矿井制冷降温技术

矿井制冷降温技术调研汇报人：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：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：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，与融冰池中的水混合后变成3℃～5℃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16℃～17℃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：矿井制冷降温技术现状第二部分：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，2007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30～34℃，回风温度达36～40℃，采煤工作面上隅角高达45℃，湿度始终在95%以上第二部分：丁集煤矿制冷降温系统在热害治理上，2007～2008年夏季，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：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：丁集煤矿制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：丁集煤矿制冷降温系统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：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：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：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：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：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2MW（美国约克）离心式电制冷机组，1套交换能力为17.3MW（德国西马格特宝）井下三腔冷媒分配设备。第二部分：丁集煤矿制冷降温系统瓦斯发电及余热利用系统：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：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。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：丁集煤矿制冷降温系统第二部分：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，情况有了明显的改善。第二部分：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：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，平均温度始终保持在30℃左右，湿度降到92%左右。第二部分：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：丁集煤矿制冷降温系统1412（1）高抽巷，2010年5月份，工作面温度达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：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，该井田划分两个水平，其中第二水平-900m，平均地温为43℃。第三部分：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：谢桥、新巨龙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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：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：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℃／100ｍ，其中非煤系地层平均地温梯度2.52℃／100ｍ，煤系地层平均地温梯度3.23℃／100ｍ。矿井主采３＃煤层，底板温度平均41.38℃，３＃煤层全部处于一级或二级高温区第三部分：谢桥、新巨龙煤矿制冷降温系统/新巨龙煤矿第三部分谢桥、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ＷＡＴ公司ＫＭ3000机组，单机制冷量可达3300ｋＷ，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５℃。制冷机组出水温度确定为３℃，另外，供水与回水的大温差对整个系统更有利，国外一般为１５℃，从设备运行安全性、稳定性及使用情况等方面考虑，采用３℃／１８℃的供回水温差。第三部分谢桥、新巨龙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３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。