kkl101礦用無氟空氣制冷機(jī)的研制與應(yīng)用

1、第2 3 卷 第 1 O 期煤炭科學(xué)技 術(shù) 1 9 9 5 年1 O 月一 ， ／ 6。 K K L 1 o 1 礦用無氟空 氣 制 冷 機(jī)的 研制與 應(yīng)用1 概 述 隨著礦井采深的增加 ，巖溫升高 ，采掘工作面環(huán)境的熱害 日趨嚴(yán)重 ，不少工作面的氣溫 超過2 8℃，個(gè)別高達(dá)3 4℃。 治理礦井熱 害的辦法 主要是減 少或 阻止進(jìn)入 工作面的熱 量或采用 空調(diào)措 施 。 目前用 于礦井 空調(diào) 的主 要是 蒸汽 壓縮式冷水機(jī)組及 其配套

2、 系統(tǒng) ，其 制 冷劑 為氟利 昂或氨 ， 載冷荊為水或鹽水。 這 種 空調(diào) 系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)復(fù) 雜、輸冷管路 長、投資 大 。 多年來 ， 人們一直在尋求一種投資少、 系統(tǒng) 簡單 、操作維護(hù)方便 、又能與采掘作業(yè)相 結(jié)合 、直接利用現(xiàn)有的風(fēng)源和水源系統(tǒng)的空 調(diào)方法 ，壓縮空氣制冷即是其 中之一 。1 9 7 7 年 ，原蘇聯(lián) 研制成移動(dòng)式 礦用空氣制冷機(jī) ，在煤礦和金屬 礦的獨(dú)頭掘進(jìn) 巷道中應(yīng)用 。 19 8 9 年 ， 南非一金礦建成壓

3、縮空氣制冷 空調(diào) 系統(tǒng) ，將 空氣 在地 面壓縮為液 態(tài)，通過 管道 輸送 到井下 ，首先膨脹 成氣態(tài)后 ，再進(jìn) 入空氣制冷 機(jī)，排 出的低溫 空氣冷卻工作面 的風(fēng) 流。 同年 ， 波蘭也研制 出渦流管式空氣制降 溫 效 果 冷裝置 ，在煤礦掘進(jìn)工作面試用 ，取得了一 定 的空 調(diào) 效 果 。早在7 O 年代 ，我 國曾研 制過 壓氣 引射 器 和渦流管制冷裝置 ， 由于制冷量小、 噪音大 ，二者均沒有被應(yīng)用 。 直至1 9 9 3 年

4、7 月，平頂 山礦務(wù)局科研所 和中 國航 空工 業(yè)總公 司第6 0 9研究所聯(lián)合研制成 功 KK L 1 0 1 礦用無氟空氣 制冷機(jī)，開 機(jī)2 5 ～ 3 5mi n工 作 面 的氣溫 由3 4 ℃降至2 6 ℃以下 ，為我國礦井空調(diào)開辟了 一 條新的途徑 。 該機(jī)被煤 炭部列 為1 9 9 4 年重 點(diǎn)推廣項(xiàng) 目。 19 9 4 年l 1 月 ， 國家 科委 科技成果 管理 辦公室在 平頂 山礦 務(wù) 局 召開 現(xiàn) 場推 廣 會(huì) ，向

5、全國煤炭 、冶金、化工等熱害礦井推 2 原理 與 結(jié)構(gòu) 礦用空氣制冷機(jī)是根據(jù)壓縮空氣在渦輪 機(jī)中絕熱膨脹對(duì)外做 功制冷 的原理研制 的 。其理論循環(huán)見圖1 。 從制冷機(jī)出來 的空氣溫度 低達(dá)一3 O ～一1 ∞℃ ， 并作為冷源輸送至工作 面降溫 。 空氣既是制冷劑又是載冷劑 ，系能充分利用炸藥的爆破能量 ， 取得 良好的掏、擴(kuò)槽的爆 破效 果 ，配 以中深 孔光 面爆破 ，不但能達(dá)到 較高的循 環(huán)進(jìn)尺 ，有效地提高工效 和掘進(jìn)速 度

6、，有效地控制巷道超挖量 ，提高巷道 成形 質(zhì)量 ，具 有較高 的推廣應(yīng)甫價(jià)值。怍者 筒升 李晉 ， 1 9 , 5 5 年 生 ， 1 9 7 9 年 畢業(yè) 于 山西 礦業(yè)學(xué) 院地下開 采專業(yè) ，現(xiàn)在 福建省煤 炭科學(xué) 研究 , WI 作 。 遺 址 福州市末大街 5 9 號(hào) ．郵編 3 5 0 0 0 1 ．( 收稿 日期 ：1 9 9 5 — 0 6 — 1 3 ；責(zé) 任編輯 ：j 煎 應(yīng) 得 )1 3怍 ＼～～維普資訊 http:

7、//www.cqvip.com 第2 3 卷第1 0 期煤 炭 科學(xué) 技術(shù) l 9 9 5 年1 0 月：～， ： ：～～ 。J ／ J| U— 百 — — 廣— — — 圖 3 制 冷性 能 測試 結(jié)果 圖 4 ． 2 井 下運(yùn) 行 的制1 冷性能為不影 響風(fēng)鉆的正常工作 ．將從壓縮 空 氣 管道 進(jìn) 入制冷 機(jī)的 風(fēng)壓限 制 在0 ． 1 ～0 ． 1 9MP a 范 圍內(nèi)。 現(xiàn)就該 制冷機(jī) 在平頂 山礦務(wù) 局 十礦

8、 試驗(yàn)和五礦應(yīng)用 的空調(diào)效果 簡述 如下 4 ． 2 ． 1 十 礦 試 驗(yàn) 的 效 果 ( 1 )試驗(yàn) 地 點(diǎn)的 環(huán)境條 件 試 驗(yàn)選 在十 礦北 翼深部開采熱 害較嚴(yán)重 的中區(qū)巖 石軌道 下 山掘 進(jìn) 工 作 面 其 標(biāo) 高 約 為 -5 4 0m，距 地 面 垂 直 深度 9 6 0m 左 右 ；原 始 巖 溫 3 7 ～ 3 9℃ j斷面 1 4 ． 2m ；風(fēng) 鉆打 眼 ，用 3 0k W 的 扒斗機(jī)裝 巖 ， 光 面爆

9、 破 ， 錨 噴支 護(hù) ， 進(jìn) 尺3 ～4m／ d；局 扇 功 率 2 8k W ，供 風(fēng) 量 2 3 0m ／ml n ，風(fēng)筒直徑 6 0 0mm。 通 風(fēng) 系統(tǒng)見 圖4 。 班 工作 人 員1 5 ～2 0 人 。 環(huán)境 空氣 干球溫 度 3 2 ～3 O℃， 相對(duì) 濕度 9 6， 悶熱難 忍． 工作條件 較 差 。圖4 巷 道 通風(fēng) 系統(tǒng) 示意 圖 ( 2 )KK L 1 0 1 礦 用 空 氣 制冷 機(jī) 制 冷 量 。制冷機(jī)安

10、裝 在距掘 進(jìn)工 作面5 0 ～ 6 0m 處 ， 以 避 免 放 炮 損 壞 ，隨 工 作 面 向前 推 進(jìn) ，每 隔 1 O～ 2 0m 移 動(dòng)一次 。 在制冷機(jī)運(yùn)行期 間 ，測 量 不同進(jìn)氣壓力 時(shí)制冷 機(jī)空氣 進(jìn) 出1 ： 3 溫度 、水 冷卻器 進(jìn) 出 口溫 度及流 量等 參數(shù) 。 制冷 量按 下 式 計(jì) 算 Q= C出 式 中 Q—— 制冷 量 ．k W ；C—— 空 氣 的 定 壓 比 熱 ，k J ／ ( k g

11、83; ℃ ) ， C p 一 1 }— — 空氣的質(zhì)量流量 ·k g ／ s }出—— 制 冷 機(jī) 進(jìn) 、 出 口 空 氣 溫 度 差 ， ℃。測試結(jié)果見 下表 。實(shí)測數(shù)據(jù)表明 ，制冷 機(jī) 的制 冷量 隨供 氣壓力 升高而增大 ，當(dāng)壓力 為 0 ． 19 MP a 時(shí) ． 制冷 量達(dá) 9 1 ． 1 MJ ／ h( 2 5 ． 4kW )I ( KL 1 0 1 礦 用空氣 制冷 機(jī)棚 冷 ■翮 試結(jié) 果衰 ( 3 )消音隔

12、熱風(fēng)筒 的效果 。 根據(jù)測得的 隔熱 風(fēng)筒的進(jìn) 、出 口空氣溫度 ．經(jīng)計(jì)算 ，風(fēng) 筒冷 量損失 為 1 8 ． 5 8 ~5 4 ． 3 4k J ／( h · m)在 距 K K L 1 0 1 礦 用空氣 制冷機(jī) 1m 處 ， 測得噪 音 小于 8 3d B，而同 樣距 離單 臺(tái)風(fēng)鉆 的噪音 為 1 0 7d B。( 4 )工 作面降溫 效果 。由于巷道頂 板淋 水 ，底板部分有 積水 ，掘 進(jìn)工作面 空氣的相 對(duì)濕度達(dá)

13、9 6當(dāng)冷風(fēng)送入 時(shí) ，空氣 的干球 溫度逐漸降低 ，而相 對(duì)濕度基本不變 ，故在 此僅敘述空氣溫度 的降低效果 在制冷機(jī) 啟動(dòng)前 ，巷道的空 氣溫度 與風(fēng) 筒內(nèi)風(fēng)流溫度狀況見 圖 S在 啟動(dòng) 制 冷機(jī) 向掘 進(jìn) 工 作 面輸 送 冷 風(fēng) 后 ，由于風(fēng)筒 內(nèi)的低溫氣流首先 在工作面擴(kuò) 散 ，工作面的氣溫首先下 降 。隨著冷 風(fēng)流 的 流動(dòng)和時(shí) 間的推移 ，降溫 的范圍逐漸 向遠(yuǎn)離 工作 面方 向擴(kuò)展 ，但降溫幅度越 來越 小 。當(dāng)l 5