矿井制冷降温技术

1、汇报人：李宁 目录 第一部分 矿井制冷降温技术现状 第二部分 丁集煤矿制冷降温系统 第三部分 谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系 统 第四部分 调研结论 第一部分：第一部分： 矿井制冷降温技术现状矿井制冷降温技术现状 1、常用井下降温方式（非人工制冷） 通风降温 预冷进风风流 隔绝热源 疏干热含水层 个体防护 2、人工制冷 井下集中制冷降温； 井下集中制冷降温是将集中制冷站直接建在井底，将制冷机组提 供的6冷冻水通过输冷管道送至各个工作面空冷器冷却空气， 冷冻水经空冷器热交换后温升至12回到制冷机组，制冷机组冷 凝热由冷却塔排放至回风巷，利用回风带走冷凝热。 地面集中制冷降温； 在副井井口附近地面建集

2、中制冷站，将制冷机组提供的冷冻水通 过输冷管道送至井底经过热交换器减压换热后回到地面制冷机组， 冷凝热由地面冷却塔直接排放到大气中，井底热交换器提供的 6二次冷冻水通过输冷管道送至各个工作面空冷器冷却空气， 冷冻水经空冷器热交换后温升至12回到换热器 第一部分：第一部分： 矿井制冷降温技术现状矿井制冷降温技术现状 地面制冰站降温 在副井井口附近设地面集中制冰站，在站内由螺杆制冷压 缩机组通过压缩制冷剂进行蒸发吸热释放冷量给制冰机，由立 式内刮圆柱状制冰机组制取-5的片冰，经过输冰螺旋输送机 将片冰送至井口，通过在井筒中敷设的输冰管路（管路入口安 装漏斗和闸门），送至井底融冰池，与融冰池中的水混

3、合后变 成35低温冷水。再由井底融冰硐室内供冷水泵沿输冷管 路将低温冷水送至采掘工作面。通过布置在采掘工作面的空冷 器和喷淋方式对进入采掘工作面的风流进行降温，空冷器 1617的回水经回水管回至井底融冰池内再次融冰，另一 部分用于工作面防尘和喷淋降温，不再回流。制冰机组的冷凝 热由地面冷却塔直接排放。 第一部分：第一部分： 矿井制冷降温技术现状矿井制冷降温技术现状 第二部分：第二部分： 丁集煤矿制冷降温系统丁集煤矿制冷降温系统 丁集煤矿简介 丁集煤矿隶属 于淮沪煤电有限公 司。井田地质储量 12.79亿吨 ，可采 储量6.4亿吨。矿井 设计生产能力500 万吨/年，矿井 服 务年限92年，20

4、07 年12月份建成投产。 丁集煤矿地质构造复杂，断层多，开采条件复杂，为典 型的“三高一深”矿井，即高瓦斯、高地压、高地温，深井开 采，还有冲击地压的倾向性，被淮矿集团公司列为开采难度 最大矿井之一。 丁集矿热害极为严重。根据地质勘探钻井测温结果表明， 现生产的-900m水平地温均在42，为二级热害区。每年的高 温季节，受地面高温影响，井下温度随地面大气参数昼夜呈 周期性变化，加剧了井下热害程度，采掘工作面进风温度达 3034，回风温度达3640，采煤工作面上隅角高达 45，湿度始终在95%以上 第二部分：第二部分： 丁集煤矿制冷降温系统丁集煤矿制冷降温系统 在热害治理上，20072008年

5、夏季，矿山采用 在采煤工作面堆放冰块降温、发放大量的冰冻饮用 水和防暑降温药品、发放劳保短裤、增加采煤工作 面风量、加强局部通风、采用大气降温机降温等各 种方式，但效果均不明显。 第二部分：第二部分： 丁集煤矿制冷降温系统丁集煤矿制冷降温系统 矿井降温系统主要包括地面 制冷系统和井下供冷系统，是热 电冷联供项目的子系统。为了保 证系统的安全性能，丁集煤矿经 多方调研比较，最终选择了德国 西马格特宝公司的井下降温系统。 地面制冷系统主要流程为： 冷媒回水蒸汽型溴化锂制冷机 离心式电制冷机冷媒水循环 泵冷媒供水。系统总制冷装机 容量为21MW。 第二部分：第二部分： 丁集煤矿制冷降温系统丁集煤矿制

