1、本科毕业设计论文安全工程采矿工程煤矿井降温方案刘店矿井降温方案刘店矿井降温方案2012年12月25日目 录一、 矿井概况1二、 矿井需冷量计算3三、 矿井制冷降温系统6四、 主要设备明细及投资表12五、 其他投资13六、 制冷系统运行费用13七、 防尘水水冷、冰冷与局部降温降温系统比较14八、 两种降温方案对比一、矿井概况一、位置与交通刘店井田位于安徽省涡阳县境内，西南距涡阳县城约15km，行政区划隶属马店镇、龙山镇和新兴乡管辖。井田的勘查范围由以下11个拐点圈定，面积为110.15km2。濉阜铁路从井田外东侧经过；井田周围尚有以涡阳县城为中心的公路网直达淮北、永城、亳州、阜阳、蒙城和宿州等地
2、。交通十分方便。二、地形与河流本井田地处淮北平原西南部，地形平坦，地面标高介于+30.16+31.47m之间，总体趋势为北高南低。井田内主要河流为涡新河，其支流胜利河、岭孜河、大寨沟、五道沟、白洋沟、洪沟和青龙河等均流入涡新河。上述沟、河流量均受大气降水的影响而随季节性变化。三、气候与气象本井田所在地属大陆与海洋过渡性气候，四季分明，冬冷夏热。该地区每年夏季多东南风，冬季多西北风，最大风速14.0m/s；年均气温14.0左右，最高气温40.0，最低气温-17. 2；年均降雨800mm左右，且雨量在每年的7、8月份最高；全年无霜期在212天左右。四、地震基本烈度根据建筑抗震设计规范（GB5001
3、1-2001）的有关规定，本井田所在地的抗震设防烈度为7度。五、煤系与煤层井田内二叠系含煤层段总厚877m，煤层总厚30.30m，含煤系数为3.45%。其中山西组含煤三组，14层，煤层累厚0.2414.64m， 9煤和11煤不发育，不可采，仅10煤层可采，其厚度介于07.29m之间，平均2.23m，系主要可采煤层；下石盒子组含煤五组，17层，煤层累厚0.3415.66m， 4煤、5煤和6煤极不稳定，不可采，8煤零星可采，仅7煤层可采，其厚度为07.37m，平均1.94m，但受岩浆侵入影响，7煤层多质变为天然焦。本井田的可采煤层为大部可采的中厚煤层，煤层的结构简单较简单，煤层的稳定性属较稳定型。
4、六、矿井涌水量安徽省涡阳县刘店煤矿勘探地质报告采用比拟法预计的一水平（-650m）矿井正常涌水量和最大涌水量分别为450m3/h 和610m3/h；采用地下水动力学法预计的一水平（-650m）太灰岩溶裂隙含水组的可能突水量为109m3/h。考虑到在建设和生产过程中可能受井筒淋水、井下洒水和防火灌浆等因素的影响，矿井的正常排水量和最大排水量分别取500m3/h 和660m3/h。七、煤尘爆炸与煤的自燃本井田可采煤层均有煤尘爆炸危险。本井田10煤层为不自燃不易自燃煤层，7煤层为不易自燃煤层。八、地温本井田所在地的恒温带深度为自地表向下垂深25m，相应的温度为17.2。本井田地温梯度为2.35/hm
5、，属正常地温区。预计本井田在510m以下开始进入一级高温区。九、通风方式本矿井为高瓦斯矿井，前期采用中央并列式通风方式，主、副井进风，中央回风井回风。后期增开西风井，通风方式为混合式通风方式。选用FBCDZ-No32/2*800型轴流式风机2台，1用1备。二、矿井需冷量计算采掘面降温标准目前矿井降温标准有：1、矿山安全条例第53条规定“井下采掘作业地点的空气温度不得超过28”。2、煤矿安全规定第102条规定“生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26，机电设备峒室的空气温度不得超过30,采掘工作面的空气温度超过30、机电设备峒室的空气温度超过34时，必须停止作业”。3、矿山井巷工程施工及验收规范（
6、GBJ213-90）第10.2.1条规定“井巷工程施工时，工作面的相对湿度为90%时，空气温度不得越过28，超过时采取以下措施三部降温标准有26、28、30三种不同要求。结合刘店矿目前及下步深水平高温发展状况，本设计按矿山安全条例规定，井下回采工作面上隅角由35降至28，掘进工作面由31降至28的标准进行计算需冷量。供冷范围：按矿方要求，本次降温工程共设计矿井二个综采工作面、四个掘进工作面。矿井需冷量计算1.回采工作面需冷量的计算根据矿提供的工作面热工计算参数及实测温度，风量按766回采工作面1176 m3/min，气温35，相对湿度96%，大气压力按99.98kPa，计算回采工作面的需冷量为
