1、XXXXXXXXXXXXX有限公司农业综合开发项目可行性研究报告XX工程咨询有限公司二零XX年XX月XX项目可行性研究报告建设单位：XX建筑工程有限公司建设地点：XX省XX市编制单位：XX工程咨询有限公司20XX年XX月58可行性研究报告编制单位及编制人员名单项目编制单位：XX工程咨询有限公司资格等级： 级证书编号：（发证机关：中华人民共和国住房和城乡建设部制）编制人员： XXX高级工程师XXX高级工程师XXX高级工程师XXXX有限公司二XX年XX月XX日目 录第1章 矿井概况及存在问题- 1 -1.1xx煤矿概况- 1 -自然情况- 1 -开拓开采情况- 3 -地温现状- 4 -井下水文现状2、- 7 -井下气候- 9 -1.2 项目目标及技术思路- 14 -1.3 可行性研究任务与依据- 14 -1.3.1 可行性研究任务- 14 -1.3.2 可行性研究依据- 14 -1.3.3 可行性研究指导思想- 15 -第2章 项目建设必要性- 16 -2.1 深井高温热害- 16 -深井高温对安全的影响- 16 -深井高温对人体的危害- 18 -深井高温对机电设备的危害- 20 -深井热害的综合影响- 20 -2.2关于热害的相关国家政策法规- 21 -2.3xx煤矿热害治理的必要性- 21 -第3章 国内外研究现状- 23 -3.1 深井热害治理现状- 23 -3.1.1 气冷技术原理3、- 23 -3.1.2 冰冷技术原理- 24 -3.1.3 水冷模式HEMS降温系统- 25 -3.2 深井热害治理的方案选择- 26 -第4章 冷源条件分析284.1 矿井涌水冷源条件284.2 矿井回风冷源分析28第5章 项目建设方案- 30 -5.1 设计参数- 30 -5.1.1 气象参数- 30 -5.1.2 工作面环境参数- 30 -5.1.3 工作面设计参数- 30 -5.2 负荷计算- 30 -采煤工作面冷负荷- 31 -掘进工作面冷负荷计算- 35 -5.3总冷负荷计算- 36 -5.4 深井降温方案- 37 -5.3.1 方案一- 37 -5.3.2 方案二- 38 -5.4、3.3 方案三- 39 -5.3.4 方案四- 39 -第6章 施工设计- 41 -6.1 HEMS-I制冷工作站冷却水系统施工设计- 41 -冷却水水量计算- 41 -冷却水管设计- 41 -制冷设备选型- 43 -管路安装- 43 -设备峒室- 45 -降温、降压水池及系统运行- 45 -6.2 HEMS-II降温工作站冷冻水系统施工设计- 46 -冷冻水水量计算- 46 -冷冻水管选型- 46 -设备选型- 47 -管路布置- 48 -设备峒室- 48 -第7章 工程投资与运行成本- 49 -7.1 工程投资- 49 -7.1.1 方案一- 49 -7.1.2 方案二- 51 -7.1.5、3 方案三- 53 -7.1.3 方案四- 56 -7.2 运行电费计算- 58 -第8章 结论- 60 -61第1章 矿井概况及存在问题1.1xx煤矿概况自然情况一、地理位置及井田范围1、井田位置xx煤矿位于江苏省徐州市西北xx县刘集镇境内，距徐州市22km。以矿井新混合井为中心，其地理坐标为：东经11659,北纬3421。图1-1 矿井交通位置图2、井田范围井田西起江苏省与安徽省省界，东至3808000纬线，南起各煤层露头，北至各煤层-1300m等高线，东西长9.5km，南北宽1.53.5km，开采深度标高:-115-1300m，面积约27.58km2。具体范围由18个拐点圈定，江苏省地质6、矿产厅批准的采矿许可证登记证号：3200000620055，各拐点坐标见表1-1。表1-1 矿井范围拐点坐标表点号纬距（X）经距（Y） 点号纬距（X）经距（Y）13802880205013101038057852049884523802065205006751138068502049930033801480204999001238077252050025043802430204979501338076752050132553803030204977601438073002050200063803075204977701538067952050226073803630204975201638087、00020503320838039402049677517380800020504670938041302049679518380617220504607二、气候条件据徐州气象台的汇编资料，本区属于南温带的鲁淮区，具有长江流域与黄河流域气候的过渡性，接近北方气候的特点，气候温和，光照充足。春秋季短，冬夏季长，冬寒干燥，夏热多雨。常有寒潮、霜冻、冰雹等灾害天气出现。1、气温年平均气温14.4，夏季平均气温37，日最高气温达40.6（1978年6月11日）；冬季气温在-9-13，日最低气温为-22.6（1969年2月6日）。2、降水量多年平均降水量834.7mm，年最高降水量1297.0mm（198、85年），最低为500.6mm（1988年），最大日降水量273.3mm（1997年7月17日）。全年降水量多集中于68月份，约占年降水量的60%，春秋季节次之，约占35%，冬季最少，仅占5%左右。3、蒸发量本区多年平均蒸发量为1748.59mm，最高为2279.0mm（1978年），最低为1218.2mm（1985年）。月最大蒸发量为175.8mm（1988年6月），月最低蒸发量为59.3mm(1988年2月)。4、相对湿度本区多年逐月平均相对湿度为69.52%，78月最高约在7683%，36月最低位约在6265%。年平均相对湿度最高为1952年的76%，年平均最低为1988年的62%。湿润9、系数约为0.5，故本地区属半湿润区。5、风向、风力全年以偏东风为最多，约占16个方位的1/3，年平均风速2.9m/s，最大风速23.4m/s（1952年6月7日），风向为西北风。6、冻土年平均冻土深度为15.1cm，最大28.0cm。7、霜、雪霜期一般在11月至次年3月。年平均降雪10天，最多28天，年均积雪厚度为7.7cm，最大达24.7cm（1969年2月）。开拓开采情况一、建设情况xx煤矿于1970年9月建井，1979年6月建成投产。矿井原设计生产能力为45万吨/年，1999年6月改扩建工程完成后，生产能力变更为90万吨，2007年矿井核定生产能力为75万吨/年。二、开采情况1、开采水平10、矿井采用立井多水平开拓，老主、副井落底标高为-300m水平，新混合井落底标高为-700m水平,随着开采深度的不断加深，-300m水平停止生产，2003年以后生产主要集中在-700m水平。目前，矿井正在进行-1260m水平北翼延深工程，预计2012年具备生产条件。2、开采煤系矿井投产以来，主要开采二叠系山西组与下石盒子组煤层，太原组煤系仅进行少量开拓工程。山西组煤层主采7、7-2、9、9-2煤；现在浅部7、7-2煤已回采结束。下石盒子组1、2煤在-300水平进行过少量试采，由于当时开采技术水平限制，仅回采9个工作面。为实现两系配采，保证矿井产量和煤质的相对稳定，2004年xx煤矿在东二采区-7011、0m大巷施工下石盒子组开拓工程，2008年2月放面回采。由于太原组煤层水文地质条件复杂，在开拓过程中发生特大突水，造成淹井事故，停止了该煤系的开拓。-1260m深部延深水平主采山西组9煤，7煤由于受构造及岩浆岩侵入影响，仅局部地段可采。地温现状围岩原始温度(即原岩地温) 的测定是矿井热害防治最重要的基础工作，所取得参数是进行矿井热源分析及井下风流温度预测计算的重要基础参数，也是划分矿井热害等级的基本依据。一、井下地温资料根据中国科学院地质研究所地热组提供的资料：xx井田恒温带为2530m，恒温度为15.1。李庄井田精查补充勘探报告及徐州矿务集团xx煤矿东翼深部补充勘探地质报告介绍：勘探期间井田12、内共有测温钻孔29个，其中3个孔作近似稳态测温，26个有中性点，由中性点、恒温点及井底瞬时温度做校正温度曲线，得出各测温孔地温梯度值平均为2.65/100m，作为本矿区近似地温梯度。具体地温分布情况如表1-2所示：表1-2 钻孔相同深度岩温及地温梯度统计表深度孔号300m500m800m1000m1100m1200m地温梯度度/100m地温率m/40624.430.2392.9234.340925.732.43.3529.941024.530.32.9034.541327.538.542.32.9633.841723.027.534.32.2644.342122.827.434.539.12.13、3342.942323.829.036.7422.6038.542824.828.92.0548.843823.728.92.6038.544025.331.83.2530.844523.528.636.32.5639.145424.029.337.442.72.6737.445624.330.02.8535.145823.729.036.82.6238.246522.426.733.52.2245.147225.447323.523.435.92.4840.347522.526.82.1546.547722.927.52.3043.548024.029.337.32.0648.547623.14、728.636.02.4640.717-223.729.037.043.446.92.8235.419-122.927.635.741.244.146.82.5938.619-223.428.536.942.946.02.7536.319-323.328.335.741.246.52.8435.221-123.729.137.342.945.82.7236.721-223.328.436.342.651.154.32.8135.524-124.029.637.642.92.7136.924-223.628.837.243.747.250.42.9034.4平均23.929.136.742.2415、6.850.5差异3.315.14.44.67.07.5注：据李庄井田精查补充勘探地质报告、徐州矿务集团xx煤矿东翼深部补充勘探地质报告。