局部降温技术在潘三煤矿的应用与研究
吴丽丽1，罗新荣1，李勤2**
作者简介：吴丽丽，（1986-），女，在读研究生，主要研究方向，矿井热害防治
通信联系人：罗新荣，（1957-），男，教授，主要研究方向，瓦斯及热害治理. E-mail: wllanquan@163.com
（1. 中国矿业大学安全学院，江苏 徐州 221008；
5 2. 辽宁工程技术大学资源与环境学院，辽宁 阜新 123000）
摘要：介绍了矿井热害产生的原因，分析了热害对人体的危害，对劳动效益及安全的影响，
并结合潘三煤矿14102（1）采煤工作面的热害现状及其成因，选择合理的局部降温系统，
阐述其工作原理及布置状况，并对其运用效果进行考察。结果表明，该系统能缓解采煤工作
面高温问题。
10 关键词：矿井；热害；采煤工作面；局部降温系统
中图分类号：TD727
 0 引言
随着矿井开采深度的不断增加和矿井机械化程度的不断提高，矿井热害已经成为制约煤
矿安全开采的重大问题之一。目前矿井气候环境改善措施主要分为非人工制冷降温技术、人
30 工制冷降温技术（空调降温技术）两大类。对于热害不严重或者采掘深度比较浅的矿井，非
人工制冷降温技术取得了不错的效果，然而随着开采深度的增加，热害问题日益严重，非人
工制冷不能满足矿井降温要求，必须采用人工制冷降温技术[1]。我国的矿井降温工作始于20
世纪50 年代初，由于当时全国矿井热害问题并不突出，因此矿井热害研究并没有引起足够
重视，直到70 年代，我国在矿山地热方面研究还基本是空白，到80 年代国内研究人员发表
35 了较多的文章，进行研发矿井空调，20 世纪70 年代，在淮南九龙岗矿设计了第一个矿井局
部降温系统，这些研究成果均不同程度的丰富和发展了我国矿井降温的科学体系。
1 工作面概况
潘集第三煤矿是一座设计年产原煤300 万吨的特大型现代化矿井，矿井位于淮南市西北
部，14102（1）采煤工作面为西二采区11-2 煤层综采工作面，工作面标高-820m～-840m。
40 该面走向长1500m，倾向长度为200m。工作面内煤层角度2～60°，平均为40°，工作面
平均采厚为1.94m。夏季工作面进风温度32～34℃，工作面温度34～37℃，在井下无降温
 的情况下，在进风巷道内逐渐从起点至末端温度升高到35.6℃。工作面中央温度大约为36.8
℃，工作面末端的温度会达到38℃、湿度95～100％。高温给矿工身体健康和矿井安全生产
造成极大危害，因此实施矿井降温迫在眉睫。
45 2 矿井热环境分析
矿井热源主要是由矿井地面大气热环境、井下地热环境以及矿井生产过程中引发的各种
热源组成[2]。
（1）地面大气环境。矿井进风的初始条件，是影响矿内热力状态的基本因素。根据淮
南气象站多年观测资料， 年平均气温为15.3℃， 相对湿度为74% ， 大气压力为101kPa。
50 6~ 7 月份天气较热， 平均气温为29. 5℃ ， 相对湿度为80%， 大气压力为97. 8kPa。潘
三矿6~7 月份天气较热，7 月份最热，平均气温为29.5℃，相对湿度为80%，大气压力为
97.8 kPa。受地面温度影响，矿井内6~9 月份风流温度较高，其中以7，8 月份最高；
（2）风流的自压缩热。14102（1）工作面位于-810 m 水平，根据14102（1）采面回采
时实测资料，该面风量2000m3/min 时，夏季最高进风温度为34℃、湿度83%，大气压力为
55 105.7 kPa，空气沿井巷向下流动，其位能转换为焓值，温度随压力升高而升高；
（3）地质地热环境。根据潘三矿井田地质报告分析，井田的地温梯度为3.75℃/100m，
恒温带标高±0，地温梯度3.42℃/100m（钻孔资料），岩温43℃进入二级热害范围；
（4）机电设备放热。14102（1）采煤工作面采用综合机械化采煤方法，机电设备运转
时放热，矿井的机械化程度非常高，装机容量很大，设备放热假设没有机械功损失，所消耗
60 的电能将全部转为热能，机械设备放热同时造成水分的蒸发使空气的湿度加大；
（5）其他热源。包括运输中的煤矸和氧化放热等。
据计算，潘一煤矿井下各种热源放热所占比率如表1 所示。
表1 潘三煤矿井下各种热源放热所占比率
65 Tab. 1 The percentage of all sources of heat in Pansan coal mine
热源 围岩放热 机电放热 压缩放热 运输放热 氧化放热 其它放热
比率% 38.72 23.83 20.15 7.83 6.85 2.62
由表1 可以看出：14102（1）工作面热源以围岩放热、机电设备放热以及风流压缩放热
为主。
3 矿井热害的影响
70 3.1 高温对人体的危害
在高温作业环境中，由于热害机体可能产出一系列生理功能的改变：①体温调节发生障
碍，主要表现为体温和皮温升高；②水盐代谢出现紊乱，使机体受到影响；③循环系统、消
化系统、泌尿系统、神经系统均会因高温高湿下机体大量失水，改变正常的功能，导致疾病