6、冷降温系统 制冷机的供回水温 度18，由蒸汽型双效溴化锂 冷水机组加离心式冷水机组串 联的两级制冷装置实现。 第一级为蒸汽型双效溴化 锂机组，将冷媒水由18降至 5，选用3台冷功率5000kw的 蒸汽型双效溴化锂冷水机组； 第二级为离心式冷水机组， 将冷媒水由8降至2.5，选 用3台2000kw的离心式冷水机 组。由一台蒸汽型双效溴化锂 机组加一台离心式冷水机组组 成一个制冷单元，二个单元运 转，一个单元备用。 第二部分：第二部分： 丁集煤矿制冷降温系统丁集煤矿制冷降温系统 井下供冷系统井下供冷系统 井下供冷系统。 主要由高低压转换及 分配系统、井下末端 降温设备和管路组成。 其系统流程为：

7、地面冷媒水供水三 腔冷媒分配器（PES） 输冷供水管东西 部采区分配站空冷 器输冷回水管二 次循环水泵三腔冷 媒分配器地面冷媒 水回水。 第二部分：第二部分： 丁集煤矿制冷降温系统丁集煤矿制冷降温系统 井下降温末端设备主要由局部扇风机、空冷器、过滤 器、仪表阀门、配电及控制设备等组成。其中空冷器是实 现供冷系统对工作面风流进行降温除湿的关键设备，丁集 矿目前使用的是德国产冷功率为300KW和400KW的空冷器。 第二部分：第二部分： 丁集煤矿制冷降温系统丁集煤矿制冷降温系统 井下供冷管道的主干管经主井井筒引入-826m制冷峒室， 筒径直径为400mm。管道采用塑套钢预制输冷管，其内层为 无缝钢

8、管，中间层为聚氨酯保温层，外护层为高密度聚乙烯 管，具备抗阻燃、抗静电、保温性能强特点。 目前，丁集矿井下共有 15个头面进行生产作业，其 中包括2个采煤工作面，4个 煤巷掘进和9个岩巷掘进面。 按照2010年井下降温工作目 标，采用三种布置方式供冷， 共安装空冷器25个，实现了 高温采掘工作面全覆盖。 第二部分：第二部分： 丁集煤矿制冷降温系统丁集煤矿制冷降温系统 丁集煤矿热电冷联供项目由瓦斯发电及余热利 用、矿井集中降温两部分组成。项目从2006年12月 开始筹划，至2008年5月地面工程开工建设，至2009 年6月矿井集中降温系统建成并向井下供冷，2011年 3月首台高浓度瓦斯发电机组实

9、现并网发电运行。 主要设计参数：瓦斯发电先期总装机功率3.6MW， 每小时消耗100纯CH4瓦斯气量1200m3，可利用发 电机产生的余热产生饱和蒸汽3t/h；降温系统总制 冷装机容量为21MW。 第二部分：第二部分： 丁集煤矿制冷降温系统丁集煤矿制冷降温系统 主要设备配备： 2台单机功率1800KW（奥地利颜巴赫） 高浓瓦斯发电机组，3台单机制冷功率5MW（印度特迈斯）蒸 汽式溴化锂制冷机组，3台单机制冷功率2 MW（美国约克） 离心式电制冷机组，1套交换能力为17.3 MW（德国西马格特 宝）井下三腔冷媒分配设备。 第二部分：第二部分： 丁集煤矿制冷降温系统丁集煤矿制冷降温系统 瓦斯发电及

10、余热利用系统：丁集煤矿地面瓦斯抽采 泵站将抽出的高浓度煤层瓦斯气输送到热电冷联供项目 10000M3储气罐内，再由储气罐将定压的瓦斯气输送至其预 处理系统，经过过滤脱水增压后输送给高浓发电机组发电， 然后以发电机组排出高温烟气作为热源，经配套的余热锅炉 产生0.6Mpa饱和蒸汽夏季用于矿井集中降温的蒸汽式溴化锂 制冷机组动力，冬季用于矿区地面采暖。 瓦斯发电站所发的电其中一部分用于集中降温所需 的电力消耗，多余的部分直接输送到矿井10kV电网上，满足 矿井部分电力需求。 第二部分：第二部分： 丁集煤矿制冷降温系统丁集煤矿制冷降温系统 热电联供系统示意图 大规模井下集中降温系 统目前国内尚不多见