二、原岩地温验证原岩温度的测定一般分两种：一是深孔测温法，二是浅孔快速测温法。两种方法的选择要视测温地点的具体情况而定。因为，巷道开掘后，围岩中的地温场就会受到矿井排水、通风等因素的扰动，从而在围岩中形成冷却带。并且随巷道通风时间的延长，其冷却带的厚度也逐渐加大，据资料统计：通风时间1年的巷道，冷却带厚度约为18m，2年约为25m，5年以上约为40m。（l） 深孔测温法深孔温度就是在井巷中，利用钻机向围岩内打水平测温孔(其深度应大于井巷冷却带 厚度)，再将在16、标定好的测温热电偶探头送入孔底、封孔，经过一定时间，测得稳定的温度值即是原岩温度。利用深孔测温时，必须要设法消除或减少矿井排水和通风的影响，需要合理地选择钻孔位置和钻孔深度。钻孔位置应避开地质构造和水文地质复杂地段，选择在岩性较好，不渗水或渗水小的地点，钻孔深度应大于该处围岩冷却带的厚度。（2） 浅孔快速测温法浅孔快速测温是在井下连续推进的岩巷掘进工作面(其周围30m以内无通风2年以上的井巷或硐室)，并在岩面暴露时间不超过24h，利用迎头的炮眼或临时打的23m深钻孔进行测温的方法。为了验证地质勘探测温钻孔资料的准确性，我矿于2008年8月109月15日对北翼延深回风下山现有水平原岩温度进行了深17、孔测温（具体实施方法及测温结果见附3），并将地质勘探测温钻孔资料与测试结果相比较，对岩温曲线其进行修正。具体测量数据如表1-3所示：表1-3 xx煤矿深孔测温结果-1050m水平北翼延深回风上山钻孔编号钻孔内温度t()钻孔内温度t()1#(5m)40.140.22#(15m)50.1(废点)50.1(废点)3#(30m)42.842.84#(20m)50.1(废点)50.1(废点)5#(10m)41.641.7-950m水平北翼延深回风上山1#(30m)39.839.92#(20m)38.538.53#(15m)37.838.04#(5m)37.037.05#(10m)37.237.3-85018、m水平北翼延深回风上山1#(5m)35.635.72#(10m)35.135.73#(15m)35.736.14#(20m)37.037.25#(30m)37.837.9-750m水平北翼延深回风上山1#(5m)32.832.92#(10m)33.433.43#(15m)34.635.04#(20m)35.035.25#(30m)48.1(废点)48.1(废点)根据表1-2、1-3测定地温的变化情况，作出矿井地温曲线图（如图1-2）。根据图2-1所示，综合比较地质勘探测温钻孔资料与深孔测温资料，预计-1260水平地温将达到51.5。图1-2 地温曲线图井下水文现状一、矿井涌水现状xx煤矿地下水19、以静储量为主、补给条件不良。随着矿井不断地疏干排水，各含水层水位已普遍不同程度下降。目前太原组四灰含水层为矿井唯一用水水源，据462号水文观测孔观测，其由于过度开采导致水位及水量下降较快，已不能完全满足矿井生产及生活的需要。现阶段矿井各水平涌水量基本稳定。表1-4所示矿井涌水量为年平均值。其中，-300水平矿井涌水主要供给洗煤厂（12.5m3/h）、洗浴中心（16.7m3/h）、井下生产防尘用水（54m3/h），其余矿井水到地面后外排。表1-4 各水平实测涌水量表年份水平下石盒子组流量（m3/h）山西组流量（m3/h）太原组流量（m3/h）2006-30069.242.2 -700101 2020、07-30069.541.1 -700952008-30070.340.1 -70095 二、矿井水质现状矿井水质主要包括水的总矿物量、硬度、PH值、水温等内容。由于矿井水质为定期采样测定，时间跨度较大，对矿井水质的分析只能反应近期情况，表1-4所示为2007年12月取样化验的矿井水质化学分析资料，水温为2008年6月测量数据。我矿-300水平已经停止回采，该水平矿井水杂质含量较-700水平低，知其总矿物含量小于2g/kg，PH在7.09.2的区间内，符合GB 50050-95工业循环冷却水的水质标准的水质要求。表1-5 矿井水质化学分析资料统计表取样地点全硬度（德国度）暂时硬度（德国度）水温21、（）固形物mg/kgPH总矿量（mg/kg）-300水仓混合水25.5813.022312108.141210-700东大巷水沟混合水2.132.132523589.132358-700西翼充电硐室水沟混合水15.1715.172122108.292211井下气候一、井下气候现状根据矿井投产以来的资料统计，矿井在-700m以上浅部采区温升率为0.00670.018/m，深部-700m以下深部温升率为0.0130.027/m。-700m东大巷测定夏季气温为2425，平均湿度为80%。表1-6井下气候参数为2008年6月2425日测定。表1-6 各水平工作面气候参数表工作面A-B长度mB-C长度m22、A点温度B点温度C点温度A-B升温率/mB-C升温率/m平均标高m风量m3/h原始岩温1346工作面10151302526280.0010.015-460496289360工作面3301102527290.0060.018-600774 31.79401工作面8001402527290.00250.014-560830 31延深轨道800152328.7290.00250.020-980548 41.6延深运输800152328.7290.00250.020-980578 41.6延深回风900152428.6290.00340.027-980560 41.6注：采煤工作面A点为皮带机道进风口23、，B点为工作面下出口，C点为上出口往下15m位置；掘进工作面A点为风机口，B点为迎头，C点为距回风口15m位置。二、深部采区气候预测依据煤矿井下热害防治设计规范的相关规定，矿井气候条件预测方法主要有三类：即数学分析法、实验室模型模拟法、实测统计法，目前较为普遍采用的是数学分析与实测统计相结合的方法。xx矿深部采区气候预测采用的就是此方法，即通过已有各工作面的气候参数进行数学分析，建立数学模型，预测深部采区工作面的气候。1、计算单位时间内每米焓升量根据表2-5中，1346工作面，9401工作面，9360工作面气候参数，计算各工作面单位时间内每米焓升量：G -单位时间内通过的空气质量，G=V,kg24、；-空气密度，1.2kg/m3；V -单位时间内通过风量，m3/s；i空气焓量，kJ/kgL-工作面长度，m。根据查空气焓湿表，得： Q1346=1.043kW/m; Q9401=1.300kW/m; Q9360=1.361kW/m。2、绘制焓升曲线xx煤矿深部采区的通风系统可以假设为一个温度场。一般情况下，物体内任一点的温度为该点的位置以及时间的函数，故该温度场的数学表达式为t = f (x, y, z,)式中x, y, z物体内任一点的空间坐标；t温度，；时间，s。若温度场内各点的温度随时间而变，此温度场为非定态温度场，这种温度场对应于非定态的导热状态。若温度场内各点的温度不随时间而变，即25、为定态温度场。xx煤矿深部采区开采以后，各生产系统风量及水平基本稳定，可以近似的设为定态温度场。定态温度场的数学表达式为：t = f (x, y, z) 在特殊的情况下，若物体内的温度仅受一个坐标方向发生变化的影响，此温度场为定态的一维温度场，即：t = f (x) 由图2-1知，xx煤矿深部地温梯度基本稳定在2.65/100m，地温曲线近似为一次函数曲线，且已知测量工作面和深部采区工作面均为机械生产工作面，那么综合考虑工作面长度、单位时间风量、空气焓升量等条件，拟定单位时间内每米焓升量曲线为一维温度场的二次曲线，即f（x）=Ax2+Bx+C，x代表工作面平均标高，f（x）代表工作面单位时间内26、每米焓升量，具体计算如下：A（460）2-460B+C=1.043A（560）2-560B+C=1.300A（600）2-600B+C=1.361求解得：A=2.1610-5; B=2.0910-2; C=5.96; 即得焓升曲线为：y=2.1610-5x2+2.0910-2x+5.96具体如图1-3升曲线所示：图1-3焓升曲线3、-1260水平工作面温度预测根据我矿三个水平工作面气候参数确定焓升曲线，设-1260工作面气候参数符合焓升曲线方程，那么将深部采区工作面参数带入焓升曲线方程得：Q北一=13.9kW/m；深部采区工作面设计长度为150m，预计空气焓升量为2085kW，由下式得：G -27、单位时间内通过的空气质量，G=V,kg；-空气密度，1.2kg/m3；V -单位时间内通过风量，m3/s；i-空气焓值，kJ/kg,-700水平风流焓值为77 kJ/kg，i1=148 kJ/kg；查空气焓湿表得：T=37.5即深部采区综采工作面温度预计为37.5。