矿井热害防治技术规范.docx
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矿井热害防治技术规范
矿井降温技术规范
1范围
本标准规定了矿井热害防治技术的定义和术语、技术条件、适用范围、技术要求、降温系统测试及评价方法。
本标准适用于煤矿地下开采的矿井，包括生产、新建和改、扩建矿井。
2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注明日期的引用文件，其随后所有的修改件（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究后确定，是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB/T15586设备及管道保冷设计导则
GB50016建筑设计防火规范
GB50019采暖通风与空气调节设计规范
GB50050工业循环冷却水处理设计规范
GB50155采暖通风与空气调节术语标准
GB50215煤炭工业矿井设计规范
3术语和定义
GB50155及AQ/T1067中确立的术语和定义以及下列术语和定义适用于本标准。
3.1
矿井热害minevictims
煤矿井下作业环境的空气温度超过国家规定的卫生和安全标准，从而对人体健康、生产和安全造成危害。
3.2
矿井热害防治controlofminevictims
通过采用各种技术措施进行矿井热害的预防和治理，称之为矿井热害防治，又称矿井空气调节、矿井热害控制或矿井降温。
3.3
矿用降温设备mineairconditioningequipment
符合矿井特殊环境和安全要求的、为实现热害防治目的所需要的各种设备的统称。
3.4
矿井制冷降温minecooling
采用人工制冷措施降低井下作业环境的空气温度。
3.5
矿井制冷降温系统minecoolingsystem
为达到冷却煤矿井下风流之目的，由制冷、输冷、传冷和排热四个基本环节构成的系统。
3.6
地温场geothermalfield
地层中的温度分布。
3.7
地温异常区temperatureanomalies
地温梯度值（或大地热流值）低于或高于正常值（1.6～3.0℃/100m）的地层区域。
3.8
热害矿井thermalvictimsmine
具有热害的矿井，称为热害矿井。
3.9
井田热害区minevictimsofthedistrict
在井田中，由原始岩温确定的有热害的区域，称为井田热害区。
3.10
矿区最热月平均气象参数onaveragethehottestmeteorologicalparameters
矿区最热月空气温度、相对湿度和大气压力的平均值。
3.11
同向通风withthesamedirectionventilation
煤、矸的运输方向与风流方向相同的通风方式。
3.12
制冷站refrigerationstation
安装制冷机组及其配套设备的场所。
3.13
风流冷却站merrycoolingstations
安装空气冷却器（传冷设备）及其配套设备的地点。
3.14
矿井集中制冷降温系统mineconcentratedrefrigerationcoolingsystem
制冷站的制冷量等于或大于2MW，集中向多个作业地点供冷的系统。
3.15
矿井局部（分散）制冷降温系统minelocal（distributed）refrigerationcoolingsystem
制冷站的制冷量小于2MW，向1个或几个作业地点供冷的系统。
4热害矿井等级及卫生标准
4.1热害矿井等级
4.1.1井田热害区等级的划分
井田热害区等级应按原始岩温划分二级：
a）一级热害区：
31℃～37℃；
b）二级热害区：
≥37℃。
4.1.2矿山地温类型的划分
矿山地温类型应按地温梯度划分三类：
a）低温类：
≤1.6℃/100m；
b）常温类：
1.6℃/100m～3.0℃/100m；
c）高温类：
≥3.0℃/100m。
4.1.3热害矿井等级的划分
热害矿井应按采掘工作面的风流温度划分为三级：
a）一级热害矿井：
28℃~30℃；
b）二级热害矿井：
30℃~32℃；
c）三级热害矿井：
≥32℃。
对于一级热害矿井应加强通风，采掘工作面风流速度应为2.5m/s～3.0m/s；对于二级和三级热害矿井，除加强通风、提高风速外，还应采取人工制冷降温措施。
对于三级热害矿井若不采取有效的降温措施，则应停止作业。