11、。丁 集矿的井下降温系统包括： 集控指挥系统，井下制冷 单元、高低压转换等各子 系统自动运行、闭式循环， 实现了大系统集中控制， 子系统自动运行。 第二部分：第二部分： 丁集煤矿制冷降温系统丁集煤矿制冷降温系统 第二部分：第二部分： 丁集煤矿制冷降温系统丁集煤矿制冷降温系统 应用效果实例： 西一采区1262（1）工作面为 丁集矿首采工作面，该面走 向长1853米，倾向长253米， 温度在40以上，加之机电 设备及落煤产生的热量，实 际温度达41以上，湿度达 100%，是典型的高温热害工 作面。2008年高温季节，工 作面给人的感觉就是一个大 火炉，上隅角温度达45以 上。安装井下降温系统后，

12、情况有了明显的改善。 第二部分：第二部分： 丁集煤矿制冷降温系统丁集煤矿制冷降温系统 西二采区1422（1）采煤工作面，走向长1734米，倾向长 240米，热害危害程度与首采面1262（1）相同。2009年，在 该面安装了6台（2400KW）空冷器供冷降温，温度降低了3 5，湿度降为91%，作业环境得到了极大的改善。2009年的 高温季度，该面共生产煤炭81 万吨，平均日产9000吨以上。 第二部分：第二部分： 丁集煤矿制冷降温系统丁集煤矿制冷降温系统 1141（3）综采工作面，平均地温40，降温前工作面预 测温度37以上，湿度达95%100%。该工作面采用进风流 阶梯式集中方式降温后，平均温

13、度始终保持在30左右，湿 度降到92%左右。 第二部分：第二部分： 丁集煤矿制冷降温系统丁集煤矿制冷降温系统 1412（1）底抽巷，设计长度2446米，由一路局扇供 风，供风距离长，巷道内有6部皮带、1部岩巷综掘机和2台 变压器，机械电气设备散热量大。2009年6月份，该工作面 温度高达37左右，湿度达100。2009年7月对该巷道实施 降温后，迎头温度保持在30左右，湿度降到86左右，作 业环境得到明显改善。2009年7月份， 1412（1）底抽巷取 得了月进尺203米的好成绩。 第二部分：第二部分： 丁集煤矿制冷降温系统丁集煤矿制冷降温系统 1412（1）高抽巷，2010年5月份，工作面温

14、度达34以 上，湿度达92以上。采用掘进工作面串接直供式降温后， 体感温度为27左右，湿度降到66左右。 西二13-1回风大巷，2010年5月份，工作面温度达33以 上，湿度达96以上。7月份，采用掘进工作面串接直供式 降温后，掘进工作面温度降到25左右，湿度降到83左右。 第二部分：第二部分： 丁集煤矿制冷降温系统丁集煤矿制冷降温系统 谢桥煤矿简介： 谢桥煤矿位于安徽省颍 上县东北部，距颍上县城 约20公里，对原有矿井系 统实施改扩建，目前矿井 生产能力达1000万吨/年。 矿井采用主井、集中运输 大巷，分石门和上下山开 拓方式，共划分为四个采 区，即东一、东二、西一 、西二，该井田划分两个

15、 水平，其中第二水平-900m ，平均地温为43。 第三部分：第三部分： 谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统 地面制冷系统 地面制冷系统主要流程为：冷媒回水蒸汽型溴化锂制 冷机离心式电制冷机冷媒水循环泵冷媒供水。系统 总制冷装机容量为10994.5KW。制冷机的供回水温度18 ，由蒸汽型溴化锂冷水机组加离心式冷水机组串联的两级 制冷装置实现。第一级为蒸汽型溴化锂机组，将冷媒水由 18降至5，第二级为离心式冷水机组，将冷媒水由8 降至2.5。由一台蒸汽型溴化锂机组加一台离心式冷水 机组组成一个制冷单元。备用一台1805.5KW离心式冷水机 组。 第三部分：第三部分： 谢桥、

16、新巨龙煤矿制冷降温系统谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统 第三部分：第三部分： 谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统 井下高低压热交换系统 井下高低压热交换系统主要由高低压换热器（间 接交换）及分配系统、空冷器和管路组成。其系统流程 为：井下循环水（21）高低压换热器（WAT）输冷 供水管（水温6）东西部采区分配站空冷器输冷 回水管（水温21）二次循环水泵(变频)高低压换 热器（WAT）。 第三部分：第三部分： 谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统 蒸汽式溴化锂制冷机组 离心式电制冷机组 井下高低压换热器 空冷器 第三部分：第三部分： 谢桥、新巨龙煤矿制冷降温