三、地面气温对井下气候的影响根据徐州气候资料统计，徐州地区冬季（12月2月）平均气温为3.3，春季（3月5月）平均气温为15.2，夏季（6月8月）平均气温为26.8，秋季（9月10月）平均气温为16.5。井下的风温受地面气候和围岩温度的双重影响，为进一步了解气候变化对井下风温的影响，2008年6月2009年2月xx矿组织人员对不同温28、度下井上、下温度情况进行测定。具体结果如下：表1-7井下温度实测值 月份地点6月7月8月9月10月11月12月1月2月地面温度22273228125327-700大巷温度252526252015141316延深-980水平温度293030302724232325注：冬季为了防止井口结冰，对矿井进风流进行预热。注：紫色线为地面供风温度；粉红线为-700大巷温度；蓝色线为延深-980水平温度。图1-4 井上、下温度变化曲线图由图1-4见，随着深度的增加地面温度对深部供风温度的影响逐步减小。根据资料统计6月至次年2月地面供风温度为132，-700大巷温度变化范围为1326，-980辅助车场温度变化范29、围为2330，最大影响温度为8，测定的季节度范围根据焓升曲线方程计算，当延深-1260水平采煤面温度达到30（未采取降温措施）时，-700m水平温度为15左右，即在每年10月至次年2月期间可以不采用人工降温。1.2 项目目标及技术思路针对xx煤矿存在的热害难题，结合xx煤矿的实际情况，确定降温方案：从矿井涌水和回风中提取冷量，为两个工作面（一个备用工作面）及三个掘进头降温。其中，从回风中提取冷量分别考虑了从-300水平和-700水平提取回风冷量，确定最优方案。矿井涌水+回风 提供冷量两个工作面降温三个掘进头降温1.3 可行性研究任务与依据 可行性研究任务本项研究的任务是论证xx煤矿深井降温工程30、的必要性和可行性。本可行性研究报告主要论述的问题为：xx煤矿深井降温工程的必要性xx煤矿深井降温工程的可行性xx煤矿深井降温工程的经济分析xx煤矿深井降温工程的综合评价 可行性研究依据采暖通风与空气调节设计规范GB 50019-2003建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范GB 50424-2002工业设备及管道绝热工程设计规范GB 50264-97组合式空调机组GB/T 14294-93水源热泵机组GB/T 19409-2003供配电系统设计规范GB 50052-95低压配电设计规范GB 50054-95xx煤矿矿井水情况说明xx煤矿水文地质资料xx煤矿矿井水处理工程资料相关专业的其他设计规31、范其他现场调查资料 可行性研究指导思想xx煤矿深井降温工程提取矿井涌水的冷能，进行深井热害治理；达到节能、绿色环保、高效运行目的，实现矿区可持续发展。因地制宜，优化方案，高效运行，方便管理。第2章 项目建设必要性2.1 深井高温热害深井高温对安全的影响由于湿热环境能引起人的中枢神经失调，从而使人精神恍惚、昏昏欲睡，导致采煤工作面的事故率增多。据日本北海道七个矿井的调查统计，气温在30以上的工作面事故率比气温在30的高1.52.3倍。据南非多年的调查统计，当矿内作业地点的空气当矿内作业地点的空气湿球温度达到28.9时（相当于干球温度30），开始出现中暑死亡事故。图2-1为南非金矿井下温度与事故率32、关系。图2-1 南非矿井下温度与事故率的关系中国矿业大学（北京）岩土工程中心以何满潮教授为首研究团队所做的深部煤岩T-P耦合瓦斯解析实验结果表明，深井温度变化将会引起煤层内吸附瓦斯逸出增加，从而使得井巷中的瓦斯浓度升高，容易发生瓦斯爆炸，严重威胁生命和财产安全。实验结果见图2-2和图2-6.图2-2 煤温25.1时气体逸出测试结果图2-3 煤温40.9时气体逸出测试结果图2-4 煤温55.7时气体逸出测试结果图2-5 逸出气体中甲烷含量值随温度变化关系图2-6 逸出气体中二氧化碳含量值随温度变化关系深井高温对人体的危害人们长期在矿井下高温环境中作业，高温可能使人产生一系列生理功能的改变，根据医33、学研究成果，井下不同的温度热环境对人的危害如下：30汗腺开始启动，在这种温度下工作2-3小时，人体“空调”汗腺就开始启动，通过微微渗汗散发积蓄的体温。31散热机制立刻反应，这时浅静脉扩张，皮肤微微出汗，心跳加快，血液循环加速，对于井下工作的工人而言，应采取降温措施，同时应限制体弱者在井下工作。32人体自我冷却，一级报警，在这个温度下，人体通过蒸发汗水散发热量进行“自我冷却”，每天大约排出5升汗液，可带走钠15克、维生素C50毫克及其它矿物质，血容量也随之减少。此时，一定要注意补充含盐、维生素及矿物质的饮料，以防电解质紊乱，同时动用可能的降温措施。33多脏器参与降温，二级报警，一旦气温升至33，34、人体通过汗腺排汗已非常困难，且难以保证正常体温，不仅肺部急促“喘气”以呼出热量，就连心脏也要加快速度，输出比平时多60%的血液至体表，参与散热。这时降温措施、心脏药物保健及治疗不可有丝毫松懈。34汗腺濒临衰竭，三级报警 汗腺疲于奔命地工作，已经无能为力并趋于衰竭，这时很容易出现心脏病猝发的危险。35大脑顾此失彼，四级报警，高温直逼生命中枢，大脑已经顾此失彼，以致头昏眼花、站立不稳。人必须立刻移至阴凉地方或借助空调降温。36危及生命的休克温度，排汗、呼吸、血液循环，一切能参与降温的器官，在开足马力后已接近强驽之末。此时生命临危，刻不容缓地需要救护措施。另外，井下湿度达95%100%的高湿环境给工35、人带来极大的危害，人们长期在高湿的矿井下作业，将会使人产生一系列的生理功能改变，影响人的正常生理功能，使人的机理不能有效地散发热量，出现中暑晕倒，严重的会出现死亡。另外，矿工长期在高湿的矿井下作业，会使人患上风湿病、皮肤病、皮肤癌、心脏病及泌尿系统和消化系统等疾病，还会使人产生心绪不宁、心情浮燥，诱发人精神方面的疾病，严重影响矿工的身心健康。如安徽淮南九龙岗煤矿（深830m，工作面气温28左右），工人中高血压及心悸病患者较多，1974年，平顶山八矿东一石门（深510m，气温30左右）工作面出现了温度为36的热水，水量仅12m3/h，竟使工作面气温上升至3334，施工的工程兵战士中曾多次发生中暑36、昏倒及呕吐的病例，凡是在那里工作的人均患有传染性湿疹，几无幸免者，冬季感冒的发病率也特别高；广西合山矿务局里兰矿，由于井下有2835的热水涌出，巷道内气温在2229.6之间，出水点附近可达33，据1976年统计，井下工人有415人患有各种皮肤病，也发生过多起中暑昏倒病例。据调查有以下典型案例，1996年7月25日，湖南省邵阳某矿因回采工作面风温高达32，相对湿度达98%以上，一个班就有5名矿工因中暑晕倒在工作地点，经抢救才幸免于难；湖南省冷水江某矿多年调查统计表明，矿工长期在高湿的矿井下作业，患风湿病、皮肤病、皮肤癌、心脏病的比例很高，并有如下调查结果：患风湿病的比例为186人/千人，患心脏病37、的比例为79人/千人，患皮肤病的比例为121人/千人，患皮肤癌的比例为45人/千人。深井高温对机电设备的危害矿井里任何机电设备、电缆均是通过与环境的对流来散发本身所产生的热量，其工作环境温度、湿度超过规定的限值或长期处在限值附近时，必将导致设备散热困难，以致发生设备故障。一般情况下，按常规方法难以查明发生事故的原因。机电设备的环境温度要求：我国矿用一般型机电设备的工作环境温度为40；矿用隔爆型机电设备的45。但这并不等于说，只有到了上述限值才会发生设备故障,如果机电设备长期处在上述限值附近，则机电设备故障率将急剧上升。日本通产省的调查统计表明：机电设备在相对湿度90%以上、气温为3034的地点38、工作时，其事故率比低于30的作业地点高3.6倍。我国平顶山煤业集团公司五矿1997年6月，己3采区一采面回风顺槽（气温35C，相对湿度96%）电缆由于环境高温致使其绝缘漏电，击毙两人;而在未降温的采掘工作面却屡屡发生作业人员中暑、热击事故，给生产带来很大影响。深井热害的综合影响温湿环境对人的劳动生产率是有影响的。国内外研究统计表明，气温每增加1，矿井生产效率则降低68%。根据孙村矿2002年7月份的统计，工作面工人定员40人只有7人出勤，同时每年的高温季节6-9月份，矿井生产几乎陷于停顿状态，对生产影响非常大。气温每增加1，矿工劳保医疗费增加810%；徐州夹河矿7446工作面温度高达3436，39、湿度高达100%，2006年因高温热害现场晕倒172人次，死亡时有发生。根据南非的最新统计，在湿球温度32.833.8下工作的工人，千人中暑死亡率为0.57。以30为标准，气温每增加1，井下机电设备的故障率增加1倍以上。实际上xx煤矿井下，高温作业地点的工作效率相对低下，也是客观存在的。2.2关于热害的相关国家政策法规煤矿安全规程第102条规定：生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26，采掘工作面的空气温度超过30时，必须停止作业。国务院矿山安全条例和矿山安全监察条例：国务院关于发布矿山安全条例和矿山安全监察条例的通知中说：“今后，凡新建、改建、扩建的矿山，其劳动条件和安全卫生设施都必须符合条例40、的规定，否则不准投产。对于在条例公布以前已经投产的国营矿山，其劳动条件和安全卫生设施达不到规定标准的，必须纳入调整计划，限期达到。