安全工程采矿工程煤矿井降温方案刘店矿井降温方案大学论文

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。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（GB50011-2001）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。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，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（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Q=639×2+192×4=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=1.2×1.25×2046=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，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.5.3/11×2KW，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：42.8×2+12.8×4=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50mm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= ql×mQ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÷(C×m)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50mm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3.488-4.4