国内外矿井降温技术的现状分析摘要：矿井降温技术时早就兴起的项目，但是降温技术也是在逐步完 善中的，本文介绍了各种矿井降温技术以及分析了优缺点，为技术人 员做一个参考关键词：降温制冷技术应用0引言防治矿井热害技术自20世纪20年代即已兴起，至今已有80余年的 历史；但是，迅速发展并广泛应用是在20世纪70年代以后我国开 展降温技术研究也近50年，目前国内外矿井降温技术，可分为非机械 制冷降温技术，机械制冷降温技术，机械制冰降温技术和空气压缩式 制冷技术1非机械制冷降温技术从矿井开拓部署到工作面生产的每个环节都可能 对矿井风流的温度产生或多或少的影响，归纳起来可分为如下几个方 面：①矿井开拓部 署和采区巷道布置；②采矿方法及顶板管理方式；③增加通风量前苏联乌克兰科学院院士谢尔班^，日本工学博士平松良雄和前西德埃森 矿山研究院的福斯教授提出的矿内风流温度预测模型，能够比较明显地 体现增加巷道通风量，巷道风温下降的趋势，从理论上证明了增加风 量具有降温作用大量的现场实验也说明增加风量具有较好的降温作 用，最经济的通风量为巷道长度的0.56 0.84倍兖矿集团东滩煤矿研 究表明原岩温度每增加1C,工作面气温约增加0.50.6 C”；当生产水平岩温为34.8 C时，风量在1000 1400m3/min降温 效果较为明显，当综采工作面的风量增加到1600m3/min后，可计算出 采煤工作面的风温仍在30 C左右”；再增加风量也不会使工作面风温 降到我国《煤矿安全规程》规定的26 C;2机械制冷降温技术从20世纪70年代，人工制冷降温技术开始迅速发展，使用越来越广 泛、越来越成熟。
德国、南非、印度、波兰、俄罗斯和澳大利亚等国家 多采用该项技术，该种降温技术已经成为矿井降温的主要手段包括： 蒸气压缩式循环制冷空调，主要是以氟里昂和氨为制冷剂的）令水机组， 主要是制取冷水;以热电站为热源的溴化锂制冷、串联压缩式制令机组或 氨吸收式制令机组制取冷水;第2类：空气制冷空调，又有涡轮式空气 制令、变容式空气制令、涡流管式空气制令和压气引射器制令等形式; 第3类：冰令却空调系统2.1机械制取冷水降温空调矿井机械制令降温空调系统由制令机、空令 器、冷媒管道、高低压换热器、水泵及冷却塔组成分为制令、排热、 输冷、散令四大系统组成，目前国外的绝大部分矿井空调属于此类机 械制取冷水空调（蒸气压缩式循环制令空调、热电站为热源的吸收式制 令机组）利用制令机制备的）令冻水作为供冷媒质，通过空令器）令却风 流，从而向采掘工作面供冷，这两种空调系统根据制令站的安装位 置、冷却矿内风流的地点、载冷剂的循环方式等，可分为井下集中空调 系统、地面集中空调系统、井上下联合空调系统和井下分散局部空调 系统四类矿井降温技术主要有：井下集中式、地面集中式、井下地面 联合集中式、分散式德国和我国实践表明：负荷小于2MW的矿井，以采用分散式最优；负荷大于2MW的矿井，才采用集中式； 集中式的3种型式，又以井上、下联合集中系统投资费用较高，地面 集中式和井下集中式系统基本相同。
井下集中式系统的致命弱点是冷凝 热排放困难；地面集中式和井上下联合集中式系统必须使用高低压转换 设备，此设备在冷冻水转换过程中会产生3 4 c的温度跃升2.1.1蒸气压缩式循环制冷空调矿井降温的技术装备主要有矿用制冷、 空调设备，矿用空气）令却器，矿用供）令管道的保）令技术以及矿用水冷却 装置等我国已建的空调系统的装备和材料如表 2.2 2.7所示①矿用制冷机：目前国内外使用的矿用制冷机主要有四类： 活塞式（往复式）、螺杆式（回转式）、离心式和吸收式往复式制冷量较 