对于现有的矿山，有关部门要积极予以支持，帮助它们创造条件，逐步达到矿山安全的要求。”矿山安全条例第11条对地质部门需要提供的有关高温矿井的资料进行明确的规定；第19条对矿井生产过程中出现的高温热害治理需要编制专门的矿井降温设计，作了进一步要求；第53条“井下工人作业地点的空气温度，不得超过28。超过时，应采取降温措施或其它防护措施。”矿山安全监察条例第七条“对严重违反矿山安全条例的矿山企业和有关工作人员，有权处以罚款”；第八条“对严重违反矿山安全条例的矿山企业及其主41、管部门的责任人和领导人，有权提请上级领导机关给予行政处分，或者提请司法机关依法惩处”；第九条“对不具备安全基本条件的矿山企业，有权提请有关部门令其停产整顿或者予以封闭。”2007年国务院安全生产委员会办公室办法通知各省建议采深超过千米的矿井暂停开采，其主要原因就是深井热害问题得不到很好的解决。2.3xx煤矿热害治理的必要性xx煤矿-800钻孔平均岩温为36.7，-1200米水平平均岩温高达50.5。-700m水平巷道气温达25，最高可达29；随着矿井开采深度的增加，预计在-1260水平工作面温度将达到37.5。由于工人长时间在高温、潮湿的气候环境中作业，体力消耗大，平均劳动效率比在正常气候条件42、下工作时下降20%30%，职工出勤率低。特别应该指出的是工人因在高温环境下作业引起的综合症头晕眼花精神恍惚、疲乏恶心等，中暑现象时有发生，伤病工人多，而且随着开采深度的增加，热害问题将会愈来愈严重。根据所测结果，进入夏季，井下采掘作业场地气象条件进一步恶化，井下作业人员受高温煎熬，治理热害已成为当务之急。第3章 国内外研究现状3.1 深井热害治理现状现代制冷技术是19世纪中后期发展起来的一门学科，将制冷技术应用于矿井热害控制始于上世纪20年代，但迅速发展并广泛应用是在70年代之后。从总体上看，根据冷源获取方式可分为三种：（1）德国气冷式，从井下回风或地面空气中提取冷能，通过水体将冷能输送至工作43、面和掘进端头，由于从空气中提取冷能所以系统能效比低、管路长、沿程损耗大、排热困难、混风系统除湿效果不显著。（2）南非冰冷式，主要是将制冰机制出的冰块撒向工作面，通过冰水相变完成热量交换，或利用井下融冰后形成的冷冻水向工作面喷雾，达到降温目的，由于蒸发温度过低系统能效比低、管路长、沿程损耗大、容易堵塞、混风模式除湿差。（3）水冷模式，提取矿井涌水中的天然冷能，能效比高，系统管路短，将井下热害转化为热能资源到井上取代燃煤锅炉供热，系统为一个循环生产系统。 气冷技术原理前苏联Morio Aelho矿在1929年安装了第一个井下集中空调降温系统，但该迅速发展并开始广泛应用是始于上世纪70年代，以德国为44、首展开了矿井集中空调人工制冷技术的研究。集中空调井下降温方式，主要是将地面集中空调制冷模式及工作原理引用到矿井降温领域，进行井下降温，工艺原理见图3-1。该技术将机组冷却水回水通过喷淋设施进行冷却，有时在冷却水系统增设局部通风机，利用风流与水的换热作用加强冷却效果，机组冷冻水经过空冷器与巷道进风风流完成换热作用，冷却后的风流由风机鼓风并经风筒输送到工作面，进行工作面降温。集中空调降温系统根据布置形式逐渐发展为地面集中式和井下集中式。图3-1 德国集中空调降温原理气冷模式应用结果表明，对于地面集中式主要存在大深度，高压力，造价高等问题；对于井下集中式，主要存在排热困难、降温效果差、混风系统除湿效45、果差、运行费用高等问题。 冰冷技术原理冰冷却系统的研究与应用主要以南非为主，1976年南非环境工程实验室提出了向井下输冰供冷的方式，1986年南非Harmony金矿首次采用冰冷却系统进行井下降温，取得了一定的降温效果工艺原理见图3-2。图3-2 南非冰冷却系统降温原理所谓冰冷却降温系统，就是利用制冰机制取的粒状冰或泥状冰（块状冰要经过片冰机加工），通过风力或水力输送至井下的融冰池，然后利用工作面回水进行喷淋融冰，融冰后形成的冷水送至工作面，采取喷雾降温。冰冷却降温系统由制冰、输冰和融冰三个环节组成。冰冷系统主要存在输冰管道容易形成堵塞、中断运行；喷淋降温，增加湿度；管路长，沿程冷损大，混风模式46、除湿差，运行费用高等问题。3.1.3 水冷模式HEMS降温系统德国技术存在的主要问题是：（1）井下系统排热困难；（2）混风降温模式，降温效果差，降湿不明显；（3）地面系统投资太高，建设周期长，运行费用高。南非技术存在的主要问题是：（1）系统长，投资大；（2）混风或喷淋降温，湿度增加；（3）运行费用高。因此，研发一种降温降湿效果好、投资不大、运行费用低的深井高温热害治理技术及其相应的装备系统，已经成为深部煤矿安全生产的重大需求。深部岩土力学与地下工程国家重点实验室主任何满潮教授针对以上问题，结合煤矿生产工艺系统特点，综合运用工程地质和水文地质学、工程热物理学、地热学、采矿学、热力学等多学科理论，47、提出了以矿井涌水为冷源的深部煤矿高温热害治理技术原理，即：从现有矿井涌水中提取冷量，然后传输该冷量至深部工作面，与高温空气进行热交换，从而达到降低工作面温度的目的；研发了相应的装备系统，包括制冷工作站HEMS-I子系统、压力转换工作站HEMS-PT子系统和降温工作站HEMS-II子系统。这些装备系统全部拥有自主知识产权，已获国家发明专利授权五项。该技术具有如下特点：（1）以井下矿井涌水为冷源，降温原理先进；（2）纯风降温模式，降温效果好，同时可以降湿；（3）投资小，能耗低，运行费用低；（4）本项目技术并不仅仅是一个热害治理技术，它可以把从深井中置换出的热量以水为载体，通过泵站输送到地面工作站，48、升温后可以作为地面供热及洗浴的热源，从而形成井下降温采热、地面热能利用的热害资源化循环生产工艺系统，大大改善了井下工人的高温环境下的安全工作状况。整个工艺系统由上循环系统、下循环系统及风循环系统组成，其中上、下循环系统是闭路循环系统，循环介质是水体，而风循环系统则是开路循环。首先根据降温工作面计算的冷负荷，进行HEMS-I制冷工作站的设计，在设计中要考虑系统运行过程中能量的损失，要求HEMS-I工作站必须能够提供足够的冷量；HEMS-II工作站设计是根据HEMS-I提供的冷量，通过冷量载体与风流的热交换，将工作面的热量置换后达到降温的效果；HEMS-PT工作站在系统中主要起到压力转换也就是降低49、设备承压的作用，因为HEMS-I与HEMS-II两个工作站布置在两个不同的开拓水平，当两个水平间高差很大时所造成的高压对于下水平布置的管道及相关设备的承压性能提出很高的要求，导致在设备及相应材料的选择上存在很难克服的难题，当在两者之间设置HEMS-PT工作站后，将系统分为上循环和下循环两个闭路循环，这样就将上下两个循环均控制在常规设备可以承受的压力范围内。图3-3 矿井涌水降温技术原理3.2 深井热害治理的方案选择通过对HEMS系统与德国的集中空调降温技术和南非的冰冷却系统在获取能量、能源消耗方式及降温效果等方面的对比，如表3-1所示。表3-1 HEMS系统与其他降温方式性能对比表技术类型技术50、来源制冷模式能效比(COP)供风模式降温指标降湿指标单井平均投资(千万元)单井年运行费(千万元)系统特点气冷技术德国气2.0混风23351.5耗能系统冰冷技术南非冰1.6混风37不显著562.2耗能系统矿井涌水水冷技术中国水3.0纯风6114.51534(少20-30%)0.5（低6070）井下降温采热，地面热能利用的循环生产系统由此可见，水冷模式HEMS降温系统用于矿井降温除湿具有明显的优势。第4章 冷源条件分析4.1 矿井涌水冷源条件xx煤矿矿井涌水主要汇集在-300水平水仓和-700水平水仓。-300水平水仓清水分为两部分，一部分直接排至地面，作为洗浴、洗煤用水，另一部分作为井下生产防尘51、用水；-700水平涌水排至地面，经净化后外排。各水平水源条件如下：-300水平：正常涌水量110m3/h，水温23，建有内外水仓，水仓容积总3100m3，在-300东三皮带上山上出口附近另建有一个小水仓，容积700m3，主要用于对-700水平生产用水的补给。-700水平：正常涌水量95m3/h，水温25，建有内外水仓，水仓容积3200m3。其中，-300 水平矿井涌水需要供给井下防尘水（54m3/h），经计算，可提取出冷量976kW；-700涌水全部可提取冷量2013kW。矿井水质主要包括水的总矿物量、硬度、PH值、水温等内容。由于矿井水质为定期采样测定，时间跨度较大，对矿井水质的分析只能反应52、近期情况，表1-4所示为2007年12月取样化验的矿井水质化学分析资料，水温为2008年6月测量数据。xx矿-300水平已经停止回采，该水平矿井水杂质含量较-700水平低，由表2-4知其总矿物含量小于2g/kg，PH在7.09.2的区间内，符合GB 50050-95工业循环冷却水的水质标准的水质要求。4.2 矿井回风冷源分析矿井回风作为冷源分别可考虑-300与-700水平总巷道回风。-300水平总回风量为2500 m3min，风温为27，相对湿度为85%，焓值为85.93kJ/kg。与45水进行喷淋换热，当回风升高至40时，可带走热量为4050kW。-700水平总回风量为4000 m3min，53、风温为31，相对湿度为100%，焓值为106.2 kJ/kg。与45水进行喷淋换热，当回风升高至40时，可带走热量为4880kW。