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王楼井下湿热灾害治理技术鉴定资料091119.doc

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王楼井下湿热灾害治理技术鉴定资料091119.doc
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井下湿热灾害治理技术鉴 定 材 料山东黄金矿业股份有限公司新城金矿二〇一二年十一月目 录一、鉴定大纲二、计划任务书三、工作报告四、技术研究报告五、用户使用报告六、经济效益、社会效益分析七、查新报告井下湿热灾害治理技术鉴 定 大 纲 山东黄金矿业股份有限公司新城金矿二〇〇九年十月鉴定大纲一、项目来源山东黄金矿业股份有限公司新城金矿科学技术研究开发项目二、项目名称井下湿热灾害治理技术三、项目完成单位山东黄金矿业股份有限公司新城金矿协作单位山东同方能源工程技术有限公司四、鉴定依据计划任务书五、鉴定形式专家会议鉴定六、鉴定的内容:1、对课题研究所取得的成果进行评价。2、对课题研究所提供的技术文件、资料进行审查。3、对课题研究所取得的社会效益、经济效益及推广应用前景进行评价。七、鉴定文件:1、计划任务书 2、工作报告3、技术研究报告4、用户使用报告5、经济效益分析报告八、鉴定程序:1、成立鉴定委员会2、通过鉴定大纲3、听取项目完成单位汇报4、鉴定委员会进行鉴定5、提出鉴定意见、签字鉴定委员会年 月编 号 类 别 二 ○ 一 二 年 科 学 技 术 项 目计 划 任 务 书项目名称 井下高温高湿制冷通风技术研究 负责单位 山东黄金矿业股份有限公司新城金矿 起止年限 2011 年 11 月至 212 年 2 月 国 内 外 概 况 、 水 平 和 发 展 趋 势 及 专 利 情 况 :湿热灾害是矿井的自然灾害之一,是矿井向深部发展不可避免的。我国目前煤矿采深达到 1300 多米,平均在 600m 左右,我国在井下遇到的水温和岩温已经达到 50℃以上,空气温度已经严重超过《规程》规定。因此,矿井热害的治理技术已经成为煤矿开采中不可缺少的部分。目前全国已有 120 多对矿井遇到湿热灾害问题,并且全国在建和拟建矿井中,大部分将遇到湿热灾害问题。按每年 11 米的速度向深部发展,再过 5 年,我国将有 200多对矿井出现高于 30℃的湿热灾害,有些矿井采掘面气温可能超过 35℃。随着机械化水平的提高,机械化设备带来的湿热灾害直接影响到矿工的工作环境及工作效率,对湿热灾害的治理研究已迫在眉睫,在这方面,虽然国内外都已有研究,但他们的研究只是借鉴地面制冷空调、或其他行业降温经验、模式,并没有形成人工降温的成熟理论。因此,对矿井降温技术的要求,特别是对综合降温技术的需求将更加迫切。针对湿热灾害,结合我矿实际,我们投入了大量的人力物力和财力对我矿高温点的热害进行了研究。目的是摸索出适合我矿的湿热灾害的防治方法,从而总结出一套行之有效的湿热灾害防治理论,惠及周围矿区乃至整个煤炭行业。主要研究、实验内容、目标、技 术关键及主要技术经济指标(目标要具体,包括阶段目标和最终目标)主要研究:矿井湿热灾害的主要来源及降温技术。实验内容:各种降温方法实验及综合降温方法实验。目标:阶段目标:07 年 05 月~08 年 11 月:弄清湿热灾害的来源,利用加大矿井总进风量、冰块等措施,把井下工作环境温度控制在 30℃以下。08 年 12 月~09 年 08 月:利用综合降温措施,探索出矿井降温的方法,把井下工作环境温度控制在 26℃以下。09 年 09 月~09 年 10 月:数据汇总整理,撰写研究报告,总结出湿热灾害防治理论。最终目标:把工作面环境温度控制在 26℃以下。技术关键:机械降温的方式。