7、639kW。计算采煤工作面制冷前的空气状态参数空气的含湿量d1=0.622*Ps1/(P-Ps1)= 0.0338 kg/kg干空气其中： d1含湿量 相对湿度Ps134度时饱和水蒸汽压力P大气压力湿空气的焓i1=1.005t1+1.85t1d1+2501d1=121.86 KJ/kg干空气其中： i1湿空气的焓t1空气温度湿空气的密度1=0.003484/T1*( P -0.378*Ps)= 1.1092kg/m3其中：1 密度T1 热力学温度，T1=273+35=308K湿空气的质量流量M=Q*1 =21.74kg/s干空气的质量流量Md=M/(1+d1) =21.03kg/s计算制冷后空
8、气状态参数饱和湿空气的含湿量d2=0.622*Ps2/(P-Ps2)= 0.02438kg/kg干空气其中：Ps2 -28度时饱和水蒸汽压力含水雾空气的焓i1=1.005t2+1.85t2d2+4.19（d1-d2）t2+2501d2=91.481kJ/kg干空气制冷前后空气的焓差i1=i1 -i2=121.86-91.48=30.38kJ/kg干空气采煤工作面的需冷量Q1=G*（i1 -i2）=639KW2.掘进工作面冷量计算按照1017掘进工作面提供参数：风量800 m3/min，风温31，相对湿度96%，大气压99.98kPa，按同样方法计算掘进工作面需冷量为192kW。3.矿井总需冷量
9、Q=6392+1924=2046kW根据“煤炭工业矿井设计规范”要求设备备用系数取1.2，“矿井热害防治规范”要求矿井冷量损失系按矿井有效需冷量的1.25计算，因此本矿井下降温需冷量为：Qc=K*Q=1.21.252046=3069kW三、矿井制冷降温系统矿井制冷降温系统工艺流程：主要由地面制冷水系统、防尘管输冷系统、井下空冷器散冷系统以及控制配电系统组成。具体祥见系统流程图。工艺流程如下：地面制冷站设置一套冷水机组，制取2的低温冷水。低温冷水通过循环水泵，利用主井中的159mm静压防尘水管（保温），将低温冷水输送到井下，通过井底减压阀减压后直接供至各工作面的空气冷却器。经过空气冷却器换热后，
10、水温升至25，升温后的高温水进过工作面或大巷喷雾降尘，消耗下放低温水，然后进入井下大巷排水沟，然后再进入井底水仓，再通过井底主排水泵经主井排水管返回，返回地面的矿井排水经过地面水处理站处理，净化后的水再进入地面制冷机房进行制冷，重复使用。此降温系统主要借助地面制冷机和保温的矿井防尘水管，不断将地面产生冷水送入井下工作面进行降温，并且工作面安装空气冷却器和喷雾降尘水幕。（一）工作面降温设备选型1、回采工作面回采工作面的需冷量为639KW，空冷器进出水温差需达到20，故按照1200KW配空冷器，考虑到工作面运输巷进风，采用4台MK-300空气冷却器，距工作面切眼150-200米放置，可利用软风筒将
11、冷风接至工作面进口。考虑工作面供风量较小，每台空气冷却器可配备防爆风机FBDNo.5.3/112KW，空气冷却器单台名义制冷功率为300KW，作为热交换器，降低工作面进风温度和湿度；另外，工作面各运输设备转载点喷雾、巷道洒水降尘也接自空冷器回水系统，通过正常喷雾等，也起到降低工作面进风温度。4台空气冷却器的所需冷水量：42.8 m3/h。2、掘进工作面总需冷量为192kW，按照400KW配空冷器，采用1台MK-400空气冷却器，单台名义制冷功率为400KW，可满足要求。所需冷水量：12.8m3/h。空气冷却器可安放在距迎头150-200米的地点，与600mm软质风筒串接。3、矿井需总冷水量：4
12、2.82+12.84=136.8 m3/h井下工作面空气冷却器的效率直接关系到工作面的降温幅度，若进出水温温差高，则可节省冷水流量，进而采取较细的输冷水管，由地面下放到井下的水量减少，做到节能节电。（二） 防尘管输冷系统设计立井、井下采用防尘管输冷系统，按照降温范围：二个回采工作面和四个掘进工作面，需要冷水流量为：136.8 m3/h；另外考虑矿井正常防尘水消耗，综合考虑供冷水量按照：140 m3/h设计。目前，矿井地面、立井、井下防尘主管路采用159mm无缝钢管，但未进行保温处理。为保证空气冷却器的散冷效率，保障进水水温在5，设计矿井地面、立井、轨道大巷的防尘管路全部进行保温，保温材料选用5
