阳城煤矿千米深部采掘工作面降温系统设计研究及工程应用
在我国已探明的煤炭资源储量中,约有50%的煤炭资源埋深超过千米。近年来,随着浅部煤炭资源的枯竭,我国煤矿逐步转向深部开采。据相关统计,我国煤矿开采深度平均以8~12 m/a的速度增加。目前,我国开采深度已超过1 000 m的矿井共有47处[1]。
上一节探讨了电影与新闻之间“跨世界通达”的普遍性。这一节我们将结合“底本”与“述本”这一对观念来分析电影叙述与新闻叙述之间通达关系生成的基本机制。
随着矿井向深部延伸及开采范围的增大,阳城煤矿最大开拓深度已达-1 150 m,矿井地温越来越高。-500~-650 m深度围岩温度达26 ℃,为正常地温区;-650~-920 m水平采掘工作面围岩温度高达34~36 ℃,为一级热害区;北三深部及南二深部开拓均为现阶段重点工程,开拓深度在-920 m水平以下,最大开拓深度为-1 150 m,预计围岩温度达37~42 ℃,为二级热害区[2]。当围岩温度超过40 ℃时,要将采掘工作面的温度降低并维持在28 ℃以下,仅靠加强通风降温已无法完全保障降温效果,必须采取机械制冷降温措施[3]。
1 降温系统工艺设计
阳城煤矿井下集中制冷降温系统主工艺由冷却水循环系统和冷冻水循环系统构成,辅工艺由井下补水系统和末端空冷器散冷系统构成。冷却水循环泵站布置在地面电厂冷却塔附近,制冷机组安装于井下-650 m水平制冷硐室,空冷器布置在-920 m水平各采掘工作面附近,服务于3303、3306采煤工作面;北三深部降温系统服务于北三采区及深部“两面六头”,即猴车下山、北三深部轨道下山、北三深部胶带下山、3308胶带巷、1311轨道巷、1311胶带巷。
1.1 冷却水循环系统工艺
从制冷机组冷凝器出来的热水(约40 ℃),通过冷却水回水管路沿-650 m回风石门经回风暗斜井和风井井筒送至地面电厂冷却塔进行冷却降温,冷却后的冷却水通过供水管路沿风井井筒和回风暗斜井经-650 m回风石门返回制冷机组冷凝器,构成一个冷却水循环系统,进入冷凝器的冷却水温度约为32 ℃。
1.2 冷冻水循环系统工艺
从制冷机组蒸发器出来的冷水(约3 ℃),通过冷冻水供水管路送至各采掘工作面末端空冷器,在空冷器中与进入采掘工作面的风流换热后,再通过冷冻水回水管路回到制冷机组蒸发器,构成一个冷冻水循环系统,返回蒸发器的冷冻水温度约为18 ℃。
1.3 补水系统工艺
一般情况下,井下集中制冷降温系统补水工艺包括地面补水工艺和井下补水工艺,由于阳城煤矿井下集中制冷降温系统循环冷却水和补水水源来自煤矿自有电厂冷却水,水质满足工业循环冷却水水质标准要求,因此省去了地面水处理及补水工艺。
井下循环冷冻水和补水水源也来自地面电厂冷却水,从井下制冷硐室内冷却水供水总管上引水,高压水经过减压后进入补水箱,再通过补水泵送入冷冻水回水总管。
1.4 空冷器散冷系统
空冷器冷冻水进水温度约为5 ℃,与风流换热后,出水温度升至15 ℃左右,风流温度可由33 ℃降低至21 ℃以下。为了确保降温效果,空冷器应布置在距采掘工作面一定距离范围内,如果距离太远,冷损太大,则直接影响系统的降温效果,造成冷量的浪费。工程实践表明,空冷器距掘进工作面的距离不宜超过500 m;距采煤工作面进风口距离不宜超过100 m,相邻2台空冷器之间的距离宜保持50~100 m。空冷器在掘进工作面的布置如图1所示,在采煤工作面的布置如图2所示。
城市地铁轨道工程是城市建设的重要基础设施之一,对缓解城市交通状况起着重要作用,地铁轨道的安全和质量关系着人们的生命财产安全和社会的稳定,因此,加强其质量和技术的管控十分重要。在施工过程中,要不断总结轨道建设过程中的重点难点,不断探索新的技术方案,提升地铁轨道建设的水平。