主要技术经济指标: 水源热泵降温设备及管路等:1120 万元达到的技术水平、经济、社会效益及推广应用前景:湿热灾害在矿井建井初期就初见显现,我们将以湿热灾害为研究对象,通 过对湿热灾害的观测,掌握湿热灾害对矿井安全生产的影响程度,摸索出解决湿热灾害的一般规律,为合理进行矿井降温提供决策,为安全服务, 为职工提供安全舒适的工作场所和环境服务,从而为高产高效服务。具体说,就是为矿井降温提供技术参数,确定各个参数对矿井的影响程度,从而找出解决矿井降温的有效途径。摸清矿井湿热灾害对矿井的影响规律可以有的放矢地指导生产,最大限度地减少因湿热灾害而出现的通防事故,节约生产成本,减少人身伤害效益:解决采掘接续紧张问题,可使回采面提前投产。经计算,实施矿井水源热泵降温方案,每年可节约费用 2731 万元,折合 27310 吨标煤。社会效益:能够降低作业地点的空气温度,改善职工工作环境,保障职工身体健康,充分提高职工工作积极性,促进矿井产量和进尺的提高,给煤矿企业带来不可估量的无形效益,同时,摸索出一套成功的井下湿热灾害治理技术,能够在煤矿行业起到带头作用,对建设和谐矿区、和谐社会有更大的现实意义。推广应用前景:摸清楚降低湿热灾害的一般规律,可直接利用本成果进行湿热灾害防治工作,因此,具有广阔的推广应用前景。采用的研究、实验方法和技术路线(包括工艺流程):本课题研究采用现场观测和理论相结合的研究方法。现场观测主要是观测各掘进工作面煤岩体的温度、矿井水温、机械设备温度、采、掘工作面温度。分析各种热害与矿井空气的温度关系,找出工作面温度高的原因,并对其做出定性、定量分析。技术路线调查研究—制定现场观测研究方案—成立矿井温度观测小组—实施现场温度观测—数据整理分析—撰写研究报告。现有技术基础及条件(包括本课题做了哪些工作和现有仪器设备条件等):本 研 究 课 题 是 在 集 团 公 司 、矿 领 导 下 立 项 的 ,并 担 任 课题 组 领 导 人 ,负 责 组 织 协 调 整 个 研 究 工 作 ,深 刻 认 识 到 矿 井湿 热 灾 害 是 矿 井 五 大 灾 害 之 外 的 另 一 大 灾 害 ,直 接 影 响 到 矿井 是 否 正 常 生 产 ,按 照 《煤 矿 安 全 规 程 规 定 》采 掘 工 作 面 超 过30℃,必 须 停 止 作 业 ;同 时 影 响 到 职 工 的 心 身 健 康 。因 此 ,解决 了 湿 热 灾 害 这 一 课 题 ,也 就 为 我 矿 高 产 高 效 夯 实 了 坚 定 的物 质 条 件 。湿 热 灾 害 直 接 影 响 到 矿 工 的 积 极 性 ,对 于 湿 热 灾害 ,集 团 公 司 尚 无 成 熟 的 实 践 经 验 可 借 鉴 ,因 此 面 对 湿 热 灾害 ,探 索 出 行 之 有 效 的 真 知 ,为 以 后 类 似 条 件 的 矿 井 提 供 有技 术 价 值 的 借 鉴 经 验 。在集团公司、矿领导的大力支持下,王楼煤矿组织了一批丰富实践经验的工程技术人员组成研究小组,参与课题的现场观测、数据整理及理论研究工作。本课题使用的具体仪器为:1、水源热泵降温系统 1 套2、矿用红外测温仪 2 台3、矿用温度计 16 个地点:试验规模和进度安排:现场温度观测地点在一、二 、三、五采区掘进巷道及高温出水点。研究进度:2007 年 05 月~2008 年 11 月为调查研究阶段2008 年 12 月~2009 年 08 月为现场降温观测阶段2009 年 09 月~2009 年 10 月为高温灾害观测数据整理汇总和研究报告撰写阶段。承担单位和主要协作单位及分工(包括研究、研制、试验各阶段的各单位得分工和承担的责任):承担单位:山东东山王楼煤矿有限公司,负责组织现场湿热灾害观测,数据 汇总整理,研究报告的撰写等工作。协作单位:山东同方能源工程技术有限公司,负责对现场施工、观测人员的指导等工作。 