10.2 深热矿井空气调节

10.2.1 本条规定了深、热矿井设置空调制冷设施的条件。
    深、热矿井制冷设施是保证人员安全生产、提高工作效率的保证。矿井风量大，供冷时耗冷量巨大，应给予足够的重视。井下空气温度是由原始岩温、井下各种散热和空气自压缩升温等综合因素决定的。竖井中的空气在下降过程中温度和压力都在增加，当空气在沿竖井向下流动时，如果被压缩，即使没有其他的热交换和水蒸气的蒸发，由于势能转变为内能，其温度也会升高。按照理论计算，对于干空气，气流向下流动1000m，由于自压缩引起的升温约9.7℃。同样条件，湿空气自压缩升温约4℃～5℃，水自压缩升温约2.3℃。
    对于一般矿井，能够利用矿井通风使作业面温度降至小于或等于28℃的临界深度约为2500m～3000m，超过这个深度，必须设置人工制冷系统才能满足使用要求。
    对于热井，则根据井下通风计算结果确定是否需要设置人工制冷系统。
10.2.2 本条规定了确定矿井制冷及空气调节方式的原则。
    矿井空气调节方式有多种。从制冷空调设备安装位置分，可以分为地面集中式空调系统、井下集中式空调系统或井上、井下联合式空调系统。
    地面设置制冷机房时，可以制备冷水、冷风或冰送入井下，各有适用条件，根据工程情况确定。
    冷水机组设在井下时，冷却塔可以设在地面，此时冷凝热直接排至大气；也可以将冷却塔设在井下，此时冷凝热排至井下回风道，间接地排至室外大气。
    制冷空调设备设在井下时，可以不制备冷冻水，而采用直接膨胀式空气处理设备。直接膨胀式空气处理设备可以采用水冷方式，也可以采用风冷方式。采用风冷冷凝器时，表面喷淋循环水增强传热效果。同时也可起到清洗冷凝器的效果。这种空调制冷方式较适用于井下局部空调系统。
    从空气处理上看，矿井空气调节可以冷却矿井进风、采区进风或作业地点进风。冷却矿井进风相当于全面空调，冷却采区进风相当于局部空调，冷却作业地点进风相当于岗位空调。采用何种方式，还需要根据工程具体情况而定。
    室外气象条件对矿井空气调节方式有较重要的影响。夏季室外空气焓值高的地区，新风负荷远大于井下得热量产生的冷负荷，这时采用地面制备冷风的方式较经济。处理后的干冷空气送入井下，有利于吸收井下的热量及湿量。但送入工作面之前，空气沿途吸收的热量应视为无效热损失。
    矿体的规模越大，所需的冷空气越多。当采场比较分散而且不断向新的地点延伸时，采用井下局部空调的方式比较好。
    采矿速度对空调制冷设备装机容量的影响：采矿速度快时，会产生一个很大的瞬时热负荷，但每生产一吨矿石时的总热量会减少，这是因为在热量放入空气之前，岩壁已经被覆盖或隔绝了。所以采矿速度快时，空调制冷设备装机容量大，但单位产能的制冷降温费用会减少。
    老矿井向下延伸开采深层矿体时，由于受气流通道面积小的限制，不太可能通过加大通风量来降温，这时对空调降温的需求更为迫切。
    矿井深度超过3000m时，采用地面制冰送入井下的制冷方式较经济。井下融冰制备冷冻水，一般采用喷水室制备冷风。
10.2.3 本条是关于工作面或机电设备硐室送风参数的确定。
    井下每个工作面的通风量由采矿专业提供。离开工作面的空气计算参数应满足现行国家标准《金属非金属矿山安全规程》GB 16423的要求。

