1 礦區(qū)概況

　　淮南礦區(qū)地處安徽省北部，淮河中游兩岸，東起郯蘆斷裂，西至阜陽市，東西走向180km，南抵八公山、舜耕山，北止明龍山、上窯一帶，南北寬約30km，礦區(qū)總面積約3 600km²。目前淮南礦區(qū)共有9對礦井，均為煤與瓦斯突出礦井，礦區(qū)核定年生產能力3 000萬t。地面年平均氣溫15.3℃、相對濕度74％、大氣壓力101.3kPa，恒溫帶距地表深度20～30m，恒溫帶溫度16.8℃，夏季（6～8月）氣溫較高，7月份平均氣溫為30℃。

　　2 利用恒溫水源進行礦井降溫的可行性分析

　　2.1 空氣和水的比熱容

　　當P為106.67kPa，t＝30℃，φ＝95％，d＝0.0244kg/kg時，

　　干空氣比熱容：1.0045kJ/(kg·K)

　　水蒸氣比熱容：1.85kJ/(kg·K)

　　濕空氣的焓：i=1.0045t+0.001d(2501+1.85t)=30.136kJ/kg

　　考慮井下降溫的過程近似為等濕、減焓、降溫過程，30℃的濕空氣溫度變化1℃，其焓的變化量：Δi=1.0785kJ/kg。

　　水的比熱容：4.19kJ/(kg·K)；

　　20℃水的焓：83.8 kJ/kg。

　　30℃水的焓：125.7 kJ/kg；

　　20℃～30℃的水溫度變化1℃，其焓的變化量為Δi=4.19 kJ/kg。

　　2.2 恒溫水降溫效果分析

　　在井下近似等壓等濕的降溫過程中，1kg的水溫度每升高1℃，就可使1kg的濕空氣溫度降低3.895℃；m³的水溫度每升高1℃，就可以使3 237.5 m³的濕空氣溫度降低1℃。

　　2.3 恒溫水源降溫能力分析

　　淮南礦區(qū)恒溫水源溫度為16.8℃，考慮從地面往井下輸送過程中的溫升（視管道的絕熱程度而定），假定井下降溫時水源溫度為20℃，降溫后的回水溫度為26℃；井下降溫前的空氣溫度為32℃，降溫后的空氣溫度為26℃。那么1 m³的恒溫水源水就可使3 237.5 m³的井下空氣溫度由32℃降低到26℃。

　　2.4 礦井降溫需水量分析

　　根據淮南礦區(qū)的實際情況，年產300萬t高瓦斯突出礦井，如二級熱害礦井潘一、潘三礦，其礦井需風量應在20 000 m³/min以上。按有效風量利用率85％考慮，再除去井底峒室和一些不需要降溫的采掘工作面的用風量，實際需要降溫的風量可占到礦井風量的60％，即需要降溫的風量為12 000 m³/min。那么，礦井降溫所需恒溫水量為：3.71 m³/min，222.4 m³/h。

　　2.5恒溫水源的可靠性分析

　　由于恒溫水水源溫度常年變化甚微，因此恒溫層水源可用于常年降溫。此外恒溫水水源豐富，淮南礦區(qū)煤系地層覆箅著145～564m的新生界地層，流沙層特別厚，地下水位又為地表以下1～2m。2003年7～9月份期間，潘三礦附近農民的機灌井，井水從井中自然流出地表，形成涌泉，可見地下水的充沛程度。

　　2.6 現(xiàn)場實驗

　　利用恒溫水源進行礦井降溫的可行性，一般生產礦井在停產檢修期間，都具備實驗條件，具體效果可進行現(xiàn)場實驗。

　　3 恒溫水源進行礦井降溫的系統(tǒng)構成

　　恒溫水源進行礦井降溫的系統(tǒng)原理圖，詳見圖1。

　　

　　

　　圖1 恒溫水源進行礦井降溫的系統(tǒng)原理圖

　　4 恒溫水源降溫系統(tǒng)的運行

　　4.1 連通器原理

　　恒溫水源降溫系統(tǒng)可采用連通器原理設置，即進水口和出水口均設置在地面，依靠進回水溫差形成的自然水壓運行，當自然水壓能形成需要水量的流速時，可考慮提高進水口高度，來提高壓差，用以保證系統(tǒng)正常運行。若井下降溫系統(tǒng)采用開式循環(huán)時，可在井底進行高低壓轉換。

　　4.2 經濟流速

　　礦井降溫所需水量取決于管徑和流速，流速取決于水和系統(tǒng)（管道）的總阻力。管徑過大增加初期投資，流速過大則需要添加動力。一般管道經濟流速區(qū)間為2～4m/s，要實現(xiàn)盡量不用或少用動力運行，恒溫水源降溫系統(tǒng)的經濟流速應按4m/s進行設計。若需水量為4 m³/min時，則管道內徑d≥146mm.