经费概算(包括总概算和分年度预算的项目和费用及偿还经费和年度):1、 研 究 费 用 总 概 算 1120 万 元 :需要增添的主要设备、仪器(名称、规格型号、数量)和材料:1 水源热泵降温系统 1 套2、矿用红外测温仪 2 台3、矿用温度计 16 个课题负责(单位、姓名、职务、 职称、联系电话):王楼煤矿 任智德 总工程师 高级工程师王楼煤矿 齐东合 生产矿长 工程师课题工作人员(单位、姓名、职务、 职称、联系电话):王楼煤矿:邹洪建 通防科主任工程师 工程师王楼煤矿:钟宇辉 通防副总工程师 工程师王楼煤矿:吕凤新 机电区长 工程师王楼煤矿:厉彦欣 技术员 助工王楼煤矿:刘忠云 通防科科长 工程师王楼煤矿:杨德全 通防科副科长 助工王楼煤矿:张磊 科员 助工王楼煤矿:吴绍辉 调度室主任 助工基层单位、负责人审查意见(指所室、院厂矿基层负责人等):负责人(签名、盖章)审查日期: 年 月 日上报任务书单位、负责人审查意见(有学术委员会者应附其审查意见)∶负责人(签名、盖章)审查意见: 年 月 日主管部门审查意见:(公章)审查日期: 年 月 日井下湿热灾害治理技术工 作 报 告山东东山王楼煤矿有限公司二零零九年十月井下湿热灾害治理技术工作报告一、概述王楼井田位于山东省济宁市以南,以后王楼村为中心,北距济宁市 25km,行政区划归济宁市市中区管 辖。矿 井年设计生产能力 90 万t/a,矿井主采 3 上煤层 ,配采 10 下、12 下煤层,采用立井开拓方式,矿井采用立井开拓,设置主井(D5.5m)、副井(D6.0m)两个井筒。井底车场:根据矿井开拓方式,主、副井筒相对位置,大巷运输方式等,采用环形立式车场。井底 车场水平标高为-680m,井口标高+37.5m。主井装载系统采用半上提方式。矿井于 2004 年 9 月正式开工建设,2007 年 7 月 1 日开始投入试生产。矿井地温情况:精查勘探未对恒温点(带)做专门的确定工作,沿用了《济宁煤田(东区)总体详查地质报告》确定的恒温点的深度为55m、温度为 17.5℃。本区非煤系地 层的平均地温梯度 2.62℃/100m,煤系地层的平均低温梯度 2.70℃/100m,全区平均地温梯度 2.64℃/100m,即地热增温率 为 1℃/37.59m。全区地温梯度呈西高东低、南低北高的趋势。由煤 层底板温度等值线图可以看出,等温线与煤层底板等高线基本平行,即煤层埋藏越深地温越高。3 上煤层大部分处于一级或二级高温区,一级高温区基本上在-600m 等高线以深,主要位于北部 3 上煤层赋存区的东部;二级高温区大致在-800m 等高线以深,主要位于北部 3 上煤层赋存区的西部。南部 3 上煤层赋存区为正常地温区。南翼 12 下煤层大部分处于一级或二级高温区,一级高温区基本上在-600m 等高线以深,主要位于北部 12 下煤层赋存区的东部;二级高温区大致在-800m 等高线以深,主要位于北部 12 下煤层赋存区的西部。16 上煤层大部处于一级或二级高温区,一级高温区基本上在-600m 等高线以深,主要位于北部煤 层赋存区的 东部;二级高温区大致在-800m 等高线以深,主要位于北部 16 上煤层赋存区的西部,东南部局部处于正常地温区。总趋势为从东南向西北依次为正常地温区、一级高温区、二级高温区。矿井通风方式:根据煤层赋存特点、煤层瓦斯含量和开拓布局,矿井采用中央并列式通风方式,副井井深 746.5m,井筒南北相距86m,东西相距 30m,,副井进风,主井回风。通风方法:采用的通风方法为机械通风,即抽出式通风。主要通风机型号:BDK618 Ⅱ-8-No28 电机型号: YBF630-8P 通风机房安装两台风机,一台工作,一台 备用,为双风道布置,每个风道布置一个调节风门,便于倒 换风机。主扇额定风量为4920~14280m3/min, 现工作 风量为 9606 m3/min,工作负压为2031Pa。反风方式:通风机为反转反风。当需要反风时,备用通风机反送电,达到正常转速式,关 闭另一侧通风机的调节风门,同时打开本通风机的调节风门。