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图1 掘进工作面空冷器布置示意图
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图2 采煤工作面空冷器布置示意图
2 冷负荷计算方法
降温系统所需总冷负荷主要由3部分构成,即采掘工作面焓变冷负荷、采掘工作面热源总散热量、系统冷量损失[4]。
2.1 焓变冷负荷
焓变冷负荷为采掘工作面回风口降温前风流焓值与降温后风流焓值的差值,即:
大多数文献资料表明,围岩散热、机电设备散热和热水散热是高温热害矿井的主要致热源[5],阳城煤矿采掘工作面无热水涌出。因此,引起风流温度显著增加的热源主要为围岩散热和机电设备散热。
(1)
式中:Q1表示焓变冷负荷,kW;M表示风流的质量流量,kg/s;i1表示降温前风流焓值,kJ/kg;i2表示降温后风流焓值,kJ/kg。
风流的焓值与风流的温度、湿度、大气压力有关,即:
i=1.005t+1.85td+2 501d
(2)
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(3)
式中:i表示风流的焓值,kJ/kg;t表示风流干球温度,℃;d表示风流的含湿量,kg/kg;φ表示风流的相对湿度,%;p表示大气压力,Pa;ps表示水蒸气饱和分压力,Pa。
QSR=k1(QWY+QJD)
2.2 热源散热量
Q1=M(i1-i2)
采掘工作面围岩散热按如下公式计算[6]:
QWY=KτLU(tgu-t′)
(4)
式中:QWY为围岩散热量,kW;Kτ为风流与围岩的不稳定换热系数,kW/(m2·℃);L为巷道的长度,m;U为巷道断面的周长,m;tgu为围岩的原始岩温,℃;t′为巷道风流的平均干球温度,℃。
在2016年7月,Action Tesa公司与Siempelkamp公司签订了一条加压成型生产线的订单,订单包括一台8 ft×A级27.1 m的ContiRoll 8代连续压机及精选机、冷却及堆垛系统,以及一个大容量仓库。
式(4)中Kτ计算过程非常复杂,在实际工程计算中可以根据相似地温矿井或周边相邻矿井地热资料进行近似选取,作为计算的依据。
1.2.2 排除标准 ① 伴有先天性心脏病、严重心脏瓣膜疾病者;② 严重心力衰竭者;③ 恶性肿瘤或慢性阻塞性肺疾病患者。
采掘工作面机电设备散热按如下公式计算[6]:
QJD=ηN
(5)
式中:QJD为机电设备散热量,kW;η为机电设备散热增加比例系数;N为机电设备功率,kW。
则采掘工作面热源散热量为:
开展“一帮一”活动 我把班上语文成绩好的学生与他们结成帮扶对象,使他们享受到大家庭的温暖。我们学校没有学生宿舍,班里在外租住的学生较多,我把他们编成学习小组,确定了组长,晚上不定期走访和辅导,初步激发了他们学习语文的兴趣。
(6)
式中:QSR为总的热源散热量,kW;k1为系数,综合考虑采掘工作面氧化热、人员散热等次要热源的影响,k1=1.25。
2.3 系统总冷负荷
从制冷机组到采掘工作面的整个冷量输送过程中都存在冷量的损失,当采取保温措施后,降温系统冷量损失不应超过总制冷量的20%[2]。因此,假设系统冷量损失为总制冷量的20%,则系统总冷负荷为:
QXT=k2(∑Q1+∑QSR)
竞争激励制度。没有竞争、缺少激励的工作环境必将是“一潭死水,缺少活力、动力和激情”,更不会在工作上有所创新。贫困地区普通高校要从实际出发,从学校和全体教师的实际出发,制定出台一系列激励性和奖励性政策和制度,以鼓励广大教师认真钻研科研、提高教育教学水平和质量。建构竞争激励制度,要具体问题具体分析,特殊情况特殊处理,可以根据学科、年龄、职称、学历进行区别对待,坚决避免用同一个标准搞“一刀切”,充分调动每位教师的积极性、主动性、创造性。分层奖励、分阶段实施、分目标推进。通过建构竞争激励制度,鼓励广大教师快速健康成长与进步。