4.2煤矿井下气象条件要求
生产矿井采掘工作面空气温度不应超过28℃、机电设备硐室的空气温度不应超过30℃。
采掘工作面的空气温度等于或超过32℃、机电设备硐室的空气温度等于或超过34℃时，应停止作业。
当采掘工作面的风流温度为28℃~30℃时，作业地点的风流速度应为2.5m/s~3.0m/s；当采掘工作面的风流温度为30℃~32℃时，作业地点的风流速度应为3.0m/s~4.0m/s。
5矿井热害防治通则
5.1矿井热害防治技术基础
矿井地温的测试与深部地温的预测资料；矿内风流热力状态的预测资料；生产矿井风流热力状态的实际测试资料；矿井设计或实际生产系统。
5.2矿井热害防治原则
矿井热害防治应按下列原则：
a）矿井热害防治，应以预防为主，综合防治措施；
b）应推广应用国内外已有的新技术，新装备和成熟的经验；
c）所采用的技术装备，应符合《煤矿安全规程》及国家相关法律法规的要求；
d）所采用的技术措施，应进行能效分析，符合国家的节能减排政策；
e）对于新设计的矿井，应根据矿井通风的难易程度、矿井热环境条件变化，分期规划实施热害防治措施。
5.3人工制冷降温与非人工制冷的适用界限
制冷降温与非人工制冷适用界限按下列规定：
a）井田处在一级热害区，应首先采用非制冷降温措施，使矿井达到无热害，否则采用人工制冷降温措施；
b）井田处在二级热害区，矿井采取非人工制冷技术措施之后，采掘工作面风流温度仍然超过30℃，应采取人工制冷降温措施；
c）矿井热害防治，应通过技术经济分析，在满足矿井热害防治需求的前提下，应以折合费用最小值、能耗低作为非人工制冷降温和人工制冷降温的界限。
6非人工制冷降温技术
6.1热害矿井通风系统设计原则
6.1.1应缩短进风线路的长度，优先采用分区式或对角式通风系统。
6.1.2矿井主要进风巷道应开凿在低温岩层中。
6.1.3进风巷道应避免或减小井下局部热源影响，大型机电硐室应采取独立通风系统。
6.1.4加大采掘工作面的供风量，提高作业地点的风速，但采煤工作面内不超过4m/s。
6.2矿井涌（淋）热水处理
6.2.1井下涌（淋）水温度较高的矿井，热水应采用隔热管道或水沟加隔热盖板排放。
6.2.2排水管道应布置在回风巷道和回风井中，热水不应在巷道中漫流。
6.2.3应查明热水的来源，并采用专门的热水治理措施。
6.3采煤工作面通风
降温需要时，可采用同向（或下行风）通风或W型通风方式，但有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出危险的采煤工作面不应采用下行通风方式。
6.4回采工艺
应按热力因素确定采煤工作面的长度、供风量、回采工艺和顶板管理方法，减少采空区漏风。
6.5天然冷源利用
有天然冷源可合理利用的矿区，如低温水（水温低于15℃）、冷空气（冬季）以及冰雪等，应充分利用。
6.6矿井开拓生产系统
按热力因素确定矿井开拓生产系统：
a）热害矿井的开拓系统、通风系统、井田开拓与开采程序、矿井生产系统的布置，应考虑有利于热害防治；
b）矿井及采煤工作面的日产量、生产水平标高等参数，应按热力学的方法进行核算。
6.7井下用水
应采用温度较低的水源。
6.8井下管道布置
井下热水管道等应优先布置在回风井和回风巷道中。
当设在进风巷道中时，应采取隔热措施。
6.9个体防护
在热害矿井等级为二~三级的作业环境，短时作业的人员，可穿着冷却服进行个体防护。
6.10煤壁注水
利用采准巷道进行煤壁注水（水温低于原始煤体温度5℃以上），以降低煤体温度。
7人工制冷降温技术
7.1采掘工作面与机电硐室热状况的鉴定
7.1.1鉴定位置
热状况鉴定的位置如下：
a）掘进工作面鉴定位置，在工作面距迎头2m处的风流中；
b）长壁采煤工作面鉴定位置，在采煤工作面运输空间中央距回风道口15m处的风流中；
c）机电硐室鉴定位置，在硐室回风巷道口的回风流中；
d）温度计感温包（或测温元件）距人体、载热体或载冷体应大于0.5m。
7.1.2鉴定时间应在生产班（8时~10时或20时~22时）进行。
7.1.3测试仪表，一般采用机械通风式干湿球温度计，最小分度为0.2，仪器至少每6个月校正一次。
7.2风流冷却站位置
风流冷却站安设在采掘工作面和机电硐室的进风巷道中，具体位置如下：
a）距采煤工作面进风口为50m~100m；
b）距掘进工作面迎头为50m~100m；
c）在机电硐室的进风道口。
7.3矿井需冷量
7.3.1矿井需冷量按式
（1）计算
……..…………........…..……....…..