13、0mm的聚氨脂保温层，外层采用玻璃丝布乳化沥青涂层处理，作为外防护层。1、管道冷损计算：计算公式：ql=(t2-t1)ln(D1/D2)(2)+1/(a D1) ql-每米管道的冷量损失，W/m；t2-管道外周围空气温度，；t1-管道内介质温度，；-隔热材料的热导率，W/（mK）；a-隔热层外表面的放热系数，在自然对流的情况下，可取 a=8.141 W/（m2K）；D1-隔热管外径，m；D2-无隔热层管外径，m； Q损= qlmQ损-输冷管道的冷损量，W；m-输冷管道的长度，m；管道温升计算公式：t=Q损(Cm)C-水的比热；m-循环冷水流量，m3；管路按照外径159mm无缝钢管，保温层为50
14、mm厚的聚氨酯保温，环境温度为30，供水温度为2，回水温度为25时，计算766工作面各段管路单位冷损量：管径单位冷损管路长度Q损（W）流量(m3/h)t（）备注地面防尘水管15910.22 W/m50m5111400.00031保温立井防尘水管15910.22 W/m674m68881400.04217保温-641大巷防尘水管15910.22 W/m2795m28564700.3497保温回采工作面防尘水管785.74 W/m1036m594642.80.119保温419090.51若考虑管路法兰接头、弯头等损失增大20%，则：Q损（KW）=50.3 KWt（）=0.613另外考虑到水流向下流
15、动时，要损失位能，如果这部分能量不对外做功，要全部转化为热能，水温就要升高。温升公式：gH=cptcp-水的比热容（4.19KJ/(kgK)）；t-水的温升，； 采用减压阀，可利用3MPa压力，剩余4MPa压力转化为热能，即374米的位能转化为热能，水温升高t=0.875。故低温冷水总的温升：t=1.488，地面下放2-3的冷水，到达回采工作面喷淋式空气冷却器进口，水温为3.488-4.488。2、矿井防尘输冷管路水利阻力计算：利用矿井防尘水管作为输冷水管，由于目前矿井的防尘水管为159无缝钢管，井下供冷水量为：140 m3/h，而159管路在平巷中最大流速为：2.45m/s，最大流量为：15
16、4.5 m3/h，140 m3/h的流量不超过管路最大流量，另外两个工作面分别位于副井两翼，故副井底静压防尘水管分为两路供水。但考虑立井井筒中存在水位差，井筒管路的静压为6.74MPa。计算此压力能否克服管路阻力，满足个工作面供冷水量。计算766工作面输冷管路的阻力损失：hi=iLivi2(Dgi2g)Dgi=159mm i=0.0364Dgi=78mm i=0.0451管道位置长度（m）管径（mm）流量(m3/h)流速（m/s）压力损失（米水柱）地面防尘水管50m1591401.962.24立井防尘水管674m1591401.9630.2-641大巷防尘水管2795m159700.97983
17、1.3回采工作面防尘水管1036m7842.82.489189.3253.04防尘供水管路水力阻力为：253.04米水柱，考虑工作面洒水降尘水压力，井底减压阀出口应调整在4MPa，最远点及工作面供水压力可保持在1.47 MPa，能够满足工作面防尘水压力要求。但通过计算回采工作面运输顺槽内防尘管路水利阻力最大，必要时应采用加压水泵进行加压满足设备防尘水压要求，以及工作面回水要求。对于其它巷道内的喷雾防尘、或洒水防尘，可根据所需压力确定从防尘水管接。（三）地面制冷水系统选型根据井下需冷量为：2046KW。设计地面冷水机组最低出水温度为2，进水温度为25，向井下供冷水量140m3/h，计算地面机房的