计算公式为第5章 项目建设方案5.1 设计参数5.1.1 气象参数年平均气温：14.4；冬季采暖室外计算温度：-5；冬季空调室外计算温度：-8；极端最低温度：-22.6；极端最低温度平均值：-11.7；极端最高温度：40.6；极端最高温度平均值：37.8；夏季空调室外计算温度：34.8；最大冻土深度：28cm。5.1.2 工作面环境参数工作面全年平均气温为2432，掘进头温度平均达到32.6。5.1.3 工作面设计参数工作面及掘进头目标控制温度26以内，相对湿度9054、%以内。5.2 负荷计算为了保持某一密闭区域内热湿环境，在单位时间内需向其供应的冷量称为冷负荷。冷负荷计算可通过计算密闭区域内散热量来得出。根据第二章第五节矿井深部气候预测，深部采区工作面温度为37.5。为提高预测可靠性，在本章冷负荷计算中采用了正算法计算工作面冷负荷，即通过计算工作面总体散热量来确定降温工程的冷负荷。最后通过预测温度校准确定总的冷负荷量。采煤工作面冷负荷采煤工作面热量散失主要包括六个方面，即围岩散热、氧化放热、压缩放热、机电设备散热、采落矿岩散热、人体散热。其中围岩散热受地温影响最大，随着地温的升高不断增大。一、围岩散热 岩层向空气的散热量不仅与岩石温度有关，而且与空气的流动55、状态及巷道特征有关。当进行热平衡计算时，围岩冷却散量为： 1、工作面围岩散热量为： 式中：-采煤工作面岩石的传热系数，=10.088W/m2. U-巷道周长，12.4m；L-工作面长度，120m；tn-该深度围岩原始温度，51.5 ；tf-工作面进出风平均温度，设进风温度为x，平均温度为（26+x）2；则Q1 =10.08812.412051.5-（26+x）2=（577.92-7.505x）kW2、巷道围岩散热量 式中：-巷道岩石的传热系数，=0.988W/m2. U -巷道周长，14m；L -巷道长度，1500m；tn -该深度巷道围岩原始温度，51.5；tf-工作面进出风平均温度，（2656、+x）2 则Q1b =0.98814150051.5-（26+x）2=（789.46-10.374x）kW二、氧化放热矿石、煤炭、或坑木都能氧化放热，使矿井温度升高。对于各种巷道、煤层、坑木的氧化的总放热量，可按下式计算 采煤工作面氧化放热量 式中：V-风速,1.78 m/s；qo-折算到巷道风速V=1m/s条件下的氧化过程单位放热量；U -巷道周长，14m；L -巷道长度，1500m；采煤工作面qo=15.117.4 W/m2. =17.41416201.84 =526.3122 kW 三、压缩放热根据能量守恒定律，风流在纯自压缩过程中的焓增与风流前后状态的高度差成正比，即：式中：i分别为风57、流在始点与终点的焓值，J/kgz标高，m;g重力加速度， ；空气自压缩放热量可表示为： 式中：G-风流质量，G=Q, 这里的Q指风量（26.67m3/s）；z-标高，m；g-重力加速度，；=Qg（Z2-Z1）=1.226.6710100=32kW四、机电设备散热机电设备在运行过程中，会散发出一定的热量，造成环境温度增加，其散给空气的热量一般可用下面通式进行计算： 式中：N-机电设备的功率，kW； n-机电设备数量；Q5=15000.1=150kW五、采落矿岩的冷却散热量采落矿岩在工作面的散热量可用以下经验公式计算 =37.2T 式中：T工作面昼夜采煤量（2000t/d）,t/d;=37.22058、00=74.4kW 六、人体散热在井下工作人员的放热量主要取决与他们所从事工作的繁重程度和持续时间，一般人员的能量代谢产热量为： 休息时 80115W轻度体力劳动时 200W中等体力劳动时 275W繁重体力劳动时 470W按繁重体力劳动条件计算，工作人员数为30，则 Q7=470n，式中：n-工作面作业人数Q7=47030=14.1kW七、采煤工作面总冷负荷计算QZ = Q1 +Q2 +Q3 +Q4 +Q5 +Q6 +Q7QZ=（577.92-7.505x）+（789.46-10.374x）+53.786+250+32+74.4+14.1根据能量守恒定律，散失的热量被空气吸收，单位质量空气的焓59、值增加，因此：QZ=G(i2-i1)=16001.260（81.3-y）式中：y-对应进风温度的焓值，kJ/kg；查空气焓湿图得：降温后进风温度为：X=18总散热量为：QZ=1723kW各散热方式散热量见表5-1：表5-1 采煤工作面散热量汇总表散热方式散热量（kW）散热方式散热量（kW）围岩散热1045.558氧化放热526.122压缩放热32机电设备散热150采落矿岩散热74.4人体散热14.1总计1723kW掘进工作面冷负荷计算掘进工作面热量散失主要包括四个方面，即人体散热、巷道围岩散热、设备散热、采落煤、岩散热。其受地温影响较大的为采落煤、岩散热和围岩散热。一、人体冷负荷按繁重体力劳动60、条件计算，工作人员数为10人，则Q1=470n，式中：n-工作面作业人数Q1=47010=4.7kW二、巷道围岩散热量式中：-巷道岩石的传热系数，=0.988W/m2. U-巷道周长，13.6m；L-巷道长度，1000m；tn-该深度巷道围岩原始温度，51.5；tf-工作面进出风平均温度，；Q1 =0.98813.61.051.5-（26+x）2三、设备散热量机电设备在运行过程中，会散发出一定的热量，造成环境温度增加，其散给空气的热量一般可用下面通式进行计算：式中：N-机电设备的功率，kW；n-机电设备数量；Qe=0.1350=35kW四、采落煤、岩的散热量采落矿岩在工作面的散热量可用以下经验61、公式计算=37.2T，J/sT为工作面昼夜采煤、岩量（980t/d）,t/d;=37.2980=36.45kW五、掘进头总冷负荷计算QZ=4.7+0.98813.60.951.4-（26+x）2+35+36.45根据能量守恒定律，散失的热量被空气吸收，单位质量空气的焓值增加，因此，按煤巷最大设计供风量600m3/min,计算：QZ=G(i2-i1)=6001.260（81.3-y）y-对应进风温度的焓值，kJ/kg；查空气查焓湿图得：降温后进风温度为：X=19总散热量为：QZ=657kW各散热方式散热量见表5-2：表5-2 掘进工作面散热量汇总散热方式散热量（kW）散热方式散热量（kW）人体散62、热4.7巷道围岩散热453.45设备散热35采落煤、岩散热36.45总计657 kW5.3总冷负荷计算一、采煤工作面冷负荷反算根据第二章第五节矿井气候预测知，深部采区工作面预计温度为37.5。工作面进风温度为31，出风温度为18，空气降温后工作面末端干球温度为26。设计工作面供风量为1600 m3min（根据瓦斯涌出量计算），按最大量计算，查焓湿图得: i1= 151.8kJ/kg, i2=81.3kJ/kg Q焓 =G(i1-i2)=16001.2（151.8-81.3）60=1751kW 与正算法相比稍微增大，取较大值1751kW。二、深部采区总冷负荷计算校准深部采区生产作业时，将布置一个63、工作面和一个岩巷掘进工作面、三个煤巷掘进工作面，综合考虑风流冷损、机械散热等方面的因素，总冷损计算结果如下：Q总= （Q工作面 + Q岩巷+3Q煤巷）KK-校正系数，K=Q焓/Q正=1.05；将各工作面参数带入，计算得深部采区总冷负荷为：4379kW。5.4 深井降温方案5.3.1 方案一方案一设计对两个工作面（一个备用掘进岩巷）和三个掘进头进行降温，设计冷负荷为5255kW。-300矿井涌水56m/h，23，可提取冷量为960kW，-700矿井涌水95m3/h,25，可提取的冷量仅为1436kW冷量，总冷量满足不了井下的降温需求。因此，本设计在提取了矿井涌水中冷量的同时，也在回风中的冷量提取64、出来，进行降温。说明如下：充分利用-700水平的两个水仓，外水仓储存25矿井涌水并不断补充到-700降压水池，内水仓储存45HEMS-PT一次侧回水，取其中的350m3/h热水（45）在回风巷道中进行喷淋漫流冷却后（36.5）补充到-700降压水池。-700降压水池中还有来自-300水平的23的矿井涌水，三者混合后的冷却水（33）进入HEMS-PT。图5-1 xx煤矿深井降温工程系统框图（方案一）5.3.2 方案二方案二设计针对xx矿正在做的-300水平降温专用巷道，将喷淋漫流换热设置在-300水平，利用其更低温度的回风进行喷淋换热。图5-2 xx煤矿深井降温工程系统框图（方案二）5.3.3 65、方案三方案三将-300水平110m/h的低温水全部利用进行换热，喷淋巷道依然设置在-700水平，但是全部利用-300水平的涌水后，大大降低了喷淋所需要的风量。图5-3 xx煤矿深井降温工程系统框图（方案三）5.3.4 方案四方案四针对xx矿现存在的热害问题，将降温工程分为两期做，先解决工作面的热害问题（包括备用的工作面），保证矿井顺利生产的情况下，进行二期工程，解决掘金工作面的热害问题。一期设计系统图如下。图5-4 xx煤矿深井降温工程系统工艺框图（方案四）第6章 施工设计6.1 HEMS-I制冷工作站冷却水系统施工设计冷却水水量计算 由公式： 式中 V制冷站所需的循环水量,m3 /h ； Q66、每小时产生热量，2.0107kJ； 比热容（水的定压比热容4.2kJ/kg）； t水温，； 密度（水的密度）；冷却水管设计1、供冷管径计算 由公式： 式中 D冷却水管径，m； W冷却水的循环量，m3 /h ； V流速，选用2.1m/s。