（1）
式中：
Qx—矿井制冷降温所需要冷量，kW；
Qc—实施降温的采煤工作面总需冷量，kW；
Qj—实施降温的掘进工作面总需冷量，kW；
Qd—实施降温的机电硐室总需冷量，kW；
Qs—矿井制冷降温系统总冷量损失，kW。
7.3.2采煤工作面需冷量
采煤工作面需冷量计算方法如下：
a）按7.1.1的规定，取工作面出口的风流温度为标准值，本标准规定为28℃；
b）以28℃为初始参数，进行逆向热力计算，计算出风流冷却站混合风流的参数，即温度（tc），含湿量（xc）和焓值（ic）；
c）计算空气冷却器出口的风流参数：
tx，xx，ix；
d）根据正向热力计算的结果，计算出空气冷却器的入风参数：
t1，x1，i1；
e）采煤工作面空气冷却器的产冷量可按式
（2）计算：
……..………….........…...……………..
（2）
式中：
MBO—通过空气冷却器的风量，kg/s。
7.3.3掘进工作面需冷量
掘进工作面需冷量计算方法如下：
a）按7.1.1的规定，取工作面迎头的风流温度为标准值，本标准规定为28℃；
b）以28℃为初始参数，进行逆向热力计算，计算出空气冷却器后的风流参数：
温度（t2），含湿量（x2），焓值（i2）；
c）根据正向热力计算的结果，计算出空气冷却器的入风参数：
t1，x1，i1；
d）掘进工作面需冷量按式（3）计算：
………………………...……..…………（3）
7.3.4机电设备硐室需冷量
机电设备硐室需冷量计算方法如下：
a）按7.1.1的规定，取硐室出口风流温度为标准值（30℃）；
b）以30℃为初始条件，进行逆向热力计算，计算出硐室入风参数：
温度（t2），含湿量（x2），焓值（i2）；
c）计算空气冷却器入风参数：
t1，x1，i1；
d）机电设备硐室需冷量按式（4）计算：
………………………………………（4）
7.3.5矿井制冷降温系统冷量损失
矿井降温系统冷量损失应低于20%。
7.3.6矿井有效冷量和制冷设备配冷量
矿井有效冷量和制冷设备配冷量如下：
a）矿井有效冷量等于用于冷却采掘工作面及机电设备硐室风流温度的所有空冷器产冷量之和；
b）制冷设备配冷量按式（5）计算：
………………..………….…….…………（5）
7.4矿井降温系统类型
7.4.1井下局部降温系统
7.4.1.1采用冷风机组局部降温系统
该系统冷风机组分散设在井下，适用于井下具有充分的排热能力（或将冷凝热排到地面），可排出制冷设备的全部冷凝热的矿井，煤矿井下用冷风机组应符合井下安全要求。
7.4.1.2采用冷水机组局部降温系统
该系统冷水机组分散设在井下，适用于井下具有充分的排热能力（或将冷凝热排到地面），可排出制冷设备的全部冷凝热的矿井，煤矿井下用冷水机组应符合井下安全要求。
7.4.2集中降温系统
7.4.2.1井下集中（含井下分区集中）降温系统
该系统制冷站集中设在井下，适用于井下具有充分的排热能力（或将冷凝热排到地面），可排出制冷设备的全部冷凝热的矿井，煤矿井下用制冷空调设备应符合井下安全要求。
7.4.2.2地面集中降温系统
制冷站集中设在地面，适用于矿井需冷量大，井下排热困难的矿井。
但是由于地面系统具有设备使用寿命长，安全可靠等突出优点，在深部开采矿井降温中，可广泛使用。
7.4.2.3地面与井下联合降温系统