18、制冷量为：3760KW，地面制冷机房制冷机组能够满足要求。根据“煤炭工业矿井设计规范”要求，制冷设备数量不宜少于2台，本设计选用 2台模块式制冷机组，依次对冷水进行降温。考虑今后矿井降温需冷量增大，机房预留一台机组空间，以及相配套的冷却塔、冷却水泵和配电设备。制冷机房布置在地面工业广场内，离矿井防尘管路较近。为减少占地面积，设计将冷水机组的冷却塔放在制冷机房屋顶，机房内安装制冷机组、保温水池、水泵、供配电设备。设计机房长宽：2010m，高度约5m。制冷机房内建冷水机组设备基础，安装2级制冷压缩机组和冷冻水泵基础。地面制冷设备制冷剂采用R-22，由二套螺杆式冷水机组、四台蒸发冷和二台冷冻水泵组成
19、。1、第一级冷水机组：进水温度：25，出水温度：12，进、出水温差：13，冷冻水量为140m3/h时，则冷负荷为：2123KW。蒸发器采用壳管式，压缩机采用汉钟RC2-1130B二台并联，制冷量为：1225KW2，电功率241KW2，蒸发冷为STC-2300二台，风机电机功率20.5KW2。2、第二级冷水机组：进水温度：12，出水温度：2，进、出水温差：10，冷冻水量为140m3/h时，则冷负荷为：1633KW。蒸发器为降幕式，能够防止表面结冰损坏蒸发器，供水水泵11KW，压缩机采用汉钟RC2-1130B二台并联，制冷量880KW2，电功率223KW2,蒸发冷为STC-1800一台，风机电机功
20、率11.7KW2。（四）控制配电系统 地面制冷机房供电采用6KV，安装一台高压进线开关柜，一台10 KV/380V-1000KVA干式变压器，冷水机组、蒸发冷、冷冻水泵供电采用380V。井下回采工作面空气冷却器的防爆供风风机可取自附近660V供电，掘进工作面原有供风风机，喷淋式空气冷却器直接串入风筒中，不需要另加防爆风机。四、主要设备明细及投资表序号名称规格型号或图号技术说明数量单位备注一、地面设备1.1一级压缩机RC2-1130B38/6,Q=1224.9kW/台2台Hanbell1.2二级压缩机RC2-1130B38/-3,Q=880.1kW/台2台Hanbell3.1一级蒸发式冷凝器ST
21、C-2300额定换热负荷2300kW/台2台Snoweky3.2二级蒸发式冷凝器STC-1800额定换热负荷1800kW/台2台Snoweky5.1一级壳管式蒸发器2512，1200kW/台2台5.2二级降幕式蒸发器15001800122，1760kW48片Snoweky2.1一级排气管带管路配件2根Snoweky2.2二级排气管带管路配件2根Snoweky4.1一级供液管带管路配件2根Snoweky4.2二级供液管带管路配件2根Snoweky5.3卧式气分2台6.1一级回气管带管路配件2根Snoweky6.2二级回气管带管路配件2根Snoweky10其它1套7冷冻油以现场实际加油量为准1项8
22、制冷剂R22以现场实际加氟量为准2000Kg9电控系统各高、低压柜，变压器等1套小计450万元二、井下设备 1.2高压空冷器AC-3008台240万1.2风机AC300标准配套8台20万2.1高压空冷器AC-4004台152万2.2风机AC400标准配套4台10万3.1喷淋空冷器AC-2004台64万3.2风机AC200标准配套4台10万小计496万元三、合计946万元五、其他投资序号名称费用（万元）备注1地面保温水池、厂房（土建）502地面制冷设备安装153立井、井下管路保温安装604设计费105合计135 防尘水制冷系统总投资1081万元六、制冷系统运行费用制冷系统运行费用主要是电费，其余
23、人工费，由于地面冷水系统自动化程度比较高，每班只需一人进行巡检即可，井下采用减压阀方式，管路冷水正常循环运行，不需要人员，故整个系统简单，需要人员较少。另外年维修费也较少，地面冷水机组技术比较成熟，属于免维护设备，主要维修量在井下管路漏水，可由矿原来管道维修人员代替，不需要另外增加人员，维修费用也很低。制冷系统运行电费制冷系统按每年4个月运行，其它时间设备停止运转，正常运转期，考虑到负荷的调整与变化，负荷调整系数取0.7，当地用电平均价格按0.6元/ kWh；系统运行功率为：996KW。电费： 996243040.70.6=120万元/a因增加排水量而增加的排水费用：（矿井吨水百米电耗不超过0
