5.3 人工制冷

5.3.1 井下采掘工作面和机电设备硐室的气温，应符合现行《煤矿安全规程》的有关规定。

5.3.2 降温系统选择应符合下列规定：

1 应根据需要降温工作面的数量及分布、需冷负荷、井下冷凝条件等情况确定制冷系统方案。

1)当井下移动式局部制冷降温系统同时具备多种冷凝条件时，应做系统能效比方案比选；不应将冷凝热散入进风流。

2)同时具备井下集中制冷或地面集中制冷降温系统可实施条件时，应做系统能效比方案比选。

2 地面集中制冷降温系统载冷剂选择宜按下列顺序选择：

1)温度不高于3℃的冷水。

2)0℃～2℃的盐水或乙二醇溶液。

3)含冰量不大于30％的冰浆。

4)温度不低于—10℃的冰。

3 制冷机选型时应选择能效比(COP)较高的机组。各类降温系统制冷机能效比应符合下列规定：

1)地面集中式降温系统制冷机组能效比不应低于表5.3.2-1的要求。

表5.3.2-1 地面集中式降温系统制冷机组能效比推荐值

2) 井下集中式降温系统制冷机组能效比不应低于表5.3.2-2的要求。

表5.3.2-2 井下集中式降温系统制冷机组能效比推荐值

3) 井下局部降温系统制冷机组选型应根据井下冷凝热散热条件，选择机组能效比(COP)较高的设备。

4 当有稳定的可利用的余热及瓦斯利用产生的热能时，地面集中式降温系统的一级制冷机宜采用溴化锂制冷机组；无既有热源或可利用余热的场所时，应首选电制冷机组。不应为溴化锂制冷机组设置专用的燃煤或以城镇燃气为燃料的锅炉。

5 应根据制冷站入口载冷剂温度自动调节制冷机的制冷负荷或自动调节并联制冷单元的运行数量。

6 地面压缩式制冷机宜配置冷凝压力随室外温度变化的控制系统。

7 应根据水源情况选择循环冷却水装置。水源丰富地区宜选用开式冷却塔，水源贫乏地区宜选用闭式冷却塔。冷却塔风机宜配置变频电机，并应根据冷却塔出水温度自动控制冷却塔风机调速。

5.3.3 供冷系统应符合下列规定：

1 地面集中式降温系统，载冷剂需要在井底进行高低压耦合时，应减少一、二次循环载冷剂间的温度跃升。采用间接压力耦合方式时，二次载冷剂温度跃升不宜超过4℃。采用直接压力耦合方式时，载冷剂温度跃升不宜超过0.5℃。

2 载冷剂及冷却水的管道直径选择，应进行投资及运行费用分析。

3 循环泵选型时应控制设计工况点位于水泵高效区范围内，运行效率不应低于70％。

4 应根据制冷机组负荷调节方案，制订增减循环泵和循环泵变频调速等节能措施。采用变频调节时，应避免工频泵与变频泵并联运行。

5 循环泵前的过滤器应设置压差检测报警。

6 载冷剂管道应有保温层和防水层。宜采用有MA认证的聚氨酯预制保温管，管道滑动支座的设置应避免产生冷桥。低温侧载冷剂管每千米温升应小于供回水温差的1％。

5.3.4 末端设备选择应符合下列规定：

1 回采面预降温空冷器应沿进风顺槽等距离布置；回采面降温空冷器距回采面最远距离不宜大于300m。

2 掘进面降温空冷器距掘进面距离不宜大于500m，掘进面空冷器后的送风筒应采用双层保温风筒。

3 空冷器排出的冷凝水宜回收作为工作面降温的洒水。

条文说明

5.3.1 制冷负荷说明如下：

《煤矿井下采掘作业地点气象条件卫生标准》GB 10438及《煤矿安全规程》中，均以干球温度评价井下作业地点环境气象条件。现行国家标准《煤矿井下热害防治设计规范》GB 50418推荐用气温、相对湿度、风速等参数对井下作业地点环境气象条件进行综合评价，同时指出：也可采用等效温度指标对矿井气象条件进行评价。

等效温度t_等效是人体对环境温度的感觉指标，与空气的干球温度t_a、湿球温度t_f、风速v相关。当干、湿球温差不大于5℃、湿球温度在25℃～35℃之间、风速在0.5m/s～3.5m/s时，可通过下列公式计算：

以人体对井下—1000m处静风状态、28℃饱和空气的感觉为例对照，当风速为1.5m/s、相对湿度为90％、干球温度为30.2℃时人体感觉方与上述举例气象条件相当；当风速为2.5m/s、相对湿度为90％、干球温度为30.9℃时人体感觉方与上述举例气象条件相当。

井下工作地点均为直流通风系统，具有一定的风速，且井下降温是以为工作人员创造符合卫生标准的工作环境为目的，因此本规范引入“等效温度t等效”。国外的井下降温设计也是以等效温度作为评价标准。