由上式得： 各方案冷却水管径均约为300mm，均选用DN300。2、保温层厚度计算 由公式： 式中： D1隔热管外径，m； D2无隔热层管外径，300mm； t1管内介质温度，； t2管外周围空气温度，；tl隔热管外表面温度，； 隔热层外表面放热系数，W/(m2.k)，取8.14；隔热材料的热导率，选用聚氨酯保温层，0.024W/(m .k)。由上式得： 冷却水67、管保温层厚度为0.048m，选用0.05m。3、供冷水管选型冷却水管选用：高压聚氨脂双层保温管DN300，每节管路10m，共5000m；（具体性能见表6-1）表6-1 高压聚氨脂双层保温管性能参数表技术性能单位技术容量Kg/m345-60导热系数W/m.k使用温度-90-+120闭孔率%97吸水率kg/m20.2氧指数h26抗压强度Mpa6制冷设备选型1、制冷设备：制冷站选用HEMS-I制冷机组，制冷量1100kW，共5台， 4.6m1.4m2.3m(长宽高)。2、净化水设备：xx煤矿-300m矿井水总矿物含量小于2g/kg，PH在7.09.2的区间内，符合GB 50050-95工业循环冷却水68、的水质标准的水质要求，不需要增加大型净水设备和软化水设备。但为了尽量减少固体物对设备、管路的磨损在管路上安装了管道式除污器。表6-2 循环水水质要求项目单位要求和使用条件允许值总矿物量mg/L按生产工艺要求设定2.0换热设备为板式、翅片管式、螺旋板式1.5PH根据药剂配方确定7.09.0甲基橙碱度mg/L根据药剂配方及工况条件确定500Ca2+mg/L根据药剂配方及工况条件确定Fe2+mg/L0.5Cl-mg/L碳钢换热设备1000不锈钢换热设备300SO42-mg/LSO42-与Cl-之各1500对系统中混凝土材质要求按现行岩土工程规范GB50021-94的规定执行硅酸mg/L175Mg2+69、与SO42-的乘积15000游离氯mg/L在回水总管处0.51.0注：甲基橙碱度以CaCO3计；硅酸以SiO22-；Mg2+以CaCO3计。管路安装管路采用法兰盘连接，管路每隔10m打一个地基，双回路地基规格为12006002000mm（长宽高），单回路地基规格为6005002000mm，并用抱箍卡住管体，将抱箍用4根锚杆固定在地基上固定。延深回风下山冷却水双回管路使用双回路地基固定，-300水平东三皮带下山及中央采区回风上山冷却水管路使用单回路地基固定。为增加管路摩擦系数，可在凹槽下垫适当厚度胶垫。具体见图6-1、6-2。图6-1 冷却水循环泵站管路布置图图6-2制冷站管路布置图设备峒室1、70、制冷站及冷冻水循环泵站硐室：制冷站及冷冻水循环泵安装需要巷道长度50m，断面4.53.85m。-980辅助车场的料场部分设计规格为，长度70m，断面53.8m，满足设计要求。 2、冷却水循环泵站硐室：冷却水循环泵站布置在-980辅助车场，需要巷道50m，断面为4.23.4，-980辅助车场长度300m，断面为4.53.5m，符合工程要求。图6-3 制冷站设备布置图降温、降压水池及系统运行1、降温水池：-300水平降温水池挡水墙设计规格为4.20.50.2m（宽高厚），共2处。设计长度为600m；2、降压水池：-700水平降压水池挡水墙设计规格为5.03.00.5m，共2处，计划掘进100m，规71、格为53.7m，容水量为1500m3。3、系统运行：冷却水系统总容水量为6340m3，一天按21小时运行计算，总循环水量为9807m3，每天安排3小时的设备检修时间。在检修期间如果工作面温度一直不超标，那么在下一个工作日，系统将停止运行，当工作面温度再次超过规程要求时，再重新启动。每年系统运行时间根据井下具体情况做灵活调整，当井下工作温度连续三天超过规程要求时系统开始运行，当连续三天工作面温度达到要求时，则系统停止运转。6.2 HEMS-II降温工作站冷冻水系统施工设计冷冻水水量计算 式中：V空站所需的循环水量,m3 /h ；Q每小时产生的热量, 1.61107kJ ；比热容（水的定压比热容472、.2kJ/kg）；t水温，（t2为12，t1为5）；密度（水的密度）；计算得出：空冷站内循环的冷却水量为560 m3 /h。冷冻水管选型1、供冷管径计算 式中： D冷冻水管径，m； W冷冻水的循环量，560 m3 /h ； V流速，选用2.07m/s。由上式得： 冷冻水管径约为0.3m，选用DN300水管。2、保温层厚度计算 式中： D1隔热管外径，m； D2无隔热层管外径，400mm； t1管内介质平均温度，10； t2管外周围空气温度，26；tl隔热管外表面温度，24.18； 隔热层外表面放热系数，W/(m2.k)，取8.14；隔热材料的热导率，选用聚氨酯保温层，0.024W/(m .k)73、。由上式得： 冷却水管保温层厚度为0.05m。3、供冷水管选型冷冻水管选用： 高压聚氨脂双层保温管DN300，共4000m。HEMS-II设备选型1、空冷器设备选型：空冷站选用HEMS-II，其中两组为6台串联，四组为2台串联。每台换热能力为240kW，大机组循环风量：1600 m3/h，小机组循环风量为500 m3/h，总负荷为420kW，设备规格（每台）为34105003010mm（长宽高）。2组大机组布置在采煤工作面配风巷，用于采煤工作面的降温需要，4组小机组布置在掘进工作面刷大硐室，用于对掘进工作面的进风进行降温。2、因冷冻水为闭循环，因此不需要对冷冻循环水进行净化。管路布置1、水流路74、线：749m3/h冷冻水由延深回风下山进入-1260轨道石门，分成两路，其中一路450m3/h冷冻水经回风联络巷进入北一采区回采工作面的配风巷，供给2组大空冷机；另一路299m3 /h冷冻水沿管路到达掘进工作面，供给4组小空冷机。以上冷冻水对进风流降温以后，沿原路回流重新进入布置在-980辅助车场的制冷站。2、管路安装：采用快速接头连接，每10m打一个地基，管路采用双回路地基，具体见图6-1、6-2.制冷站管路布置具体见图6-4。图6-4 空冷站管路布置图设备峒室制冷硐室：用于布置空冷站设备的设备硐室为新掘巷道，设计高度不低于3.5m，巷道宽度不低于5.5m，顶板跟煤层走向，需要长度33m。具75、体见xx煤矿降温系统安装图。具体设备布置见图6-4.第7章 工程投资与运行成本7.1 工程投资 方案一表7-1 方案一井下降温工程投资总表工程项目名称设备价工程价（万元）小计（万元）备注设备安装2493.16 32.83 2525.99 电气及控制工程195.45 9.90 205.35 管路安装483.44 483.44 研究设计费54.6554.65除设备外的投资3%合计2688.61 580.82 3269.43 表7-2 方案一井下降温主要设备明细总表序号项目名称工程量价值（元）其中（元）单位数量单价合价主材人工辅材机械1HEMS-I台526260001313000013000000776、800039000130003HEMS-PT台685850051510005100000306001530051004HEMS-II台2422220053328005280000316801584052805风机台4303001212001200007203601206HEMS-PT一次侧污水泵台580800404000400000240012004007HEMS-PT二次侧循环泵台35050015150015000090045015010HEMS-II末端循环泵台370700212100210000126063021011冷却水补水系统套26060012120012000072036012077、12除砂器台15050050500500003001505013水表台550502525025000150752514温度计台4250.52121210012.66.32.115压力表台5350.52676.5265015.97.952.6516靶式流量台52021010100063117软水器台28080016160016000096048016017管道式除污器个16404064640640003841926418小计24931597.524620750147724.573862.2524620.7519直接费246207.520间接费70907.7621税费11161.4066722合计78、25259874.17表7-3 方案一管道安装设备费序号项目名称工程量价值（元）其中（元）单位数量单价合价主材人工辅材机械3 无缝钢管325*10米3000 616 1847143 1293000 332486 184714 36943 7 无缝钢管159*6米1800 179 321429 225000 57857 32143 6429 29 闸阀DN300个16 5900 94400 66080 16992 9440 1888 30 闸阀DN250个8 3629 29029 20320 5225 2903 581 31 闸阀DN200个12 2471 29657 20760 5338 2979、66 593 32 闸阀DN150个8 1654 13234 9264 2382 1323 265 37 止回阀DN250个11 11429 125714 88000 22629 12571 2514 43 自动放气阀DN25个5 97 486 340 87 49 10 46 柔性接头DN300个13 1286 16714 