利用恒温水源进行矿井降温.docx

利用恒温水源进行矿井降温利用恒温水源进行矿井降温1 矿区概况淮南矿区地处安徽省北部，淮河中游两岸，东起郯芦断裂，西至阜阳市，东西走向 180km，南抵八公山、舜耕山，北止明龙山、上窑一带，南北宽约30km，矿区总面积约 3 600km2。目前淮南矿区共有 9 对矿井，均为煤与瓦斯突出矿井，矿区核定年生产能力 3 000 万 t。地面年平均气温 15.3、相对湿度74、大气压力 101.3kPa，恒温带距地表深度 2030m，恒温带温度 16.8，夏季（68 月）气温较高，7 月份平均气温为 30。2 利用恒温水源进行矿井降温的可行性分析2.1 空气和水的比热容当 P 为 106.67kPa，t30，95，d0.0244kg/kg 时，干空气比热容：1.0045kJ/(kgK)水蒸气比热容：1.85kJ/(kgK)湿空气的焓：i=1.0045t+0.001d(2501+1.85t)=30.136kJ/kg考虑井下降温的过程近似为等湿、减焓、降温过程，30的湿空气温度变化 1，其焓的变化量：i=1.0785kJ/kg。水的比热容：4.19kJ/(kgK)；20水的焓：83.8 kJ/kg。30水的焓：125.7 kJ/kg；2030的水温度变化 1，其焓的变化量为i=4.19 kJ/kg。2.2 恒温水降温效果分析在井下近似等压等湿的降温过程中，1kg 的水温度每升高 1，就可使 1kg的湿空气温度降低 3.895；m3的水温度每升高 1，就可以使 3 237.5 m3的湿空气温度降低 1。2.3 恒温水源降温能力分析淮南矿区恒温水源温度为 16.8，考虑从地面往井下输送过程中的温升（视管道的绝热程度而定），假定井下降温时水源温度为 20，降温后的回水温度为 26；井下降温前的空气温度为 32，降温后的空气温度为 26。那么 1 m3的恒温水源水就可使 3 237.5 m3的井下空气温度由 32降低到 26。2.4 矿井降温需水量分析根据淮南矿区的实际情况，年产 300 万 t 高瓦斯突出矿井，如二级热害矿井潘一、潘三矿，其矿井需风量应在 20 000 m3/min 以上。按有效风量利用率85考虑，再除去井底峒室和一些不需要降温的采掘工作面的用风量，实际需要降温的风量可占到矿井风量的 60，即需要降温的风量为 12 000 m3/min。那么，矿井降温所需恒温水量为：3.71 m3/min，222.4 m3/h。2.5 恒温水源的可靠性分析由于恒温水水源温度常年变化甚微，因此恒温层水源可用于常年降温。此外恒温水水源丰富，淮南矿区煤系地层覆箅着 145564m 的新生界地层，流沙层特别厚，地下水位又为地表以下 12m。2003 年 79 月份期间，潘三矿附近农民的机灌井，井水从井中自然流出地表，形成涌泉，可见地下水的充沛程度。2.6 现场实验利用恒温水源进行矿井降温的可行性，一般生产矿井在停产检修期间，都具备实验条件，具体效果可进行现场实验。3 恒温水源进行矿井降温的系统构成恒温水源进行矿井降温的系统原理图，详见图 1。图 1 恒温水源进行矿井降温的系统原理图4 恒温水源降温系统的运行4.1 连通器原理恒温水源降温系统可采用连通器原理设置，即进水口和出水口均设置在地面，依靠进回水温差形成的自然水压运行，当自然水压能形成需要水量的流速时，可考虑提高进水口高度，来提高压差，用以保证系统正常运行。若井下降温系统采用开式循环时，可在井底进行高低压转换。4.2 经济流速矿井降温所需水量取决于管径和流速，流速取决于水和系统（管道）的总阻力。管径过大增加初期投资，流速过大则需要添加动力。一般管道经济流速区间为 24m/s，要实现尽量不用或少用动力运行，恒温水源降温系统的经济流速应按 4m/s 进行设计。若需水量为 4 m3/min 时，则管道内径 d146mm.4.3 管道总阻力管道阻力取决于管径、管道流速和管道流程，加上管道拐弯、阀门控制等的局部阻力就是管道总阻力，也即系统阻力。试取管道内径为152mm，管道总长度为 10 000m 局部阻力为总阻力的 20进行计算：管道的总阻力为 110608Pa。4.4 自然水压自然水压的大小取决于进回水温差和实际降温地点的垂深。取进水温度为18，回水温度为 30，降温点垂深为 600m，进行模拟计算：h自=(998.2-995.7)9.8160014 715Pa4.5 水塔高度水塔高度取决于管道（系统）总阻力与自然水压的差值。h塔高（h总h自）/9.81998.211.145m5 恒温水源矿井降温系统的实施5.1 采煤工作面降温的实施（1）采用闭式循环时，采煤工作面降温采用套管换热，换热后的冷水，用来进行工作面进风巷巷顶及巷道两侧迈步喷淋降温，可考虑喷淋水搜集，循环使用，也可根据巷道条件，让其自流入采区或