二、矿井湿热灾害的分析1、矿区地形地貌王楼井田地形由滨湖平原及湖区构成。南阳湖西岸堤坝以西为滨湖冲积平原,地形平坦,沟壑纵横,地面 标高 +33.20~34.9m,地势西高东低,自然地形坡度为 0.3‰,堤岸以东为南阳湖区,标高为31.50~33.50m,局部高地可达 35.80m。2、矿区湖泊河流本区水系发育,大部分为南阳湖覆盖,湖区面积约占全井田面积的 55%,是附近地表水系的汇聚地。历年最低湖水位 32.32m,最高湖水位 36.89m,防洪水位 36.00m,湖西坝顶最低高程 39.00m,坝顶宽约6m,最高洪水位 36.54m。井田内主要河流自南而北有新万福河、蔡河、洙赵新河等,它们以湖盆为中心,汇入南阳湖,均为引湖、排 涝为目的的人工河渠。洙赵新河位于井田北部,自北西向南东穿过初期采区经候楼村南侧流入南阳湖,河床宽约 200m,汛期最大流量 1584m3/s,最小至断流。3、矿区气象及地震 本井田为温带半湿润季风区,四季分明。年平均气温为 13.6℃。多年平均最低气温月为 1 月,平均气温为-2 ℃.7 月份温度最高,月平均最高气温 29℃,(1959 年 7 月),日最高气温 41.6℃(1960 年 6 月 21日),年平均降水量 667.2mm,最小 347.9mm(1988 年) ,最大1186mm(1964 年)。降雨多集中在 7~8 月份日最大降雨量183.7mm,(1993 年 8 月 5 日)。年平均蒸 发量 1785.2mm。春夏两季多东及东南风,冬季多北及西北风,平均风速每秒 2.3m,最大风力>8 级, 历年最大积雪厚度 0.15m,最大 冻土厚度 0.31m。根据《中国地震动参数区划表》,本区地震动峰值加速度为 0.05g(相当于基本烈度 6 度) 。4、水源条件可供作矿井水源条件的有第四系冲积层的砂层水和本区南部的奥灰水。其中第四系砂层水分布面广,水量丰富,水量及水质均能满足矿井生产和生活的需要。5、矿井开拓开采情况 王楼煤矿矿井采用立井开拓方式,井底车场采用立式环形车场,现开采水平为-680m 水平,地面标高为 33.3m,垂深 713.3m。矿井现布置 2 个综采工作面,12 个掘进工作面,其中有 3 个综掘工作面。6、湿热灾害来源分析: ⑴矿井主要地点温度测定数据分析通过调查分析影响矿井气温因素及对矿井主要地点进行长期的温度测定,摸清了矿井高温热源,总结了季节性地面气温与矿井主要巷道气温变化关系,可知矿井高温热源主要有以下几点:2008 年 7 月至 09 年 7 月矿井实测月平均温度见表 1.1(单位:℃)2008 年 7 月至 09 年 7 月矿井实测月平均温度表 表 1-1三季度 四季度 一季度 二季度地点 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月副井口(地面) 27.6 29.6 26.5 18.8 14.9 10 5.1 8.4 17.2 19.5 23.2 24.7副井底 28.6 30.5 26.5 22.7 21.1 21.5 20.8 21.3 22.1 23.1 24.3 26.6风井底 34 33.5 32.4 25.1 23.1 22.5 22.4 24.1 25.2 28.7 30.7 31.4一采轨道下山 31.3 31.8 31.7 26.2 24.5 22.7 22.6 22.3 23.7 24.1 25.8 28.5二采轨道下山 31 31.6 30.4 25.5 24.2 22.6 22.3 22.1 23.5 24.9 25.5 28.3⑵巷道围岩放热岩层温度。岩层温度对矿井空气温度有很大影响,是引起矿井高温热害的主要因素。是矿井的主要热源,约占 50%~60%.。王楼矿井开采深度大,-800m 水平的围岩温度高达 36.7℃,处在二级热害区。因此,围 岩是矿内风流的主要加热源。