11700 3009 1671 334 47 柔性接头DN250个11 929 10214 7150 1839 1021 204 48 柔性接头DN200个10 686 6857 4800 1234 686 137 49 柔性接头DN150个8 514 4114 2880 80、741 411 82 54 保温立方米450 2500 1125000 1250000 202500 112500 22500 55 直接费合计3623991 2999294 652318 362399 72480 56 间接费1087197 57 税费123216 58 合计4834405 表7-4 方案一电气及控制工程费序号设备名称及型号工程量价值（元）其中（元）单位数量单价合价主材人工辅材机械1矿用防爆变频器JN-BPBT-132/660台1161600161600160000378018906302矿用防爆变频器JN-BPBT-90/660台510100050500050000036081、018006003矿用防爆变频器JN-BPBT-75/660台1858508585085000324016205404馈电开关（磁力启动器）QBZ-300智能型台5181809090090000450225755馈电开关QBZ-200智能型台1151501515015000216108366馈电开关QBZ-100智能型台513635681756750018090307馈电开关QBZ-80智能型台112120121201200014472248照明综保4kw台160606060600037.818.96.39矿用电缆米2000505101000010000003000150050010小计19582、4855193550014647.87323.92441.311直接费2441312间接费7733.37613税费66465.0714合计2053466.446 方案二表7-5 方案二井下降温工程投资总表工程项目名称 设备价 工程价（万元） 小计（万元） 备注 设备安装2484.56 31.71 2516.27 电气及控制工程195.49 9.85 205.34 管路安装 1042.80 558.24 研究设计费 55.57 55.57 除设备外的投资3% 合计 2680.05 1139.93 3335.42 表7-6 方案二井下降温主要设备明细总表序号项目名称工程量价值（元）其中（元）单位数83、量单价合价主材人工辅材机械1HEMS-I台5262600013130000130000007800039000130003HEMS-PT台685850051510005100000306001530051004HEMS-II台2422220053328005280000316801584052805风机台4303001212001200007203601206HEMS-PT一次侧污水泵台570700353500350000210010503507HEMS-PT二次侧循环泵台24040080800800004802408010HEMS-II末端循环泵台460600242400240000144084、72024011冷却水补水系统套26060012120012000072036012012除砂器台15050050500500003001505013水表台450502020020000120602014温度计台4250.52121210012.66.32.115压力表台5350.52676.5265015.97.952.6516靶式流量台52021010100063117软水器台28080016160016000096048016017管道式除污器个16404064640640003841926418小计24835647.524525750147154.573577.2524525.751985、直接费245257.520间接费70634.1621税费11118.3422合计25162657.5表7-7 管道安装设备费序号项目名称工程量价值（元）其中（元）单位数量单价合价主材人工辅材机械1 闸阀DN300个24 5900 141600 99120 25488 14160 2832 2 闸阀DN200个16 2471 39543 27680 7118 3954 791 3 闸阀DN150个8 1654 13234 9264 2382 1323 265 4 止回阀DN300个9 18000 162000 113400 29160 16200 3240 5 自动放气阀DN20个5 69 3486、3 240 62 34 7 6 柔性接头DN300个18 1286 23143 16200 4166 2314 463 7 柔性接头DN200个16 686 10971 7680 1975 1097 219 8 柔性接头DN150个16 514 8229 5760 1481 823 165 9 保温立方米300 2500 750000 1250000 135000 75000 15000 10 直接费合计1149063 1529344 206831 114906 22981 11 间接费344719 12 税费39068 13 合计1532850 表7-8 电气及控制工程费序号设备名称及型号工87、程量价值（元）其中（元）单位数量单价合价主材人工辅材机械1矿用防爆变频器JN-BPBT-132kW/660V台1161600161600160000378018906302矿用防爆变频器JN-BPBT-90kW/660V台5101000505000500000360018006003矿用防爆变频器JN-BPBT-75kW/660V台1858508585085000324016205404馈电开关（磁力启动器）QBZ-300智能型台5181809090090000450225755馈电开关QBZ-200智能型台1151501515015000216108366馈电开关QBZ-100智能型台51388、635681756750018090307馈电开关QBZ-80智能型台112120121201200014472248照明综保4kw台160606060600037.818.96.39矿用电缆米2000505101000010000003000150050010小计1954855193550014647.87323.92441.311直接费2441312间接费7733.37613税费66465.0714合计2053466.446 方案三表7-9 方案三井下降温工程投资总表工程项目名称设备价工程价（万元）小计（万元）备注设备安装2645.70 34.84 2680.54 电气及控制工程195.489、9 9.86 205.35 管路安装436.48 436.48 研究设计费 53.30 53.30 除设备外的投资3% 合计2841.19 534.48 3375.67 表7-10 方案三井下降温主要设备明细总表序号项目名称工程量价值（元）其中（元）单位数量单价合价主材人工辅材机械1HEMS-I台5262600013130000130000007800039000130003HEMS-PT台885850068680006800000408002040068004HEMS-II台2422220053328005280000316801584052805风机台430300121200120000790、203601206HEMS-PT一次侧污水泵台570700353500350000210010503507HEMS-PT二次侧循环泵台34040012120012000072036012010HEMS-II末端循环泵台360600181800180000108054018011冷却水补水系统套26060012120012000072036012012除砂器台15050050500500003001505013水表台550502525025000150752514温度计台4650.52323230013.86.92.315压力表台5550.52777.5275016.58.252.7516靶式流91、量台52021010100063117软水器台18080080800800004802408017管道式除污器个16404064640640003841926418小计26457000.526131050156786.378393.1526131.0519直接费261310.520间接费75257.42421税费11846.07622合计26805414.5表7-11 管道安装设备费序号项目名称工程量价值（元）其中（元）单位数量单价合价主材人工辅材机械3无缝钢管325*10米250061615392861077500277071153929307867无缝钢管159*6米1800179321492、292250005785732143642929闸阀DN300个1659009440066080169929440188830闸阀DN250个8362929029203205225290358131闸阀DN200个12247129657207605338296659332闸阀DN150个816541323492642382132326537止回阀DN250个8114299142964000164579143182943自动放气阀DN25个59748634087491046柔性接头DN300个812861028672001851102920647柔性接头DN250个89297429520013393、774314948柔性接头DN200个1268682295760148182316549柔性接头DN150个4514205714403702064154保温M4502500112500012500002025001125002250055直接费合计327194927528645889513271956543956间接费98158557税费11124658合计4364779表7-12 