中水冷却系统在矿井生产中的应用

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摘 要：制冷风机的使用能够很好的解决矿井热害对安全生产的影响，但其对于自身使用的冷却水有很高的要求，使用中水冷却达不到要求温度且水质差，使用清水冷却经济效益低同时造成环境污染及水资源浪费，针对上述问题提出了中水综合冷却方案，解决了矿井安全生产与经济效益之间的矛盾。

关键词：矿井热害；中水冷却；安全生产；经济效益；环境保护

中图分类号：TD16 文献标识码：A

1 概述

矿井热害是指矿井内环境气温超过人体正常热平衡所能忍受的温度，导致劳动效率降低，事故频率增加，健康受损，甚至中暑休克的高温灾害。目前国内外的研究成果显示，在井下作业地点气温超过28℃时，便会对人体健康产生明显影响，使作业人员体温升高、水盐代谢出现紊乱，循环系统、消化系统、泌尿系统、神精系统等均会因高温高湿大量失水，失去正常功能，甚至致病。中国矿山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℃；当空气温度超过时，必须缩短超温地点工作人员的工作时间，并给予高温保健待遇，采掘工作面的空气温度超过30℃，机电设备硐室的空气温度超过34℃时，必须停止作业。

目前国内外的矿井降温，主要有两个方面的措施：一是非人工制冷措施，通过通风降温或改革采煤工艺以及煤壁注水预冷煤层等，二是人工制冷降温措施，即采用人工机械制冷进行降温。

但是伴随着制冷风机的使用也同时产生了新的问题。制冷风机对其冷却水水温有很高的要求，其入水温度不得高于25℃，一旦超过此温度制冷风机将自动停止工作。要是使用自来水，费用极高，所以必须使用中水，但是中水水温又高，所以需要地面建设制冷机房来为中水制冷，经过效益测算，比单纯用自来水节省资金，提高了经济效益，达到了节能、环保的目的。

2 冷却系统的组成及作用

（1）制冷机是整个系统的冷源，中水在制冷机内冷却降温后，最终达到所需入井温度。（2）冷却塔将水与空气换热，最终将井下带出的热量排入空气中。（3）过滤器用来除去进入制冷机中中水所含的杂子，防止换热面结垢，保证了制冷机的换热效率。（4）水泵为水在系统中运行提供动力。

3 井下制冷风机与中水冷却系统联合使用的优越性

井下制冷风机与中水冷却系统的联合实际上形成了两级制冷，井下制冷风机制冷后产生的冷凝热是借助于地面中水冷却系统冷却。因井下的最大限度的制冷容量受制于相应的空气和水流的回流排热能力，所以与井下集中制冷系统比较在地面安装附加的制冷机组以保证冷凝热的排出。这就使得混合系统可以不受自然条件的影响，可以负担更大的冷负荷。

井下的热量通过制冷风机传递给中水系统，中水的温度要比地面集中制冷系统的冷水水温高，中水的温度要求不大于17℃，而冷水水温要求不大于3℃，也就是说中水与空气的温差要比冷水与空气的温差小得多，这样就使得中水冷却系统比地面集中制冷系统在传递过程中冷量损失小得多。

制冷风机为整体机，体积小，不在井下设水泵和冷却塔等其它固定附属设备，不需开凿大断面峒室，移动方便。

从投资产出来说，井下制冷风机与中水冷却系统的联合是蒸气压缩式循环制冷空调的深井降温最据性价比的。

4 效益分析

4.1 经济效益

（1）夏季运行时间为五月至九月，运行期共5个月

a.使用制冷机组的成本。井下用水量为32m3/h×2+30m3/h=94m3/h（其中两台制冷风机用水量分别为32m3/h、其它设备总用水量为30m3/h），上下井水温差13℃，需冷量为（94÷3600）m3/s×1t/m3×13℃×4.2×103KJ/t·℃=1425KW。制冷机组选择型号为GCW2320D，制冷量为2315.6KW，功率为369.6KW，按照现有峰谷平时平均电价为0.78元/千瓦时（平时：9h，0.764元/h；谷时：7h，0.382元/h；峰时：8h，1.146元/h），则制冷机组和水泵的运行成本为6285元/天。注：水泵在使用变频器后实际功率为额定功率的65%。

b.使用自来水的成本。以目前大平矿现有自来水价格7.5元/m3来计算，成本为94m3/h×24h/天×7.5元/m3=16920元/天。根据以上结果，运行制冷机组比直接供自来水每天节省16920-6756=10164元。那么这七个月使用制冷机组可降低成本为10164×30×5=1524600元（152万元）。

（2）冬季运行时间为十月至来年四月，运行期共7个月

制冷机组在冬季停止运行后，中水直接由冷却塔进行冷却，根据实际运行情况看，一号冷却塔需要在这7个月内不停运行，二号冷却塔只需要在十月和四月这两个月内全天运行，其余月可不运行。那么这7个月内的运行费用为（913+206）元/天×30天/月×（7+2）月=302130元（30万元）。使用自来水的成本为16920元/天×30天/月×7月=3553200元（355万元）。这6个月内共节约3553200-302130=3251070元（325万元）。一年可节约污水排放费30万元。全年共节约生产成本1524600+3251070+300000=5075670元（507万元）。建立中水冷却系统的初投资为358万元，也就是说系统运行不足一年就可收回初投资。

4.2 社会及生态效益

中水冷却系统使用后每年可节约生活用水80万吨，在水资源日益紧缺的今天，为社会减轻了用水负担。同时将被打破的大平矿原有污水零排放系统重新建立，减轻了对矿山周围水环境的影响，增加了可利用的再生水量，这种改变有利于保护环境，加强水体自净，并且不会对整个区域的水文环境产生不良的影响。中水回用为原煤生产提供了一个非常经济的水源，减少了生产对新鲜水资源的需求，同时也保证优质的饮用水源，这种水资源的优化配制无疑是一项利国利民、实现水资源可持续发展的举措。

结语

中水冷却系统的使用保证了矿井制冷系统的安全运行，且不受企业外部供水的影响。进一步降低了入井水温，使工作面的设备达到更好的冷却效果。响应了国家的“节能减排”政策，矿井水被循环利用，使企业内部污水达到零排放，改善了周边的环境。最终在保证员工健康与矿井安全生产的基础上，提高了企业的经济效益、社会效益和生态效益，使企业向着“资源节约型、环境友好型”的方向发展。

参考文献

[1]姬社英，严玉彬，常保强，等.平顶山煤矿高温热害形成因素及防治措施[J].现代农业科技，2009.

[2]孙艳玲，桂祥友.煤矿热害及其治理[J].辽宁工程技术大学学报，2003，22（8）：35-37.