礦井製冷

礦井製冷即礦井製冷降溫，是用製冷裝置降低礦井空氣溫度的技術。其製冷過程是冷端和空氣冷卻器之間的管道內循環。制冷機產生的熱能由冷卻水帶走，冷卻水經冷卻水塔噴淋排熱可循環使用。

基本介紹

• 中文名：礦井製冷
• 外文名：refrigeration of underground mine
• 分類：非人工製冷、空調製冷
• 布置方式：制冷機和冷卻水塔設在地面
• 注意事項：氨有臭味和毒性，不能在井下使用
• 學科：礦井工程

簡介

礦井製冷的製冷降溫系統主要由制冷機、空氣冷卻器和冷卻水塔組成。在制冷機內，通過製冷劑的蒸發吸熱和壓縮放熱過程，在一端製冷，另一端散熱。冷媒在制冷機的冷端冷卻後，經管道送人空氣冷卻器，用於冷卻空氣。

礦山多採用蒸發壓縮式制冷機。常用的製冷劑有氨和氟利昂。氨有臭味和毒性，不能在井下使用;氟利昂(商品名，化學名為鹵代烴，是套用最廣的製冷劑，常用的有氟利昂12(R12)、氟利昂22(R22)、氟利昂11(R一1)等。

布置方式

礦井製冷降溫系統的布置方式有三種:

(1)制冷機和冷卻水塔設在地面，對礦井總進風進行冷卻，這是一種早期的降溫方法，降溫效果不佳，只在夏季輔助製冷。

(2)制冷機和冷卻水塔設在地面，冷媒通過隔熱管道送到井下，空氣冷卻器設在各作業面的進風口處，只對作業面進風流降溫。這種方法對作業面降溫效果好，但輸送冷媒冷損較大，適用於不太深的礦井。

(3)全部製冷降溫系統均設在井下，中央制冷機站設在迴風井附近，冷卻水塔設在礦井迴風流中，空氣冷卻器設在作業面的入風流處。這種方法套用廣泛，對作業面降溫效果好、冷損小、費用低，但管理困難，銅室開鑿工程量大。此外，還可採用小型製冷降溫裝置，將其設在作業面附近，對進風流進行降溫。這種製冷裝置多用於分散、距離遠的作業面。

礦井製冷降溫的研究意義

為了保障煤礦生產的安全，改善井下工作人員的工作環境，有關礦井製冷降溫的技術得以不斷發展。由最開始的改善通風及減少熱源放熱這些非人工製冷降溫技術發展到後來的空調製冷降溫技術，但是非人工製冷降溫技術並不能從根本上解決熱害問題，因此，針對目前我國礦井熱害情況，礦井製冷空調技術成為礦井降溫主要手段。

礦井製冷的種類及原理

目前礦井降溫技術主要包括非人工製冷降溫技術及空調製冷降溫技術。
1、非人工製冷

非人工製冷的降溫方法包括：改善通風及減少各種熱源放熱。

2、礦井空調製冷

根據載冷劑的不同將目前礦井空調製冷技術分為蒸汽壓縮式、空氣壓縮式、人工製冷水以及人工製冰空調降溫技術。

（1）蒸汽壓縮製冷。利用低沸點的製冷劑在氣化過程的吸熱現象及液化過程的放熱現象，藉助壓縮的抽吸增壓、冷凝器的冷凝放熱、節流閥的節流作用、蒸發器的吸熱氣化，且不停的循環上述過
程，使被冷對象溫度下降。

（2）空氣壓縮製冷。空氣用作為製冷裝置的工質時，其吸熱及放熱過程為定壓過程。外界消耗機械功驅動
壓氣機工作，來自冷藏庫內換熱器的空氣被吸入壓氣機進行絕熱壓縮。從壓氣機出來的空氣進入冷卻器，在其中進行定壓冷卻，其溫度降低到冷卻介質的溫度。然後，空氣進入膨脹機，在其中進行絕熱膨脹而降壓、降溫。溫度低於冷藏庫溫度的空氣被引入冷藏庫內的換熱器中，從其周圍物體吸熱，在定壓下其溫度升高到冷庫溫度，最後又被壓氣機吸出重複上述循環。