(7)
式中:QXT为系统总冷负荷,kW;∑Q1为各采掘工作面焓变冷负荷之和,kW;∑QSR为各采掘工作面热源总散热量,kW;k2为冷量损失系数,k2=1.25。
2.4 冷负荷计算结果
式(8)中,λ与流体性质、流态、流速、管道内径大小及管内表面粗糙度有关,可用以下公式进行计算:
水保生态建设扎实推进。完成12条小流域综合治理任务,推进淤地坝、基本口粮田等重点水保工程,水利部门治理水土流失面积180.33km2。成功召开了全省小流域综合治理现场观摩会。西宁被列为国家水生态文明建设试点城市。
采掘工作面冷负荷计算结果见表1。将表1中的数据代入公式(7),计算得到降温系统总冷负荷QXT=1.25×(3 653+1 561)=6 517.5 kW。
表1 采掘工作面冷负荷计算结果
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序号工作面名称焓变冷负荷/kW热源散热量/kW13303采煤工作面95358723306采煤工作面9855533北三深部猴车下山272844北三深部轨道下山288685北三深部胶带下山2757863308胶带巷2906571311轨道巷2946281311胶带巷29664合计36531561
3 管路系统阻力计算
管路系统阻力计算是循环水泵选型的依据,是矿井降温系统设计的重要内容。降温系统循环水管路系统阻力损失包括2个方面,即沿程阻力损失和局部阻力损失。
3.1 沿程阻力损失
沿程阻力损失计算公式如下[7]:
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(8)
以往的培训比较注重单一技术和单一工具,欠缺与临床实施的结合。CBL能有效地将操作技术与临床实践融合起来,一方面使技术的学习不再单调枯燥,另一方面帮助学员建立基础知识与临床能力之间的联系,增加学员的感性认识[9]。
计算采掘工作面冷负荷,首先需收集和确定采掘工作面降温范围的平均标高、配风量、降温前进出口风流温湿度、降温后进出口目标温湿度、降温范围内巷道的长度和断面尺寸、机电设备的装机功率等信息,再根据上述的方法进行计算。
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(9)
式中:k为管内表面的当量绝对粗糙度,m;闭式水系统k=0.2 mm,开式水系统k=0.5 mm,冷却水系统k=0.5 mm;Re为雷诺数。
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(10)
式中ν为运动黏度,m2/s,标准大气压时,水的运动黏度可以查表得到[7]。
3.2 局部阻力损失
水在管道中流动时,遇到局部配件,如弯头、三通、阀门和其他异型配件时,因摩擦和涡流造成能量损失,该能量损失即为局部阻力损失。局部阻力损失计算公式如下[7]:
式中:hf为沿程阻力,Pa;λ为水与管道内壁间的摩擦阻力系数,无量纲;l为直管段长度,m;D为管道内径,m;ρ为水的密度,kg/m3;v为管内流速,m/s。
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(11)
式中ζ为局部阻力系数,可查表得到[7]。
基于时间序列关联聚类的储能电池典型工况曲线提炼//杨水丽,侯朝勇,许守平,赵录兴,孙冰莹,陈继忠//(9):188
3.3 水泵扬程
水泵扬程H为循环水管路系统沿程阻力hf、局部阻力Δp,以及冷却水循环管路上设备内阻力损失Δp′三者之和,其计算公式如下[7]:
H=K(hf+Δp+Δp′)
(12)