小，一般用作矿用移动式冷水机组，如LFJ-160矿用移动式冷风机组在大制冷量的情况下，多采用离心式、螺杆式制冷机组②矿用空冷 器：矿用空冷器主要分为两大类：表面式空冷器和直接接触式空冷器（也称喷淋式空冷器）表面式空冷器由于结构紧凑、体积小、不污染 井下工作环境、适应性强等优点而倍受青睐表面式空冷器为了提高 其换热效率，在肋管上增设翅片以增加换热面积这种翅片式空冷器 由于矿井井下条件恶劣、粉尘浓度高，使其很难发挥应有的效率因 此，德国等一些国家又改用传热效率低的光管式空冷器，以适应井下恶 劣环境；我国、南非等一些国家仍以翅片式空冷器为主，而致力于空冷 器清洗装置的研制。
③国内应用现状：新汶矿区的孙村煤矿、河南的 平顶山矿区、安徽的淮南矿区等地方也都使用的效果较好但是根据我 国目前矿井空调使用的整体情况来看，主要存在如下问题：&制冷系统 可靠性低、降温效果差，冷损高达45%以上，系统复杂，维护困难、投 入大、运营成本高；b矿用空冷器规格种类比较少，未形成系列产品 肋片冲压成型和胀管机械设备与技术水平还不高；空冷器的制造材料质 量还不能完全过关；传热系数和换热效率比较低，防尘和清洗问题也一 直没有彻底解决其配套装置包括安全保护和自控装置的研制和开发几 乎一片空白c井下高温、高湿、高尘、受限空间的四大特点，对制冷 系统的制冷剂循环、冷却水循环、冷冻水循环等的影响，认识不充分； d井下系统的冷凝热排放问题和地面系统高低压转换的温度跃升问题一 直没有很好的解决；e冷冻水循环水量大调节困难问题、管道的冷损较 大；f没有形成系统性的产品，缺乏实用性2.1.2热电站为热源的吸收式冷水机组矿井降温冷源与煤矿热电站联 产采用大电网电力即外购电制）令的矿井空调系统，不仅本身电耗 大，费用高，且加重矿区电力紧张、电费昂贵的局面，由此引起的煤炭 成本升高将导致煤矿经济效益下降。
热电站，除满足煤矿所需的热电 能量外，可以配置以热电站为热源的吸收式制令机，生产高温矿井和 地面建筑所需的令量，将大大提高煤矿的经济效益，且能改善矿区环 境用吸收式冷水机组制取冷水进行降温在日本（池岛矿）、德国等有 应用2.2空气压缩式制令技术1973年煤科院抚顺分院研制了 YP-100型矿 用环缝式压力引射器、涡流管制令器；1993年平顶山矿务局和原中国 航空工业总公司609研究所联合研制了 KKL101型矿用无氟空 气制令机；该机组在平煤五矿进行了应用1989年南非一金矿建成了 压缩空气制令系统2.3冰冷却空调系统冰冷却降温系统与水冷却降温系统不同之处：①冰 冷却降温系统主要是利用冰的融化潜热降温，获得相同冷量所需的冰量 仅为水冷系统水量的1/4 1/5 ;②冰冷却系统是通过冰与水直接接触换 热，换热效率高，可获得1C左右的低温冷水，送入空冷器的水量相应减 少，减少了水泵的输送能耗南非某矿山研究机构的试验研究表明， 井下热负荷为25MW的矿井降温系统，采用冰冷却降温系统，水泵的输 送能耗仅为水冷系统的21%左右③冰冷却降温系统由制冰、输冰和融 冰3个环节组成冰的融化也是冰冷却系统中一个非常重要的环节， 它关系到能否获得稳定的低温水和稳定的水流量。
南非SheerTJ等人通 过融冰试验，提出了融冰槽的结构型式；美国Stewart等人应用有限差 分法对定量冰的融化特性进行了静态研究；一般认为连续输冰条件下， 当进水温度不变时融冰槽的出水温度与冰 层高度、冰粒大小、水流量等 因素的关系，发现其中冰层高度、冰粒直径是影响出水温度的主要因 素，并得出：当冰层高度在1000mm时，出水温度可接近0C国外应用：南非Harmony金矿在1986年第一个采用冰冷却系统进行矿 井降温。