摘要：我国是以煤炭做为主要能源的国家，煤炭产业是我国的主要支柱产业。, 煤矿随着开采深度的不断增加, 矿井的温度越来越高。高温问题已经严重影响到了煤矿一线工人的安全, 因高温引发的事故比例也在升高。现在比较常见的制冷技术是空调制冷技术, 论文主要论述了地面集中式降温系统的原理, 每一种技术都有一定的局限性。因此我们提出了一种联合制冷方式来解决这种问题。
关键词： 煤矿 ；联合制冷技术；应用
1.问题的提出
我们都知道煤炭资源在我国能源结构中占重要比例。由于煤炭资源不断被消耗, 开采深度不断增加, 我国现在的平均开采深度已经高达800m左右, 有很多的矿井开采深度甚至已经达到1200m以上。但是随之而来的问题也日益增多, 高瓦斯浓度, 高温度, 高应力等诸多问题。这些问题严重影响了开采的进行以及矿工的安全, 如何保证矿工在一个安全的环境中进行开采是一个必须解决的问题。目前，有许多的降温技术, 比如人工降温, 空调降温。但是他们都存在着很多的问题, 因此我们提出了一种联合制冷的降温方法。
导致矿井高温的原因很复杂, 其中最重要的是以下几个原因导致的:
(1) 井下机电设备工作时会释放出大量的热量;
(2) 地表的高温气流会通过矿井通风系统输送到工作面;
(3) 越往下开采, 地壳岩层温度就会越高;
(4) 工作面的煤炭会氧化, 释放出很多的热量。
煤矿高温的危害主要是降低劳动者的劳动效率, 致使劳动者意志恍惚, 从而造成煤矿人为事故。众所周知, 人处于高温环境中会感觉不适, 易烦躁。在高温环境中工作易发生中暑现象, 严重威胁煤矿工人的安全。随着煤矿工人劳动效率的下降, 致使煤矿的掘进工作放慢, 造成接替紊乱, 不能有效地保证煤矿的安全、高效开釆, 给煤矿企业带来严重的经济损失。
2.常见制冷的方式和制冷原理
由于人工制冷技术的局限性, 我国主要使用的是空调制冷的技术。空调制冷技术分为好多种, 最主要的有压缩式制冷技术, 人工制冰技术, 热制冷技术等。
矿井制冷是由三个循环系统级联而成的一个很复杂的系统。
(1) 制冷剂循环系统:制冷剂通过制冷剂的循环方式来制取冷量。
(2) 载冷剂循环系统:因为制冷站的位置不同, 所以会形成不同的载冷剂循环系统。
(3) 冷却水循环系统:冷却水循环系统是由冷却塔和冷却水管道组成的。
矿井制冷系统就是通过这三个循环系统同时作用，来制取冷量降低温度的。
这里主要介绍一下地面集中式降温系统。这种系统通常把制冷站, 冷凝散热设备设置在地面， 而把高低压换热器设置在井下, 可以将高压冷冻水变成二次冷冻水[1]。
这种系统的优点是:建设成本低, 设备便于维护, 采用集中制冷、换冷的方式，系统效率较高。缺点是:经济型差, 安全性差。而且在冬季大风地区使用效果也不好。
3 联合制冷降温技术
单独的制冷方式都有一定的缺点, 因此我们提出了联合制冷技术来解决矿井高温的方法。
3.1 进风口处制冷
由于夏季气温过高, 影响导致进风口气温过高。基于此种情况, 我们可以选择在进风口进行制冷处理。可以使用脉外低温巷道降低入风温度、对进风风流采用冷水逆流喷淋降温等技术处理。比如可以向煤矿的进风井中进行低温水逆流喷淋。当进风量为12m/s, 温度为26℃, 喷水量为40t/h时, 这时候温度可以降低2.2~2.6℃。如果是采用冰块与27℃水混合的冷却水在工作面进行风筒喷雾, 这时候能够使工作面的入风温度平均下降5.5~6.5℃, 相对湿度由原来的40%增加到50%, 耗水量约0.24L/min。这种技术降低了夏季的入风气温, 效果很好。
3.2 机电设备降温制冷
(1) 可以减少步进电机的发热。减少电机发热的本质就是减少铜损和铁损。
(2) 如果是已经选好的电机, 那么就应当充分利用电机驱动器的自动半流的控制功能和脱机功能。自动半流的控制功能在电机处于不工作的状态自动减少电流, 脱机功能直接将电流切断。
(3) 应当选择合适的驱动电机电压等级, 兼顾高带性、平稳性和发热、噪音等指标。
(4) 细分数越高的步进电机驱动器能够使得电流波形接近正弦波, 使谐波大大减少, 这样就可以使电机发热减少。
3.3 局部制冷
可以采用将低温风流直接压入工作面的技术, 通过采用隔热风筒可以有效地改变工作面作业条件。采取这种技术可以大大降低工作面温度, 同时又可保证作业点有比较固定的风速, 从而使作业人员有满意的舒适感[2]。向高温工作面采用水力引射器、压气引射器、涡流管等技术方法在一定程度上也改变了工人舒适感。
3.4 热量回收
地下的热量可以作为类似地热能一样的能量加以回收利用。每当夏季炎热高温的时候, 矿井的温度可达30℃以上, 部分矿井甚至可达40℃以上, 这样温度的气体被抽到地表进行换热，提取热量后加以利用, 不仅可以解决矿井高温的问题, 20~50℃的水还可以用来沐浴, 水产养殖, 饲养牲畜, 土壤加温, 脱水加工等。
4 发展前景
随着我国社会经济的快速发展, 对煤炭需求量会进一步上升, 所以煤炭开采的深度会越来越深, 这样矿井高温的问题就会十分普遍。目前, 我国已经有超过数十对矿井开采深度超过900m, 高地温问题越来越成为影响煤矿企业安全、高效生产的主要问题之一[3]。矿井制冷与矿井热量的回收利用技术在煤矿有着广阔的应用前景, 要实现矿井制冷有质的飞跃, 还需要进行更加深入的研究。
参考文献
[1]李莉, 张人伟, 王亮, 等.矿井热害分析及其防治[J].煤矿现代化, 20016 (2) :34-35, 79.
[2]陈安国.矿井热害产生的原因、危害及防治措施[J].中国安全科学学报, 2018(8) :6-9.
[3]苏明军.矿井热害与防治措施[J].煤矿机电, 2017 (5) :78-80.
制冷技术：作者：杨崇吉、高慎彪；单位：山东新雪矿井降温科技有限公司；地址：山东省新泰市；联系电话：0538-6322819。