经实际测定,2008年 9 月 6 日-800 水平最高岩温 36.7℃;形成通 风系统后,2009 年 8 月3 日测定-900 最高岩温 34.1℃。 ⑶矿井涌水放热王楼矿井 2007 年 7 月 1 日至 2008 年 7 月 28 日,矿井总涌水量由 435m3/h 增加到 1100m3/h,至目前矿井总 涌水量保持在900m3/h~1200m 3/h。-680 水平水温达 35℃~ 45℃。矿井涌水量突然增大,水温高(比岩温高),同水平水温比岩温高 4~5.3℃,水的放热量传递给风流的速度快。水温高是王楼矿井高温热害重要特点。⑷机电设备运转时放热如:-680 中央泵房安设 5 台 1600KW 排水泵,正常运转三台,需要气冷散热。 2009 年 7 月 21 日测定,总通风量 956m3/min,三台运转水泵机组出风分别为 55℃、62℃、65℃,单台需冷却风量 130m3/min左右,经过三台机组后, 风温由 26℃升高到 35℃,温差 9℃。⑸风流压缩热风流为一可压缩流体,其沿井筒(或巷道)向下流动时,由于自身的压缩使其焓值升高,相反地,向上流动时,由于膨胀使其焓值降低,风流从地面流入井底是一个加温压缩的多变过程,对井底车场的风温起决定性的作用。(6)王楼矿井位于南阳湖西岸, ,水资源丰富,在每年的 7、8、9 月份,空气湿度相对增大, 矿井气候条件比较恶劣。在生产过程中出现了井下排水量大,排水温度高等问题,导致环境温度升高、空气湿度增大、有毒有害气体及粉尘危害日益增加等问题,恶化了生产环境,严重影响了工作效率和工人的身心健康。甚至导致矿井恶性事故的发生,给矿井的安全生产及其日常管理带来了极大的威胁,安全、科学、经济、高效地治理矿井热害问题势在必行!(7)高温湿热的危害对人体的危害:矿井采掘工作面的相对湿度一般在 95%以上,根据资料表明,不同温度下,对人的危害不同。30℃时,人体力工作2~3 小时,汗腺就开始启动,通过渗汗散发积蓄的体温。33~34℃时,人体通过汗腺排汗已十分困难,且难以保证正常体温,肺部急促“ 喘气“ 、心跳加速,很容易出现心脏病瘁发的危 险。35~36℃时,人体力工作时容易头昏眼花、站立不稳、生命临危,需要紧急救护。对机电设备的危害:矿井任何机电设备、电缆均是通过与环境的对流散发本身所产生的热量。其工作环境的温度、湿度超过规定的限度或长期处在极限值附近时,必将导致设备散热困难,以致发生设备故障。根据有关资料表明:机电设备在相对湿度 90%以上,气温在30~34℃的地点工作 时,其事故率比低于 30℃的作业地点高 3.6 倍。井下气温以 30℃为标准,气温每增加 1℃,井下机电设备的故障率增加 1 倍以上。我国《煤矿安全规程》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℃,当上述两工作地点的空气温度超过 30℃和 34℃时必须停止作业。为保证矿井安全生产和职工身体健康,王楼矿井必须针对性地采取有效措施,降低环境温度,治理高温热害。因此,王楼煤 矿与山东同方合作进行矿井水源热泵降温除湿系统技术研究,经过严密设计和反复现场调试、改进,采用水源热泵降温技术解决了王楼煤矿井下高温高湿问题,取得了显著的社会经济效果。三、矿井湿热灾害的处理方法1、优化矿井通风系统。根据现有的通风状况和矿井开拓开采情况,矿成立了矿井通风系统优化小组, 矿总工程师任组长,由经验丰富的通防工程技术人员任成员, 针对矿井高温这一灾害采取的办法之一即加大局部通风量来改善作业点的工作环境和条件。为了降低通风阻力,增大风量,优化小组结合矿井通风阻力的结果, 对矿井的巷道逐一分析,针对存在的问题分解到各个生产单位,并限期整改。在通风线路上做工作。