式中K为系数,通常取1.1~1.2,在矿井降温工程实际中,由于煤矿环境的特殊性和复杂性,一般取大值,即K=1.2。
互联网是以连接为目的导向的社会网络和复杂网络,互联网内容传播的本质其实是跨越平台建立人与人之间的连接。一切的交互都在产生连接行为,连接既是网络演化的手段也是网络演化的目标。内容创作的目标不再仅仅是获得用户的单次阅读,而是获得用户持续性的互动和稳定的认知连接。有了连接,才有用户和粉丝,社交分享量甚至比单次阅读量更加重要。没有一种连接是不可被替代的,替代的原则是连接得更强、更快、更紧、更美。[3]所有连接一旦建立,将不再满足于单一的连接形态,随着时间推移,它会不断叠加更为新鲜更为紧密的连接形态,从而形成连接的质变。
对于循环冷却水管路系统来说,引起阻力损失的设备为冷却塔和冷凝器;对于循环冷冻水管路系统来说,引起阻力损失的设备为蒸发器和末端空冷器。
3.4 水泵扬程计算结果
冷却水循环线路:地面泵站→地面室外(供)→风井井筒(供)→回风暗斜井(供)→-650 m回风石门(供)→制冷硐室(供)→冷凝器→制冷硐室(回)→-650 m回风石门(回)→回风暗斜井(回)→风井井筒(回)→地面室外(回)→地面泵站。
根据表2的计算结果,冷却水循环泵的扬程约为228 m,而ZLS-3300制冷装置要求单台冷却水流量为450 m3/h,根据水泵选型手册,冷却水循环泵型号为D450-60×4。
表2 冷却水循环泵扬程计算结果
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序号设备及管段阻力类别阻力损失/kPa1地面管路沿程阻力423.82局部阻力38.052风井井筒及回风暗斜井管路沿程阻力217.25局部阻力24.643-650m回风石门沿程阻力481.10局部阻力25.494设备接管沿程阻力19.89局部阻力15.105冷凝器总阻力降150.00合计1895.34
阳城煤矿井下集中制冷降温系统为终身服务系统,因此在水泵能力设计上考虑了最深、最远的采掘工作面冷量输送要求,在计算水泵扬程时,选取系统服务年限内最长的1条冷冻水循环回路。主要线路为:蒸发器→制冷硐室(供)→-650 m南翼回风大巷(供)→南二采区猴车下山(供)→最深部采煤工作面(供)→空冷器→最深部采煤工作面(回)→南二采区猴车下山(回)→-650 m南翼回风大巷(回)→制冷硐室(回)→蒸发器。
完善岗位绩效考核办法,将创新创业绩效作为岗位绩效考核内容之一,引导并鼓励广大教职工积极参与创新创业教育;完善职称职级聘任办法,将创新创业能力、水平、绩效作为教师职称聘任和工作人员职级晋升的考察内容和优先条件之一,促进全员参与创新创业机制的形成。
冷冻水循环泵扬程计算结果见表3。将表3中的数据代入公式(12),计算得到冷冻水循环泵扬程为2 827.86 kPa(约283 m)。
表3 冷冻水循环泵扬程计算结果
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序号设备及管段阻力类别阻力损失/kPa1制冷硐室沿程阻力47.86局部阻力3.522-650m南翼回风大巷沿程阻力1094.48局部阻力11.273南二采区猴车下山沿程阻力475.92局部阻力12.224南二采区最深部采煤工作面沿程阻力439.39局部阻力6.075设备接管沿程阻力6.78局部阻力9.046蒸发器总阻力降150.007空冷器总阻力降100.00合计2356.55
4 主要设备选型
4.1 制冷机组选型
通过计算,阳城煤矿井下集中制冷降温系统所需的总冷负荷为6 517.5 kW,从经济性角度考虑,选用ZLS-3300矿用隔爆型制冷装置2台,该制冷装置单台额定制冷量为3 300 kW,设计有10%的富余量,能够满足“两面六头”的降温需求。