17、系统谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统 应用效果 皮带顺槽空冷器进口空气温度33.8，湿度53.5%；出口 空气参数20.9，湿度73.1%。 皮带顺槽空冷器进口空气温度32.4，湿度67.1%；出口 空气参数19.3，湿度85.2%。 龙固煤矿简介： 龙固煤矿位于鲁西南 巨野煤田的中南部，设计生 产能力6.00M/a，2013年生 产原煤超1000万吨，主要开 采水平为-810m，局部开采 深度超过1000m，具有高地 热特征。根据矿井地质资料 ，平均地温梯度2.88 100，其中非煤系地层平 均地温梯度2.52100 ，煤系地层平均地温梯度 3.23100。矿井主采 煤层，底板温度平均 41.3

18、8，煤层全部处 于一级或二级高温区 第三部分：第三部分： 谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统/ /新巨龙煤矿新巨龙煤矿 第三部分第三部分 谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统 制冷系统组成 （1）井下制冷机组 井下制冷机组采用德国公司3000机组， 单机制冷量可达3300，目前安装九台机组（一期三 台、二期六台）。根据煤矿井下热害防治设计规范 的要求，当采用井下集中式制冷降温方式时，制冷机出 水温度不应高于。制冷机组出水温度确定为， 另外，供水与回水的大温差对整个系统更有利，国外一 般为，从设备运行安全性、稳定性及使用情况等 方面考虑，采用的供回水温差

19、。 第三部分第三部分 谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统 第三部分第三部分 谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统 德国WAT公司KM3000制冷机组 制冷系统组成 （2）冷却水系统 结合地面冷却机房的布置 ，选用两台方形横流塔作为冷 却塔。与井下制冷机组相配套 ，选用台冷却水循环泵。由 于冷却塔存在蒸发损失、风吹 损失及排污损失，且补水要求 为软化水，需计算出需补水量 并安装配套补水设备。在地面 打钻孔，下两趟冷却水管，与 井下制冷系统相连接，实现冷 却，并在地面排放冷凝热。 第三部分第三部分 谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统

20、地面冷却机房 （3）散冷系统 输冷管采用无缝钢管，输冷管的隔热保冷结构采用塑套 钢预制成型保温管，其内工作管为无缝钢管，中间层为聚氨 酯发泡保温层，外护管为双抗高密度聚乙烯管。将冷水输送 到采掘工作面后，采用空气冷却器散冷方式对采掘工作面进 行散冷降温。龙固煤矿采用了德国先进的型 空冷器，确保了空冷器的散冷效率。 第三部分第三部分 谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统 第三部分第三部分 谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统 RWK-450型空冷器（德国） 制冷余热利用系统 井下集中制冷系统充分考 虑了能源的有效利用，在冷 却水循环系统中，建立了制 冷余热

21、利用系统，将从井下 带回地面的热水，充分利用 其有效热能，用于员工冬季 供暖及生活热水等，热量得 到有效利用后，经处理再返 回冷却塔进行冷却，这样就 节省了部分能源，起到了节 能的效果。制冷余热利用系 统如下图所示。 第三部分第三部分 谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统 制冷余热利用系统 应用效果 1、地面埋管式井下集中制冷降温系统可以自由选择钻孔位 置，处于冷负荷中心，大大减少冷冻水在输送过程中冷量损 失，井下制冷机组的能效比（5）较高，大大节省了系 统运行成本。 2、由于冷损最小，末端空冷器设备供水温度低，降温效果 好，同时还可以节约运行成本。 第三部分：第三部分： 谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统 3、建立了制冷余热利用系统，在解决了制冷的同时，又为 地面提高了热源，起到了互补的作用。余热用于员工冬季供 暖及生活热水，节省了一大笔费用，同时，由于利用了一部 分热量，在一定程度上就减少了冷却塔的负荷，降低了冷却 塔的部分费用。余热系统将冷却水循环利用，同时又有简单 的水处理系统，可以有效节约水资源，提高了资源的利用率 。 4、该降温系统使矿井主要作业地点温度平均降低了， 为井下创造了良好的作