对《煤矿安全规程》(以下简称《规程》)“生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26℃”的条文，建议按目前国家节能减排精神重新论证，其理由如下：

回采工作面宽度通常为200m左右，通风方式为直流式。因此，回采工作面风流沿线的温度是变量，下隅角是回采工作面温度的最低点，上隅角是回采工作面温度的最高点。若满足《煤矿安全规程》要求，则应为上隅角温度不超过26℃。若按井下深度为—1000m、湿度为100％、风速为1.5m/s计算，上隅角等效温度相当于24.7℃，下隅角则更低。显然这样的标准要求过高，会导致人工降温的覆盖面过大。

另一方面，在夏季炎热地区地面室外温度高达32℃以上，人工降温系统要同时承担进风降温和井下降温的双重负担，导致人工降温系统设计能力过大，且由于工作面通风量的限制，工作面夏季无法达到设计干球温度不超过26℃的要求。德国等国在井下降温设计中取最高等效温度不超过32℃，参考国外的经验，淮南矿业集团丁集等矿的井下降温设计中采用此种评价方法作为设计依据。设计回采工作面上隅角等效温度不大于32℃，下隅角等效温度约为23℃，在实际运行中取得满意的效果。

因此，采用等效温度指标评价矿井气象条件，且最高等效温度不超过32℃更为合理和节能。经计算对于通风量为1500m³/min的—1000m回采工作面而言，当上隅角温度提高1℃，可以减少143kW的制冷负荷。故从节能的角度考虑采用人工制冷降温时，井下空气温度应采用等效温度评价。回采工作面上隅角空气等效温度设计目标值t等效宜采用31℃≤t等效＜32℃；回采工作面、掘进工作面空冷器出口温度不应低于21℃。

5.3.2 降温系统选择说明如下：

1 为方便比较降温系统节能方案的优劣，本条文引入降温系统能效比(Energy efficiency ratio of system)概念，其含义为矿井计算需冷量与人工制冷降温系统总能耗的比值。计算该比值时分子与分母的服务范围应一致。

矿井计算需冷量系指已考虑各回采工作面最大负荷同时系数后的计算需冷负荷，并按下式计算：

式中：
Q——矿井计算需冷量(kW)；

Q_采——同时降温的各回采面计算需冷量(kW)；

k——回采面最大负荷同时系数，见表1；

Q_掘——同时降温的各掘进面计算需冷量(kW)；

Q_电——同时降温的各电气硐室计算需冷量(kW)；

表1 回采面最大负荷同时系数

降温系统总能耗系指服务范围与计算需冷量范围相对应的制冷、冷却、冷媒输送等与降温系统相关的所有能量消耗之和(kW)。用电设备的能量消耗均按计算轴功率统计。

2 目前国家限定煤矿开采深度不允许超过1000m，在此限定条件下本款规定了地面集中制冷降温系统冷媒的选择顺序。降温硐室深度在1000m及以内时，尽可能选择本规范排序靠前的冷媒。当井下降温硐室深度超过1000m时，冷媒选择应做多方案比较。在满足现行国家标准《煤矿井下热害防治设计规范》GB 50418要求的条件下，尽可能提高下井冷媒温度，有利于提高制冷机的能效比(COP)。

3 制冷机在相同的蒸发温度条件下，冷凝温度越低能耗越低。目前国内尚无专门用于井下降温的制冷机产品。地面机组可由国内制冷机厂家定制；井下机组目前多为进口产品。考虑不影响设备招标因素，本条款提出的能效比基于现有厂家的产品样本数据，设计人员可对国内外多家产品能效比进行比较，选择能效比较高者。

4 按地面电制冷机组本机能效比为5推算到初始能效比(根据中国电力企业联合会公布的统计数据，2009年1月～11月全国平均供电煤耗为339g/kW·h)为67.8g/kW(冷量)；按溴化锂机组能效比为1.3推算到初始能效比(按供热锅炉综合效率为75％，标煤低位发热量为7000kcal/kg计算)为126g/kW(冷量)。由此可见，电制冷机组比溴化锂机组更为节能。因此，在没有余热利用的情况下，应首先选择电制冷机组。

注：上述供热锅炉综合效率是考虑了锅炉热效率及自耗电后的初始能效。

在高瓦斯矿井，当高浓瓦斯没有利用出处时可以考虑设燃气锅炉为溴化锂制冷供热。利用矿井风排瓦斯或低浓瓦斯供热的项目可不受本条文限制。

5 采用地面集中式制冷的降温系统其冷负荷较大，受目前制冷机厂家能够生产的制冷机最大制冷能力的限制及制冷机负荷调节范围的限制，选择2个至3个并联制冷单元有助于降温系统的负荷调节。

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