电气及控制工程费序号设备名称及型号工程量价值（元）其中（元）单位数量单价合价主材人工辅材机械1矿用防爆变频器JN-BPBT-132kW/660V台1161600161600160000378018906302矿用防94、爆变频器JN-BPBT-90kW/660V台5101000505000500000360018006003矿用防爆变频器JN-BPBT-75kW/660V台1858508585085000324016205404馈电开关（磁力启动器）QBZ-300智能型台5181809090090000450225755馈电开关QBZ-200智能型台1151501515015000216108366馈电开关QBZ-100智能型台513635681756750018090307馈电开关QBZ-80智能型台112120121201200014472248照明综保4kw台160606060600037.818.9695、.39矿用电缆米2000505101000010000003000150050010小计1954855193550014647.87323.92441.311直接费2441312间接费7733.37613税费66465.0714合计2053466.4467.1.3 方案四表7-13 方案四井下降温工程投资总表工程项目名称设备价工程价（万元）小计（万元）备注设备安装1465.2719.281484.55电气及控制工程163.629.38173.00管路安装438.12438.12研究设计费22.5122.51除设备外的投资3%合计1628.89489.292118.18表7-14 方案四井下降温96、主要设备明细总表序号项目名称工程量价值（元）其中（元）单位数量单价合价主材人工辅材机械1HEMS-I台3262600078780007800000468002340078003HEMS-PT台485850034340003400000204001020034004HEMS-II台102222002222000220000013200660022005风机台2303006060060000360180606HEMS-PT一次侧污水泵台670700424200420000252012604207HEMS-PT二次侧循环泵台34040012120012000072036012010HEMS-II末端97、循环泵台360600181800180000108054018011冷却水补水系统套26060012120012000072036012012除砂器台15050050500500003001505013水表台550502525025000150752514温度计台4050.520202000126215压力表台4050.520202000126216靶式流量台32026066003.61.80.617软水器台18080080800800004802408017管道式除污器个12404048480480002881444818小计146526761445960086757.643378.814498、59.619直接费14459620间接费41643.64821税费6555.01866722合计14845470.67表7-11 管道安装设备费序号项目名称工程量价值（元）其中（元）单位数量单价合价主材人工辅材机械3 无缝钢管325*10米2500 616 1539286 1077500 277071 153929 30786 7 无缝钢管159*6米1800 179 321429 225000 57857 32143 6429 29 闸阀DN300个16 5900 94400 66080 16992 9440 1888 30 闸阀DN250个8 3629 29029 20320 5225 299、903 581 31 闸阀DN200个12 2471 29657 20760 5338 2966 593 32 闸阀DN150个8 1654 13234 9264 2382 1323 265 37 止回阀DN250个8 11429 91429 64000 16457 9143 1829 39 止回阀DN150个4 3071 12286 8600 2211 1229 246 43 自动放气阀DN25个5 97 486 340 87 49 10 46 柔性接头DN300个8 1286 10286 7200 1851 1029 206 47 柔性接头DN250个8 929 7429 5200 133100、7 743 149 48 柔性接头DN200个12 686 8229 5760 1481 823 165 49 柔性接头DN150个4 514 2057 1440 370 206 41 54 保温M450 2500 1125000 1250000 202500 112500 22500 55 直接费合计3284234 2761464 591162 328423 65685 56 间接费985270 57 税费111664 58 合计4381169 表7-12 电气及控制工程费序号设备名称及型号工程量价值（元）其中（元）单位数量单价合价主材人工辅材机械1矿用防爆变频器JN-BPBT-132kW/101、660V台1161600161600160000378018906302矿用防爆变频器JN-BPBT-90kW/660V台5101000505000500000360018006003矿用防爆变频器JN-BPBT-75kW/660V台1858508585085000324016205404馈电开关（磁力启动器）QBZ-300智能型台3181805454054000450225755馈电开关QBZ-200智能型台1151501515015000216108366馈电开关QBZ-100智能型台513635681756750018090307馈电开关QBZ-80智能型台112120121201200102、014472248照明综保4kw台160606060600037.818.96.39矿用电缆米2000505101000010000003000150050010小计1918495189950014647.87323.92441.311直接费2441312间接费7733.37613税费65228.8314合计2015870.2067.2 运行电费计算在方案一至方案三中，运行费用相差不大，以方案二为准，进行运行费用计算。表7-17方案二运行费用表设备名称运行总功率运行天数运行小时运行百分数负荷百分数用电量总用电量(kw)(天数)(小时)(%)(%)(kw/h)( kw/h)HEMS-I15402103、7022108577754643908485055251559040301097712水泵及风机8202702210854140182337984505513394704030584496全年总用电量6728832全年总电价4236921.216表7-18方案四运行费用表设备名称运行总功率运行天数运行小时运行百分数负荷百分数用电量总用电量(kw)(天数)(小时)(%) (%) (kw/h)( kw/h)HEMS-I924270221085466527.62634508.8505515093544030658627.2水泵及风机5802702210852928421653696505594743104、04030413424全年总用电量4288204.8全年总电价2700139.622第8章 结论针对xx矿现存的热害问题，对采用矿井涌水为冷源的HEMS系统进行降温主要经济技术指标及方案分析对比如下表。工程总投资（万元）总制冷量单位制冷量投资年运行费系统能效系数方案优缺点方案一326955000.59423.02.8在-700做喷淋提取冷量，与制冷站距离短，系统运行平稳。需要在-700做喷淋巷道，增大井巷工程投资方案二333555000.61427.32.7在-300做喷淋冷却，可利用xx矿已有的降温巷道，缩短井巷工程改造时间，降低投资，并且能够充分利用更低温度的回风，使降温效果良好方案三353555000.61427.02.6充分利用了-300涌水的冷量，但是需要增加两台HEMS-PT进行换热，增大了初投资，并且需要在-700增加喷淋巷道方案四211833000.64270.02.8降低工程量，保证矿井快速进入采煤生产阶段。需要进行二期工程才能对掘进工作面进行降温综合考虑各方案优缺点以及xx矿实际情况，建议用方案二对进行深井降温。（1）利用-300水平已有降温巷道将大大减少井巷工程投资；（2）-300水平回风温度与原岩温度较低，增强换热，使系统运行效果更佳良好。