表12 采掘作业地点环境参数规定

    国外井下热环境标准一般采用干球温度、湿球温度、感觉温度、等效温度、相对湿度或者它们的组合来定义，一般认为，采掘工作面湿球温度或相对湿度对人的影响更大。美国有一项研究表明，湿球温度对劳动的影响如下：
    t_wb≤27℃时，工作效率100％；
    27＜t_wh≤29℃，较合适；
    29＜t_wb≤33℃，能够正常工作；
    t_wb＞33℃，只能工作较短时间。
    现行国家标准《金属非金属矿山安全规程》GB 16423暂未对作业地点相对湿度作出规定，但随着认识的深入，作业地点的相对湿度要求会逐步成为必要的设计参数。
10.2.4 本条是关于制冷设备容量的确定。
    井下得热量由采矿专业计算确定。一般包括：
    (1) 空气自压缩热；
    (2) 井筒、巷道壁面散热；
    (3) 采出的矿石散热；
    (4) 矿石氧化放热；
    (5) 采矿机电设备散热；
    (6) 柴油机及尾气散热；
    (7) 照明散热；
    (8) 人体散热；
    (9) 地面沟槽热水散热；
    (10) 充填养护散热。
    有的热源处于井下作业面下风向，这部分散热可不计入井下得热量。井下岩石温度按钻探记录数据由采矿专业提供有困难时用近似公式计算确定。
    井下通风系统一般为直流式，有条件时也可利用一部分循环风，新风冷负荷占制冷设备总容量的比例很大，尤其在炎热地区。风机、水泵等温升引起的附加冷负荷也应计入制冷设备总容量内。
10.2.5 本条是关于地面集中制备冷冻水或冷却水时的原则规定。
    1 送入井下的冷冻水供水温度一般取3℃，回水温度一般取18℃，温差15℃。井下设高低压换热器时，二次水温度一般为6℃/21℃。载冷剂采用乙二醇溶液时，一次侧温度一般取—3℃/12℃，二次水温度取3℃/15℃。
    2 受室外空气湿球温度的限制，冷却水温度一般不会低于30℃；受制冷机冷凝温度的限制，冷却水回水温度一般不高于42℃，因此这里规定冷却水供回水温差不宜小于10℃。
    3 由于设备的承压问题、高压管道的成本问题以及安全问题，送入井下的冷冻水或冷却水应设置减压装置，减压装置包括中间水池、减压阀、高低压换热器、高低压转换器、水能回收装置等。
    4 井筒内安装的管道过大时，会使得井筒直径增加，从而增加了井筒造价。千米及以下深井水管承受的高压大于10MPa以上，水管壁厚加大，则管径过大，自重大，不便安装。水管流速过高，管道又长，消耗动力过大，所以应限制流速。
10.2.6 本条规定了地面制冰供冷的适用条件。
    冷负荷较大，输送冷媒管径过大，井内难以安装时应采用制冰送入井下的供冷方式。矿井在3000m以下时，载冷剂管线压力过大，难以保证安全。同时由于自压缩热的产生，水温升高较大，冷量损失较多，这时宜采用制冰方式。
10.2.7 本条是关于冰输送的规定。
    自溜方式输送冰，管道不承压，但应有必要的折弯管段，防止冰块对井下储冰槽形成巨大的冲击。
10.2.8 本条是关于采用氨压缩制冷的规定。
10.2.9 本条是关于产生冷凝热的设备在井下位置的规定。
    产生冷凝热的设备一般是指冷却塔或风冷冷凝器，这些设备安装在井下时，冷凝热排入回风巷道，热量才会被带到地面上。井下排风量是有限的，冷却塔或风冷冷凝器所需通风量大于巷道排风量时，会降低设备冷却能力，影响制冷效果。
10.2.10 本条是关于冷冻水梯级用能的规定。
    冷水梯级利用是指冷冻水先用于冷却空气，再用于生产作业。用冷水直接喷洒于新采出的矿石表面，通过井下排水带走矿石的热量，防止矿石散热到空气中，这部分用水可采用空气处理机组的回水，而不宜直接采用冷冻水。
10.2.11 本条是关于空气冷却设备的规定。
10.2.12 本条是关于井下爆炸危险区域使用防爆型设备的规定，为强制性条文。
    深热矿井空气调节目前在煤炭行业应用较多，按照国家安全生产监督管理局、国家煤矿安全监察局联合发布的《煤矿安全规程》(2014年版)第四百四十四条的规定，有瓦斯产生的煤矿，设在翻车机硐室、采区进风巷、总回风巷、主要回风巷、采区回风巷、工作面和工作面进回风巷的高低压电机和电气设备，都必须采用矿用防爆型。这些场所均属于爆炸危险区域，因此本条规定井下爆炸危险区域使用的空调制冷设备应采用防爆型。这些场所一旦发生爆炸，后果将很严重，因此本条作为强制性条文提出。
    本条同样适用于有爆炸危险的非煤矿山。