甚至死亡[3]。
75 3.2 高温环境对劳动效率及安全的影响
在高温环境中，人的中枢神经容易失调，从而感到精神恍惚、疲劳、周身无力、昏昏沉
沉、这种精神状态成为诱发事故的原因。下表为南非金矿井下温度与事故率的关系[4]。
 80 表2 井下温度与事故率的关系
Tab.2 the relation of the down well temperature and the uident rate
作业地点温度/℃ 27 29 31 32
工伤频数/（次/千人） 0 150 300 450
据原苏联的调查资料，井下作业环境的空气温度每超过标准（26℃），劳动生产率下降
6~8%，徐州三河尖矿每年5~8 月份，采掘工作面生产率一般下降20~23%，最高达40~45%。
85 4 局部降温系统
4.1 局部降温系统选择
14102（1）采煤工作面进风2000m3/h，为达到采煤工作面中央温度≤28℃的降温目标，
根据工作面量制冷量计算公式可得14102（1）工作面制冷功率不小于1200kw，通过对局部
降温系统的调查研究，集团决定选用德国生产DV400 型局部降温系统，每台制冷功率为400
90 kW，为达到制冷量选用三台系统，共计制冷功率为1200 kW。
4.2 局部降温系统原理
第一步：大气降温机的压缩机将制冷剂R22 压缩，使其由气态变为高压液态，压缩过
程产生大量的热能通过降温机的冷凝器吸收并被与冷凝器连接的冷却水带走；
第二步：液态R22 经过膨胀阀注入到蒸发器中迅速膨胀变为气态，膨胀过程吸收大量
95 热能使流经蒸发器内的大气温度迅速降低，从而实现对大气降温的目的；
第三步：气态R22 重新返回压缩机被压缩成液态，又从第一步开始循环。第一步中的
冷却水通过回冷机以及循环水泵和冷凝器形成一个闭环回路，冷却水在冷凝器吸收的热通过
回冷机释放然后再回到冷凝器吸热，往复循环[5]。工艺流程图如图1 所示：
100 图1 制冷工艺流程图
Fig. 1 Cooling Flow Chart
4.3 局部降温系统布置
潘三矿14102（1）工作面三台DV400 降温机分别布置在工作面100m、500m、800m 处，
105 实现分级降温，三台降温机使用一套冷却系统，冷却系统布置在采区回风道内，这个系统由
4 台RK450 回冷机和一个约7 立方米的蓄水箱构成，冷却水由称作回冷机泵站的冷却水循
 环泵组输送到各大气降温机的冷凝器，冷却水流量为150m3/h，冷却水水质要求无杂质、经
软化处理，输送冷却水的管道直径150mm，冷却系统需要风量2400 m3/h。14102（1）工作
面局部降温系统布置图见图2。
110
图2 14102（1）采煤工作面局部降温系统布置图
Fig. 2 The local air-cooling system layout in 14102(1) coal mine face
4.4 降温效果
115 4.4.1 降温机各部件考察
潘三矿14102（1）工作面制冷机工作环境温度32.5℃，冷却水温度38℃，出水温度48
℃，冷却水流量45m3/h，经热功校核计算冷却功率512KW，制冷功率校核为450～480KW。
回冷管路测试，3＃制冷机出水47℃，经1200 米管道后到回冷机温度为43℃，冷却水
流量45m3/h，2＃制冷机出水47℃，经900 米管道后到回冷机温度为43℃，冷却水流量45m3/h，
120 1#制冷机出水47℃，经200 米管道后到回冷机温度为43℃，冷却水流量45m3/h，沿途管路
散发热量为470KW。
回冷测试效果，冷却水进水温度43℃， 出水温度38℃，经热功校核计算排热功率
786KW。两台制冷机机组总冷却功率1447KW，沿途管路散发热量为262KW。
4.4.2 工作面降温效果
125 在没有安装工作面局部降温系统前，14102（1）工作面夏季的进风温度为32℃、湿度
75％、风量2000m3/h，在井下无降温的情况下，在进风巷道内逐渐从起点至末端温度升高
到35.6℃。工作面中央温度大约为36.8℃，工作面末端的温度会达到38℃、湿度95～100
％。
经过测试，潘三矿局部降温系统对工作面降温效果明显。7 月18 日进行降温测试，与
130 以往测试数据进行对比，干球温度最大降幅2.9℃，工作面中部温度下降2.1℃，湿度下降
10％，工作面中部感觉温度27.1℃下降3.4℃，取得明显降温效果[6]。
 5 结论
随着开采深度的增加，矿井热害问题将成为制约煤矿安全高效生产的瓶颈，为了改善矿
井气候条件必须采用人工制冷技术。潘三煤矿14102（1）工作面局部降温系统降低了工作
135 面的温度，改善了工作面工作条件，并且这套局部降温设备安装方便，运行稳定，维护工作
量少，挪移方便，对采煤工作面、掘进工作面的都具有很好的降温效果，为我国煤矿降温提
供可宝贵的经验。
[参考文献] (References)
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