降低通风阻力是提高矿井通风容易的有效途径,根据井巷摩擦阻力计算公式;h 摩=αLUQ 2/S3式中 α--------井巷的摩擦阻力,kg/m 3L --------井巷的长度,mU--------井巷的断面周长,mS---------井巷的 净断面积 ,m2Q--------井巷中流过的风量,m 3/s根据上述公式可从以下几方面做工作:扩大巷道的断面,降低摩擦风阻;提高井巷壁面的平整、光滑度,降低摩擦阻力系数;合理选择井巷断面形状,减少周边长度,对井巷断面面积相同但形状不同的井巷,其周边长度以梯形最大,拱形次之,圆形最小的特点,为此, 应尽量选择圆形;优化设计,准确施工,尽量缩短井巷长度。风量不宜过大,满足降温要求即可,尽量避免主要巷道内风量过于集中现象。2、适当合理增加风量是解决矿井高温热害最直接、最简单、最有效的方法。矿井在一级热害的情况下,通过加大风量可以满足矿井降温要求;目前,矿井需要风量 6400m3/min,矿 井实际进风量 8600 m3/min,回采工作面配 风 699 m3/min,实际进风 910 m3/min,降温效果非常明显, 对于掘进工作面,采用大功率双局扇供风降低掘进工作面的温度。我矿目前有两个综掘工作面温度较高,12302 皮带顺槽工作面回风流中温度最高达 34℃,为解决这一难题,采用了大功率双局扇供风,配合水源热泵降温除湿系统,解决了湿热灾害问题。3、洒水降温。洒水降温是矿井行之有效且最经济的方法,在运输进风大巷及采区进风巷设置数道自动喷雾,形成喷雾带,且雾化效果达到正常,降温效果非常明显,降温可达到 1.5℃,为达到最佳降温效果,利用地下水抽出经过滤后再直接进入矿井防尘管路,根据实测,矿井喷雾带降温情况表见表 1-2。地面温度超 过 32℃以上,采用洒水降温效果已不明显,必须配合其他降温措施,根据我矿现场使用的情况来看,一旦温度超过 32℃,需采用冰块降温,方可取得较为明显的效果。采用冰块降温的措施有两种方法,一是把冰快垒放在局部扇风机前方,冰块化没的时间大约 8 小时;另一种方法是把冰块垒放在风筒出风口,直接降低掘进工作面的温度。另外为确保洒水降温达到目的,可在风筒上覆一软管,该软管接到防尘水管上,每隔 1 米设一喷雾处,定时开启洒水降温及洒尘,效果也 较好。矿井喷雾带降温情况表 表 1-2地点喷雾带长 度(m)喷雾带前温度℃喷雾带后温度℃ 温差℃ 备注北翼轨道大巷第一水幕 150 31 29.5 1.5北翼轨道大巷第二水幕 150 29.5 29.2 0.3一采轨道顺槽联络巷 80 29.2 28.6 0.6二采轨道顺槽联络巷 90 29.2 28.7 0.5南翼轨道大巷 70 31 29.6 1.44、采用机械降温。即利用水源热泵降温除湿技术。1)、井下制冷水源热泵系统原理水源热泵主要包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器四大部分,由这四部分构成一个闭合回路。冷媒通过压缩机压缩变成高温高压的气体,进入冷凝器,与 进 入冷凝器的 35.5℃的矿井水换热,冷媒遇冷液化,变成低温高压气液混合物,而冷凝器中的矿井水被加热到 40℃后排到水仓。低温高压的气液混合态的冷媒经过膨胀阀后,变成低温低压的液态,再进入蒸发器中与冷冻循环水换热,将蒸发器中的循环冷冻水由 12℃降到 7℃,再 进入压缩机形成一个循环。通过循环将热量源源不断的从蒸发器抽到冷凝器。见下图。 进 水 35.℃出 水 40℃回 水 12℃供 水 7℃ 压 缩 机膨 胀 阀井 下 水 源 热 泵 制 冷 原 理2)、本项目技术方案方案研究:根据王楼矿井实际,王楼矿井与山东同方工程技术有限公司合作开发,由王楼矿领导、现场一线工程技术骨干等共同组成科研课题攻关组,对王楼煤矿井下特殊的环境条件和资源及能否使用水源热泵系统作为井下降温除湿的动力设备进行了分析论证,对水源热泵的特点和周围环境的要求进行了理论分析及调查研究,经过深入分析研究认为,水源热泵技术是比较符合现场条件的方案之一,根据“蒸发吸热 ,冷凝放热” 的制冷原理,制备出的 7℃冷冻水,由管网输配至掘进迎头,并通过强制换热末端(风机盘 管) 的形式,向掘进迎头送风,以降低 环境温度(经过空冷器,进风的温度可降低 10℃左右),改善工作条件(工作面温度可降低 5℃左右),吸收环境热量的冷冻水温度升至 12℃,返回蒸发器循环,整个制冷过程中,采用矿井井下35.5℃排水作为冷凝器冷却水,经水源热泵机组冷凝器后矿井水温度可升至 52℃,冷却水流量为 100m³。