（3）人工製冷水。人工製冷水降溫技術是礦井降溫的主要手段，其主要包括以下幾種形式：分散式、地面集中式、井下集中式、地面井下聯合集中式。實踐表明，負荷不同時採用不同形式的人工製冷水降溫技術，能提高製冷效率：負荷小的礦井宜採用分散式，負荷大的礦井則宜採用集中式。而在採用集中式人工製冷水降溫技術時，井下集中式的問題是冷凝水排放難，而地面集中式和地面井下聯合集中式均須採用高低壓轉換設備，會遇到溫度躍升的問題。各國研究機構都在致力於解決上述兩個難題，經過幾十年的發展，人工製冷水技術已經較為成熟，在未來，該項技術仍將是礦井降溫技術的主流技術。

（4）人工製冰。人工製冰空調降溫技術的主要原理為：利用凍的融化吸熱，把水冷卻至接近0度，然後把經過冰冷卻的水輸送至各個工作面。系統包括
三個主要組成部分：凍的製備，凍的運輸和凍的溶解；其中凍的融化是系統中一個至關重要的環節，它關係到能否提供穩定的水流量和穩定的低溫水。目前，冰冷卻降溫技術仍處在試驗研究階段，特別是凍的融化技術目前還很不成熟，具有較大的發展空間。

（5）人工製冷水與製冰相結合。將人工製冷水降溫技術與人製冰技術相結合，在地面集中製冰，製冰的速度根據井下製冷量來確定，把冰輸送至井下，然後再輸送至各個工作面進行製冷。

該方法具有以下特點：1) 主要製冷設備在井上，便於維修，且不需進行防爆設計。2) 系統更加簡單，省略了融冰過程，減少了能源的浪費。3) 冰降溫系統比水降溫系統的效率更高，且需要排往地面的水量大大減少，很好的解決了人工製冷水降溫技術中冷凝水排放難的問題。

礦井製冷降溫的專利基礎狀況分析

世界礦井製冷降溫技術處於領先地位的是德國，早期大部分礦井製冷降溫設備都是從德國引進。中國礦井製冷降溫技術經過近年來的迅猛發展，關於礦井製冷降溫的專利申請量有了較大的提高。以國家知識產權局專利資料庫為基礎，對國內外在中國的礦井製冷降溫專利進行分析。從圖1中可以看出：中國的礦井製冷降溫專利申
請量在該領域的申請量達到了458件，位於第一位，且申請量遙遙領先於其它國家，約占總量的30%，這與我國豐富的煤炭資源以及大力發展煤炭開採密切相關，同時，中國近些年對於智慧財產權的重視也促使了中國關於礦井製冷降溫專利申請量的迅猛增長。德國在礦井製冷降溫領域的申請量排在第二位，約占總量的15%，德國在該領域的起步較早，且技術發展較為成熟，對該領域的技術發展起到了巨大的推動作用。中國、德國、日本、美國等幾個主要國家的申請量占到了總申請量的79%。

我國礦井空調製冷技術的發展趨勢

預計到2050年，煤炭資源占一次能源消費比例將不低於50%，也就是說，在未來的三十幾年中，煤炭資源仍將作為主要能源。但是，隨著我國淺部煤炭資源的開採殆盡，深部煤炭資源將成為主體能源，而礦井深部開採時面臨的熱害問題也將是以後需要重點關注並解決的技術難題，經過對我國礦井空調製冷技術的分析可知，我國的礦井空調製冷降溫技術及相關設備的發展還有較大的空間，我國煤礦深部礦井空調製冷降溫技術及相關設備將會朝著以下幾個方向發展：

1)我國礦井空調製冷降溫形式將保持井下局部、地面集中和井下集中三種不同的形式並存的格局，礦井空調製冷降溫規模總量將逐年增加。

2)我國已經逐漸掌握了國外先進的技術及設備，礦井空調製冷降溫成套裝備將會逐漸實現國產化，從而大大降低礦井熱害治理的成本。

3)節能減排新技術及新能源將被廣泛套用。除了煤炭，煤礦中還蘊藏著許多寶貴的能源，例如迴風熱、地熱、電站餘熱、水資源等，都可以被用於製冷降溫，從而大大降低能耗並減少廢熱的排放。