4.2 空冷器选型
根据表1的计算结果,2个采煤工作面冷负荷分别为1 540、1 538 kW;6个掘进工作面的冷负荷分别为356、356、353、355、356、360 kW,根据空冷器选型手册,采煤工作面选用400 kW空冷器4台,掘进工作面选用400 kW空冷器1台。
4.3 水泵选型
冷却水循环泵扬程计算结果见表2。将表2中的数据代入公式(12),计算得到冷却水循环泵扬程为2 274.41 kPa(约228 m)。
根据表3的计算结果,冷冻水循环泵的扬程约为283 m,而ZLS-3300制冷装置要求单台冷冻水流量为190 m3/h,根据水泵选型手册,冷冻水循环泵型号为MD200-50×6。
5 工程应用效果
阳城煤矿井下集中制冷降温工程于2016年8月投入试运行,2台ZLS-3300/10000制冷装置交替运行,累计运行时间约2 000 h。在运行期间,连续在8月和9月对系统降温效果进行了现场考察。下面重点针对3303采煤工作面和3308胶带巷的降温效果进行分析,其降温效果分析图见图3和图4。
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1#点—空冷器入风口;2#点—空冷器出风口;3#点—风筒出口;
4#点—工作面进风口;5#点—工作面中段;6#点—工作面回风口。
图3 3303采煤工作面降温效果分析图
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1#点—空冷器入风口;2#点—空冷器出风口;3#点—风筒出口;
4#点—掘进面端头;5#点—距端头5 m处;6#点—距端头10 m处。
图4 3308胶带巷掘进工作面降温效果分析图
由图3和图4可以看出,3303采煤工作面进风流通过空冷器多级冷却后风流温度由31.5 ℃下降至15.3 ℃,降温幅度达到16.2 ℃。另外,风筒出口(3#点)、工作面进风口(4#点)、工作面中段(5#点)和工作面回风口(6#点)各测点降温幅度分别为11.0、7.8、6.1、5.4 ℃,均超过5 ℃,且各测点相对湿度均由95%以上降至80%以下。同理,3308胶带巷各测点的风流温度降幅均超过5 ℃,相对湿度均降至80%以下。
6 结语
1)该制冷降温系统充分利用了阳城煤矿自有电厂冷却水系统和井筒中现有的排水管路,既能实现降温系统的排热功能,又能满足特殊时期矿井的排水要求,简化了系统工艺,降低了投资,对类似条件的高温矿井具有借鉴意义。
“我发现很多人为了减肥,也是蛮拼的。比如,无糖饮料的味道并不好,但他们为了不增胖,往往选择无糖饮料。”
2)概述了井下集中制冷降温系统的工艺设计的关键内容,总结了一套既简单又行之有效的冷负荷和管路系统水力计算方法,经验证,可应用于工程实际。
3)通过对制冷降温系统运行效果的考察,单台ZLS-3300制冷装置最大制冷量可达到3 600 kW,达到设计的10%富余量指标,可满足阳城煤矿深部采区“一面三头”的降温需求。
4)通过对采掘工作面降温前后的风流参数进行观测,降温后各主要测点的温湿度指标均优于预定指标,采掘工作面作业环境得到显著改善。
参考文献:
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根据湖泊保护管理的需要,分级制定湖泊保护名录,建立政府负责、分级管理的湖泊管理保护责任体系,实行湖泊管理保护绩效目标管理考核,充实管理人员,对相关人员进行系统的培训,提高人员素质,配备必要的巡查和管理设备,为湖泊的合理利用和高效保护提供必要的支撑和完善途径。
[2] 矿井降温技术规范:MT/T 1136—2011[S].
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