　　4.3 管道總阻力

　　管道阻力取決于管徑、管道流速和管道流程，加上管道拐彎、閥門控制等的局部阻力就是管道總阻力，也即系統(tǒng)阻力。試取管道內徑為Φ152mm，管道總長度為10 000m局部阻力為總阻力的20％進行計算：管道的總阻力為110 608Pa。

　　4.4 自然水壓

　　自然水壓的大小取決于進回水溫差和實際降溫地點的垂深。取進水溫度為18℃，回水溫度為30℃，降溫點垂深為600m，進行模擬計算：

　　h_自=(998.2-995.7)×9.81×600＝14 715Pa

　　4.5 水塔高度

　　水塔高度取決于管道（系統(tǒng)）總阻力與自然水壓的差值。

　　h_塔高＝（h_總－h(huán)_自）/9.81×998.2＝11.145m

　　5 恒溫水源礦井降溫系統(tǒng)的實施

　　5.1 采煤工作面降溫的實施

　　（1）采用閉式循環(huán)時，采煤工作面降溫采用套管換熱，換熱后的冷水，用來進行工作面進風巷巷頂及巷道兩側邁步噴淋降溫，可考慮噴淋水搜集，循環(huán)使用，也可根據巷道條件，讓其自流入采區(qū)或井底水倉，從采區(qū)域井底水倉取水使用。需配高壓水泵2臺，1臺使用，1臺備用。

　?。?）采用開式循環(huán)時，直接使用恒溫水源對工作面的進風巷巷頂及巷道兩側邁步噴淋降溫，并根據巷道條件，考慮進行噴淋水搜集，導水管排至水溝，或讓其自流入井底水倉，經高低壓裝置排到地面。

　　5.2 掘進工作面降溫的實施

　?。?）采用閉式循環(huán)時，掘進工作面降溫直接利用恒溫水源冷水。用小管徑鋼管直接設置在風筒內部，靠鋼筒內的風流與鋼管直接換熱，如通風距離較短，換熱不夠充分，可考慮鋼管多次往返，以達到出水溫度與風溫近似相等的換熱目的。降溫效果由通過的冷水量進行控制。

　?。?）采用開式循環(huán)時，采用礦用移動式噴淋空冷器直接噴淋恒溫水源冷水，噴淋水由集水管排出。降溫效果由噴淋水量進行控制。

　　5.3 局部高溫點降溫

　　對局部熱溫源地點，如剛揭露的圍巖、煤壁、采空區(qū)老塘口、上隅角老塘口，可直接噴灑恒溫水源冷水降溫。

　　5.4 輔助降溫

　　井底車場、大巷的裝載噴霧、凈化噴霧，高溫區(qū)域采區(qū)內部的各類轉載噴霧、凈化噴霧、移回噴霧等，一律改為使用恒溫水源進行噴霧，以達到輔助降溫的目的。

　　5.5 補充降溫

　　不排除在夏季高溫季節(jié)，少數地點利用恒溫水源降溫后，空氣溫度依然超標的可能。此時，可對恒溫水源進行加冰制冷，以滿足礦井降溫需要。

　　6 經濟技術比較

　　6.1與地面集中機械制冷降溫系統(tǒng)投入比較

　　恒溫水源礦井降溫系統(tǒng)與地面集中機械制冷降溫系統(tǒng)有相似一面，即井下降溫管路基本相同。但省卻了昂貴的機械制冷設備——冷水機組和地面廠房，以及降溫系統(tǒng)的末端設備、排熱系統(tǒng)和巷道工程。初步估算，建立恒溫水源降溫系統(tǒng)的總費用，僅為建立地面集中機械制冷降溫系統(tǒng)的30％。

　　6.2與地面集中機械制冷降溫系統(tǒng)運行費用比較

　　若以年產量300萬t礦井計算，需降溫風量為12 000 m³/min，降溫溫差7℃為例，地面集中機械制冷降溫系統(tǒng)的制冷量應在2 000kW以上，裝機總功率要在1 000kW以上（包括：冷水機組、泠水泵、冷卻泵、空冷器局部通風機）；而恒溫水源降溫系統(tǒng)，僅需要4 m³/min的排水能力即能滿足，總功率100kW上下?？梢娫陔姾倪@項上，能節(jié)約90％，而且恒溫水源降溫系統(tǒng)無須設備備件、原材料消耗，維護費用幾乎為零。在經濟運行方面具有無可比擬的優(yōu)勢。

　　6.3回水管路可與防塵灑水管路共用

　　恒溫水源降溫系統(tǒng)的回水管路可與防塵灑水管路共用，而防塵灑水管路是現(xiàn)有的，而且是必須要有的，用作恒溫水源降溫系統(tǒng)回水管路時，只需要對其局部管徑進行更換，即可滿足需要，這樣又省去了恒溫水源降溫系統(tǒng)的近一半建設費用。

　　機械制冷降溫供水溫度一般為5～7℃，而恒溫水源供水溫度為18～22℃，在相同的需冷量情況下，其終端設備要大得多或需水量很大，因此不同的礦井是否能采取恒溫水源進行礦井降溫要根據其具體情況來具體分析。