在地面和井下同时设置集中制冷站，适用于矿井需冷量特大，井下排热困难的矿井。
该系统由于系统复杂，技术难度大，可在有条件的矿井使用。
7.4.2.4建立集中降温系统的矿井的边远采区，由于集中供冷线路太长，仍然需要采用中小型设备进行局部降温。
7.5矿用制冷设备的适用条件
矿用制冷设备的适用条件如下：
a）设备的制冷量按7.3.6要求选用。
b）制冷站制冷设备的台数，对于集中制冷站单台设备的制冷量不小于500kW，台数不少于2台，一般为3～4台，并有1台备用。
c）煤矿井下用制冷设备的外形尺寸应符合井下的运输和安装空间要求，地面制冷站使用的设备，也应考虑减少占地面积。
d）制冷设备的结构类型
（1）按其制冷量来确定：
制冷量小于500kW选用活塞式制冷机组；制冷量不小于500kW选用螺杆式或离心式制冷机组；在有工业余热、瓦斯或高温地热水的矿区地面制冷站，可考虑选用溴化锂吸收式冷水机组。
（2）按煤矿井下制冷方式来确定：
煤矿井下用冷风机组选用活塞式制冷机组；煤矿井下用冷水机组选用螺杆式或离心式制冷机组。
7.6矿井制冷站技术条件
7.6.1制冷站设计基础资料
制冷站设计应具有以下基础资料：
a）制冷站负荷应根据矿井热力状态预测、矿井需冷量计算和制冷设备的选型资料来确定；
b）矿井生产发展资料应有矿井基建期、投产初期、生产的中期和后期的矿井开拓、开采程序，生产系统布置和矿井通风系统资料；
c）矿井地质构造和地温场随着生产发展的变化情况资料；
d）水文水质资料应有矿井涌水量、水温、水质等资料，地面水源的温度与水质等；
e）气象资料应有矿区地面大气的最高和最低温度、空调计算温度、最热月平均温度、大气压力、相对湿度、土壤冻结深度以及全年主导风向等，可由矿区当地气象站（台）查出；
f）设备资料应有制冷机组及其辅助设备的主要性能、技术规格、外形和安装图、技术参数等。
7.6.2制冷站位置
确定制冷站位置的基本原则：
a）制冷站及系统的折合费用最低；
b）系统能耗最小；
c）土建及硐室工程量小；
d）安装、维护和操作方便；
7.7矿用制冷设备技术条件
7.7.1矿用高低压换热装置技术条件
a）矿用高低压换热装置类型如下：
（1）壳管式高低压换热器；
（2）水能回收装置；
（3）多腔热压转换器。
b）为了搬运和安装的方便，高低压换热装置应由多件单体组成。
单体件的外形尺寸应由用户确定。
c）高、低压载冷剂均应采用清水或符合国家相关规定的其他载冷剂。
d）高压载冷剂的进口温度不应超过3.5℃,低压载冷剂的出口温度不应超过5.5℃。
e）矿用高低压换热装置装有安全阀，换热装置与管道连接处应安装弹性伸缩器。
7.7.2冷水机组技术条件
冷水机组应具有如下技术条件：
a）名义工况和使用工况
冷水机组名义工况和使用工况见表1。
表1冷水机组的名义工况和使用工况
工况
冷水出口温度
/℃
冷水进出温差
/℃
冷却水进口温度/℃
冷却水进出温差/℃
名义工况
+7
5
+32
4
使用工况
1～7
5～10
20～40
4～10
b）冷水机组系列化标准
（1）地面用冷水机组名义工况制冷量：
1000kW~5000kW；
（2）煤矿井下用冷水机组名义工况制冷量：
350kW~2000kW。
c）优先选择性能系数（COP）高的制冷机组，见表2
表2不同制冷机组性能系数（COP）
制冷压缩机类型
活塞式
螺杆式
离心式
吸收式
制冷系数