冷凝热排至井下水仓,并伴随井下既有的排水系统排升至地面。该运行工况除制冷正常耗电外,不产生额外的排水电费。实现目标:通过水源热泵降温系统的实施,实现如下目标⑴解决王楼矿井高温高湿问题。在井下排水温度约 35.5℃的工况下,利用矿井排水作为介质,利用热泵的 “泵升”原理通过压缩机做功,带走掘进迎头的冷凝废热,风筒进风温度为 28℃,出风温度约 20度,降低迎头的温度,改善工作环境,提高工作效率。矿井排水通过原有的排水系统排至水仓,不增加原有系统的排水费用。⑵降低矿井降温运行费用,和初投资费用。⑶充分利用矿井余热,变废为宝,减少环境污染。⑷系统自动化程度高,便于维护运行。⑸水源热泵降温系统实施后,迎头工作面的温度控制在 28℃以内。设备及系统管网安装主要建设内容有:热源热泵机房建设、设备基础浇注、水源热泵及附属设备安装就位、制冷管路和冷却水管路安装、末端空冷器安装。⑴建造水池、浇筑设备基础;⑵设备下井、安装机房设备及配管;⑶安装巷道管网系统;⑷安装机房供配电系统。安装工作由王楼矿井组织施工队伍负责安装工作,并安排工程监理负责安装工程的质量检查,确保严格按设计施工。山东同方工程师负责现场安装指导工作。系统调试、试运行⑴制订系统调试大纲,成立系统调试组织,落实人员分工;⑵对系统的各台设备调试运行。⑶对矿井水源热泵降温系统进行整体调试。⑷对调试过程中遇到的问题进行现场处理,现场处理不了的制订整改方案,限期整改。⑸对调试合格的水源热泵系统进行一个月的试运行,观察、分析系统的运行工况。及时记录检测水源热泵降温系统的运行数据,并与设计参数进行比较,看是否达到设计要求。⑹试运行结束后由临矿集团、山东同方进行工程验收,对验收中发现的问题进行及时整改。3)、技术创新⑴王楼煤矿是山东省第一家新建矿井进行数字化矿山试点单位,降温除湿系统与数字化矿山系统紧密配合,时刻了解工作面温度变化情况。根据井下各采掘工作面的实际情况,可随时控制温度变化。考虑到压缩机控制系统跟全矿自动化的整合,矿井实现数字化矿山,为压缩机控制系统增加了远程通讯功能。增加远程通讯功能后,可以并入井下工业以太环网,将制冷机组的冷却水供水温度,冷却水回水温度,冷冻水供水温度,冷冻水回水温度,油温,机组的开关机状态反馈给地面调度指挥中心,并在地面调度 指挥中心通过 STEP 7 Micro/WIN32 软件,对 PLC 进行远程组态、 编程及诊断。 压缩机控制系统使用的隔爆兼本安型 PLC 控制箱采用西门子S7-200CPU,远传功能通 过 增加西门子 CP243-1 以太网模块实现,不管是全双工模式,还是半双工模式,都可以提供 10 和 100Mbit 的传输速率网络支持。以太网传输具有传输速率快,传输稳定的特点。又因为网线最大有效传输距离为 100 米,所以再增加光电转换装置,把以太网模块通过网线与光电转换器连接,把双绞线电缆传输转为光纤电缆传输,增大传输距离。再把光纤接入井下交换机分站,达到接入井下工业以太环网的目的。 CP 243-1 是一种通讯处理器,设计用于在 S7-200 自动化系统中运行。它可用于将 S7-200 系统连接到工业以太网(IE )中。CP 243-1有助于 S7 产 品系列通 过因特网 进行通讯。而且,配有该模块 S7-200还可通过以太网与其它 S7-200、S7-300 或 S7-400 控制器进行通讯。并可与 OPC 服务器进 行通讯。在开放式 SIMATIC NET 通讯系统中,工业以太网可以用作协调级和单元级网络。