管理》之利用恒温水源进行矿井降温.doc

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1、利用恒温水源进行矿井降温　　1矿区概况　　淮南矿区地处安徽省北部，淮河中游两岸，东起郯芦断裂，西至阜阳市，东西走向180km，南抵八公山、舜耕山，北止明龙山、上窑一带，南北宽约30km，矿区总面积约3600km2。目前淮南矿区共有9对矿井，均为煤与瓦斯突出矿井，矿区核定年生产能力3000万t。地面年平均气温15.3℃、相对湿度74％、大气压力101.3kPa，恒温带距地表深度20～30m，恒温带温度16.8℃，夏季（6～8月）气温较高，7月份平均气温为30℃。　　2利用恒温水源进行矿井降温的可行性分析　　2.1空气和水的比热容　　当P为106.

2、67kPa，t＝30℃，φ＝95％，d＝0.0244kg/kg时，　　干空气比热容：1.0045kJ/(kg·K)　　水蒸气比热容：1.85kJ/(kg·K)　　湿空气的焓：i=1.0045t+0.001d(2501+1.85t)=30.136kJ/kg　　考虑井下降温的过程近似为等湿、减焓、降温过程，30℃的湿空气温度变化1℃，其焓的变化量：Δi=1.0785kJ/kg。　　水的比热容：4.19kJ/(kg·K)；　　20℃水的焓：83.8kJ/kg。　　30℃水的焓：125.7kJ/kg；　　20℃～30℃的水温度变化1℃，其焓的变化量为Δ

3、i=4.19kJ/kg。　　2.2恒温水降温效果分析　　在井下近似等压等湿的降温过程中，1kg的水温度每升高1℃，就可使1kg的湿空气温度降低3.895℃；m3的水温度每升高1℃，就可以使3237.5m3的湿空气温度降低1℃。　　2.3恒温水源降温能力分析　　淮南矿区恒温水源温度为16.8℃，考虑从地面往井下输送过程中的温升（视管道的绝热程度而定），假定井下降温时水源温度为20℃，降温后的回水温度为26℃；井下降温前的空气温度为32℃，降温后的空气温度为26℃。那么1m3的恒温水源水就可使3237.5m3的井下空气温度由32℃降低到26℃。　　

4、2.4矿井降温需水量分析　　根据淮南矿区的实际情况，年产300万t高瓦斯突出矿井，如二级热害矿井潘一、潘三矿，其矿井需风量应在20000m3/min以上。按有效风量利用率85％考虑，再除去井底峒室和一些不需要降温的采掘工作面的用风量，实际需要降温的风量可占到矿井风量的60％，即需要降温的风量为12000m3/min。那么，矿井降温所需恒温水量为：3.71m3/min，222.4m3/h。　　2.5恒温水源的可靠性分析　　由于恒温水水源温度常年变化甚微，因此恒温层水源可用于常年降温。此外恒温水水源丰富，淮南矿区煤系地层覆箅着145～564m的新生

5、界地层，流沙层特别厚，地下水位又为地表以下1～2m。20xx年7～9月份期间，潘三矿附近农民的机灌井，井水从井中自然流出地表，形成涌泉，可见地下水的充沛程度。　　2.6现场实验　　利用恒温水源进行矿井降温的可行性，一般生产矿井在停产检修期间，都具备实验条件，具体效果可进行现场实验。　　3恒温水源进行矿井降温的系统构成　　恒温水源进行矿井降温的系统原理图，详见图1。　　　　　　图1恒温水源进行矿井降温的系统原理图　　4恒温水源降温系统的运行　　4.1连通器原理　　恒温水源降温系统可采用连通器原理设置，即进水口和出水口均设置在地面，依靠进回水温差形

6、成的自然水压运行，当自然水压能形成需要水量的流速时，可考虑提高进水口高度，来提高压差，用以保证系统正常运行。若井下降温系统采用开式循环时，可在井底进行高低压转换。　　4.2经济流速　　矿井降温所需水量取决于管径和流速，流速取决于水和系统（管道）的总阻力。管径过大增加初期投资，流速过大则需要添加动力。一般管道经济流速区间为2～4m/s，要实现尽量不用或少用动力运行，恒温水源降温系统的经济流速应按4m/s进行设计。若需水量为4m3/min时，则管道内径d≥146mm.　　4.3管道总阻力　　管道阻力取决于管径、管道流速和管道流程，加上管道拐弯、阀门

7、控制等的局部阻力就是管道总阻力，也即系统阻力。试取管道内径为Φ152mm，管道总长度为10000m局部阻力为总阻力的20％进行计算：管道的总阻力为110608Pa。　　4.4自然水压　　自然水压的大小取决于进回水温差和实际降温地点的垂深。取进水温度为18℃，回水温度为30℃，降温点垂深为600m，进行模拟计算：　　h自=(998.2-995.7)×9.81×600＝14715Pa　　4.5水塔高度　　水塔高度取决于管道（系统）总阻力与自然水压的差值。　　h塔高＝（h总－h自）/9.81×998.2＝11.145m　　5恒温水源矿井降温系统的实施

8、　　5.1采煤工作面降温的实施　　（1）采用闭式循环时，采煤工作面降温采用套管换热，换热后的冷水，用来进行工作面进风巷巷顶及巷道两侧迈步喷淋降温，可考