≥3.6
≥4.5
≥4.8
≥1.3
d）技术要求
（1）煤矿井下用冷水机组冷凝器（含有冷却器）水侧承压不小于4.0MPa，蒸发器水侧承压不小于2.5MPa；
（2）煤矿井下用冷水机组冷凝器进水温度不大于40℃；
（3）采用溴化锂吸收式冷水机组时，应符合GB50019标准有关规定。
7.7.3煤矿井下用冷风机组技术条件
煤矿井下用冷风机组应具有如下技术条件：
a）机组应能在如下环境中长期正常运行
（1）气象环境：
气温为20℃~40℃，相对湿度为不小于85%，大气压力为不小于100kPa；
（2）环境空气中具有可爆性气体和粉（煤）尘。
b）名义工况
蒸发温度为+5℃，冷凝温度为不小于40℃。
c）技术要求
（1）煤矿井下用冷风机组进出风流温差为9℃~12℃；
（2）冷凝器水侧承压不小于2.5MPa；
（3）冷凝器进水温度不大于40℃；
d）产品系列化标准
名义工况制冷量为：
90kW，120kW，160kW，235kW，290kW等规格。
e）机组外形尺寸
煤矿井下用冷风机组单机最大外形尺寸应适合于在采掘巷道中移动。
7.7.4矿用空气冷却器技术条件
规定了强制流动的矿用水冷表面式空气冷却器（简称矿用空气冷却器）技术要求，适用于以水为介质的矿用空气冷却器。
a）对空气冷却器的安设地点的要求同风流冷却站，即尽量靠近采掘工作面。
b）技术要求
（1）应具有足够的降温降湿能力，风流通过空气冷却器前后温差为9℃~12℃；
（2）水侧的工作压力不小于4.0MPa，水侧阻力不大于0.08MPa；
（3）通风阻力不大于1300Pa；
（4）应具有良好的防粉尘污染和清洗性能；
（5）结构紧凑，适合于在采掘巷道中移动；
（6）重量要轻，拆卸和运输方便；
（7）外表面应进行防腐蚀处理；
c）产品的系列化标准
名义工况产冷量为：
90kW，120kW，150kW，180kW，235kW，300kW，400kW等规格。
7.7.5井下排热技术条件
井下排热技术条件如下：
a）排热负荷Qk
排热负荷应等于或大于冷凝器的冷凝热和油冷器的排热量之和，按式（6）确定：
…........................……………….………….（6）
式中：
Qk—制冷设备排热负荷，kW；
Q0—制冷设备的名义工况制冷量，kW。
b）井下可供排热环境条件要求
（1）井下涌水温度应低于冷凝温度4℃~5℃；
（2）井下回风温度应低于冷凝器进水温度2℃~3℃；
（3）由地面或含水层供水。
7.7.5.1利用井下涌水排热的技术条件
a）利用井下涌水排热时，井下水必须经过净化处理，达到矿用制冷设备用水的水质标准。
b）水量可按式（7）确定：
……………………………………….（7）
式中：
Vw—排出制冷设备全部冷凝热所需要的水量，m3/h；
Qk—排热负荷，kW；
Δt—冷却水通过冷凝器温升，Δt=4℃～10℃。
7.7.5.2利用井下回风流排热的技术条件
a）采用喷淋式水冷却器技术条件
所需风量按式（8）确定：
……….……….……………...…（8）
排热能力按式（9）确定：
或
…………..…….（9）
式中：
tw1，tw2—分别为喷淋室进、出水温，℃；
tB1，tB2—喷淋室进、出风流温度，℃；
MB，Mw—通过喷淋室风量和水量，kg/s；
i1，i2—喷淋室进、出风流的焓，kJ/kg；