CP 243-1 具有以下功能:S7 通讯- 可对通过工业以太网的数据通讯进行预先格式化。基于 标准TCP/IP 协议进行通讯 。- 可通过 RJ45 进行以太网访问- 通 过 S7-200 总线,即可与 S7-200 系统简单连 接- 可以实现一种灵活的分布式自动化架构- 通过工业 以太网和 STEP 7 Micro/WIN 32,实现 S7-200 系统的远程编程、组态和诊断。- 为简化过程数据的进一步处理和归档打下基础- 可同时与最多 8 个 S7 控制器通讯- 可提供与 S7-OPC 的连接- 简 化网 络管理- 无需重复进行编程/组态,即可更换模板(即插即用)- S7 通 讯服务, “XPUT/XGET”,既可作为客户机,也可作服务器- S7 通 讯服务, “READ/WRITE”,作为服务器CP 243-1 中安装有一个看门狗电路。每次 CP 243-1 启动时,看门狗也启动。一般地,看 门狗的监控时间为 5 秒。鉴于组件相关误差,该时间可以增加到 7 秒钟 。如果设定了看 门狗监控时间,CP 243-1 可以自动置位。这会重新启动 CP 243-1。同时,CP 243-1 会向 S7-200 CPU报告“Parity Error(奇偶性校验出错)”。通过预设 MAC 地址(48 位数值),进行地址分配。在出厂时已对每个 CP 243-1 进行了 MAC 地址分配。MAC 地址打印在附于上盖下面的标签上。使用 BOOTP 协议,通过预设的MAC 地址,可以将 IP 地址分配给 CP 243-1 通讯处理器。CP 243-1 提供有三种通讯关系,可以单独使用,也可以组合使用。1)连接 STEP 7 Micro/WIN 322)连接其它 SIMATIC S7 系列远程组件3)连接基于 OPC 的 PC/PG 应用程序通讯伙伴1)S7-200 CPU 与 CP 243-12)S7-300 CPU 与 CP 343-1 或 CP 343-IT3)S7-400 CPU 与 CP 443-1 或 CP 443-IT4)编程器/PC 与 OPC 服务器5)编程器/PC 与 STEP 7 Micro/WIN 32CP243-1 工作系 统图如下:⑵开发了数字化中央模块控制系统及集成电控系统,实现了系统运行故障在线显示,便于工作人员实时进行系统维护,控制灵活,提高了运行效率。⑶通过研究开发稳定的水源热泵机组防爆系统,满足了矿井煤安要求,解决了制约井下水源热泵发展的难题。⑷研制设计超强稳定的净化过滤系统,净化过滤矿井水所含大量杂质,防止杂质进入水源热泵机组堵塞冷凝器,确保了王楼水源热泵降温系统的长期高效运行。⑸长久耐用的防腐系统,所有换热器内壁都经过热处理,磷化处理,使换热器表面形成了一层抗氧化膜,大大提高了设备的抗腐蚀性。4)、王楼水源热泵降温系统特点⑴利用水源热泵对煤矿进行降温除湿,制取的冷量满足了工作面的要求,利用矿井水做为机组的冷却水,冷却水出口温度达到了 53℃,可以直接提供给职工洗浴,或作为井口防冻的热源,变废热为宝,减少环境污染,环境效益显著。⑵王楼水源热泵降温技术是直接利用矿井水作为冷凝废热载体,利用了矿井自身的排水系统,不产生额外的排水费用。⑶高效节能,无任何污染,环保效益显著, 该项目是利用矿井水作为冷热源,进行能量转换的降温降湿系统。机组运行中没有任何污染,不产生任何废渣, 废水、废气和烟尘。因此,王楼 矿井水源热泵降温系统利用的是清洁的可再生能源的一种技术,属于新型资源综合利用范畴,符合国家产业优惠政策。⑷系统运行稳定,自动化程度高。由于设计了数字化中央模块控制系统、全面稳定的净化过滤系统、长久耐用的防腐系统、方便快捷的反冲洗除垢系统、高效耐用的空冷器系统,使得热泵机组运行稳定、
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