24、.5KWh）去除正常矿井消防洒水水量，每小时回水仓的循环水量为：50 m3/h，考虑到随着季节变化，下放冷水量会发生变化，调整系数取0.7，则计算年排水电费增加：0.550(674100) 243040.60.7=20.4万元3、系统每年运行费用：12020.4=140.4万元 月运行费用：140.44=35.1万元七、防尘水水冷、冰冷与局部降温降温系统比较采用的防尘水水冷降温系统与地面集中冷水系统有一定区别，取消了井下的高低压换热器，利用防尘系统中的减压阀将冷冻水减压到一定压力，满足井下冷水管路的正常循环。其优点：减少投资，省掉高低压换热器，井下供冷管路的供水动力取消了供水水泵，依靠管路的静
25、压实现供水。设备设计在地面，排热方便，设备操作维修方便。另外，设计一套地面水源热泵，夏季作为井下降温设备，产生冷水供井下使用，冬季可利用矿井水处理厂的水源，进行取热，供地面工业广场的供暖，实现设备综合利用。缺点：增加矿井的排水费用，但较冰冷降温的运行费用较低。举例：冷水机组制取1000KW的能量，机组功率210KW，冷却塔15KW，水泵按30KW（包括冷却和冷冻水泵），总功率为255KW，冷水量按85.7m3/h（进水、出水温差为10），小时电耗为2550.90.8=183.6 KWh（0.9为需用系数，0.8为负荷率）。制冰机组制取1000KW的能量，机组功率450KW，蒸发式冷凝器30KW
26、（风机、冷却塔），供水水泵15KW，片冰机7.5KW（三台），总功率为502.5KW，制冰量为7.5 m3/h，小时电耗为502.50.90.8=361.8 KWh（0.9为需用系数，0.8为负荷率），根据以上分析可确定在同样制冷量下，制冰比制冷冷水小时电耗增大一倍。考虑冷水系统排水费用：比冰冷系统增加排水量85.7-7.5=78.2 m3/h,按照矿井排水百米吨水电耗0.5 KWh计算，西风井井筒深度为600米，增加的排水费用为78.2（600100）0.5=234.6KWh，即水冷系统小时电耗为183.6+234.6=418.2 KWh，小时电耗增加：418.2-361.8=56.4 KW
27、h，每度电按0.5元计算,每天增加费用56.40.524=676.8元，每月多支出2.1万元。但初期投资相差较大，冷水机组制取1000KW的能量，投资在150万元（地面设备、安装），制冰机组制取1000KW的能量，投资在500万元（地面设备、安装）。另外，矿井目前排水能力富裕较大，能够满足下放冷水后出现的排水要求，并且不需要新的投入。通过以上经济比较，选用冰冷降温经济性较差。采用局部降温机，最大缺点排热困难，象有些矿目前采区有两条巷道，一条进风巷，一条回风巷，回风巷兼作主运输巷，巷道内设有运输设备，操作维修人员每班都要进入，若将进风巷的热量带到回风巷内，会增加运输巷的回风温度，影响到皮带司机和
28、维修人员正常作业，不符合煤矿安全规程要求，“煤矿安全规程”第102条规定，生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26，机电设备硐室的空气温度不得超过30，采掘工作面的空气温度超过30，机电设备硐室超过34时，必须停止作业。有些矿利用井下涌水排热，相应增加泵房温度，尤其是排热热量大时，超过2000KW，井下水泵运行困难，事故率增多，对机电设备安全运行不利，另外，井下涌水水质较差时，水质硬度大时，局部降温机冷凝器结垢严重，使用时间不长就不能正常运转。局部降温机单位制冷量投资额要大于其他方式制冷，单台的制冷量较小，不超过500KW。矿井降温主要是考虑热量如何转移，一般两种方式，一是地面产生冷源送到井下，平衡井下高温地点热量，实现降温目的；二是井下设置设备，产生冷源，送到高温地点降温，但如何将热量排到地面是技术关键，若排热解决不好，会重新污染进风流，使进风流风温升高，起不到降温目的。地面制备冷源下放，不会发生上述问题，象地面制冰、制冷水，中途冷损也属于有益损耗，降低进风流风温，效率高。三种降温方式比较：防尘水水冷系统冰冷系统局部降温系统排热设备设置在地面，排出的热量不会进入井下，效果好。另外采用冷却塔排热，设备简单，介质采用，无制冷剂循环，安全性能高。设备设置在地面，排出的热量不会进入井下，效果好。采用蒸发式冷凝器，设备复杂，体积较大，盘管内流动制冷剂，若