Qk—喷淋室排热负荷，kW。
b）表面蒸发式水冷却器技术条件
传热面积按式（10）确定：
………................…………………..（10）
式中：
F—表面蒸发式水冷却器的传热面积，m2；
kk—传热系数，W/（m2·℃）；
Δtm—对数平均温差，℃；
Qk—水冷却器的热负荷，W。
7.7.5.3地面或含水层供水排热系统
a）冷却水应循环使用。
b）冷却水温度，应按下列要求确定：
（1）冷却水进口温度≤32℃。
（2）冷却水进口最低温度：
压缩式冷水机组不宜低于15.5℃，溴化锂吸收式冷水机组不宜低于24℃。
（3）冷却水进出口温差：
压缩式冷水机组为4℃~5℃，吸收式冷水机组为5℃~7℃。
c）冷却水水质应符合GB50050之规定，并应采取下列措施：
（1）水泵或冷水机组的入口管道上应设置过滤器或除污器。
（2）当一般开式冷却水系统不能满足制冷设备的水质要求时，宜采用闭式冷却塔或设置中间换热器。
d）多台制冷机组和冷却水泵之间通过共用集管连接时，每台制冷机组入口或出口管道上宜设阀门。
e）地面冷却塔的选用和设置，应符合下列要求：
（1）冷却塔的出口水温、进出口水温差和循环水量，在夏季空调室外计算湿球温度条件下，应满足冷水机组的要求。
（2）室外计算温度在0℃以下的地区，冬季运行的冷却塔应采取防冻措施。
（3）冷却塔材料应符合防火要求。
（4）冷却塔的噪声标准，应符合GB50019有关要求。
7.8矿井降温系统供水技术
7.8.1供水管径
管径按式（11）计算
………………..…………………….（11）
式中：
Dx—供水管径，mm；
V—管路内水流量，m3/h；
v—经济流速，m/s。
7.8.2水泵选用
7.8.2.1水泵流量按式（12）计算
………….…………………………（12）
式中：
V—水泵流量，m3/h；
Vw—冷水或冷却水实际需要水量，由矿用空冷器供冷和制冷设备排热的实际需要确定。
7.8.2.2水泵扬程按式（13）计算
……........................………（13）
式中：
H—水泵扬程，m；
Hf—直管段摩檫阻力，m；
Hsh—换热设备（蒸发器、冷凝器、空冷器及高低压换热器等）阻力，m；
ΔH—水泵出水口与最高供水点之间的高差，m。
7.8.3供水系统类型
7.8.3.1冷却水系统类型
分为直流式（一次性供水）、循环式、混合式（需补充部分新水）三种类型。
7.8.3.2冷水系统类型
分为地面、井下、地面与井下联合系统三种类型。
7.8.4供水系统稳定性指标
7.8.4.1水力系统的稳定性指标按式（14）计算：
………………………………………….（14）
式中：
xmax—系统工况变动后，空冷器可能出现的最大失调度，其值按式（15）计算：
………………………..…………………（15）
式中：
Vmax—通过空冷器冷水最大可能流量，m3/h；
VBO—空冷器需要冷水流量，m3/h。
7.8.4.2水力系统的稳定性指标评价
y值越小系统的稳定性越差；当y=1时，系统稳定性最好。
系统在实际运行中，07.8.4.3系统稳定工作必要条件
系统稳定工作必要条件应满足式（16）：
……………………………………（16）
式中：
Hij—在
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