本科生畢業設計專業：采礦工程專業設計題目：渦北煤礦1.8Mt/a新井設計專題：機械制冷在煤礦井下熱害防治中的應用摘要本設計包括三個部分：一般部分、專題部分和翻譯部分。一般部分為渦北煤礦1.80Mt/a新井設計。渦北煤礦位于安徽省亳州市境內，東有京九鐵路，西有濉阜鐵路，交通便利。井田走向長度約6km，傾向長度約3.2km，面積約15km2。主采煤層為8號煤層，平均傾角為23°，平均厚度為10.1m。井田工業儲量為212.6Mt，可采儲量為127.6Mt，礦井服務年限為54.5a。礦井正常涌水量為250m3/h，最大涌水量為280m3/h。礦井絕對瓦斯涌出量為21.33m3/min，屬于低瓦斯礦井。根據井田地質條件，提出四個技術上可行的開拓方案。方案一：立井兩水平開拓上下山開采，一對立井直接延深；方案二：立井兩水平開拓上下山開采，一對暗斜井延深；方案三：立井兩水平開拓上下山開采，兩對暗斜井延深；方案四：立井兩水平開拓上下山開采，一對立井、一對暗斜井延深。通過技術經濟比較，最終確定方案四為最優方案。一水平標高-700m，二水平標高-1000m。設計首采區采用采區準備方式，工作面長度210m，采用綜采放頂煤采煤法，礦井年工作日為330d，工作制度為“三八制”。大巷采用膠帶輸送機運煤，輔助運輸采用礦車運輸。礦井通風方式前期為中央并列式，后期為兩翼對角式。專題部分題目是淺談機械制冷在煤礦熱害防治中的應用，主要從礦井產生高溫的原因，礦井地溫的分布規律以及機械預冷風降溫和冰輸降溫兩種機械降溫的系統，并通過實例來說明了機械降溫系統在煤礦熱害治理中的應用以及它的廣闊前景和研究必要性。翻譯部分題目是關于地下開采中斷層附近地下水突出的數值研究。關鍵詞：渦北煤礦；立井；暗斜井；采區布置；放頂煤采煤法；兩翼對角式；機械制冷；煤礦熱害

ABSTRACTThisdesigncanbedividedintothreesections:generaldesign,monographicstudyandtranslationofanacademicpaper.Thegeneraldesignisabouta1.80Mt/anewundergroundminedesignofGobeicoalmine.WobeicoalmineliesinBozhouCity,Anhuiprovince.AsJingjiurailwayrunsinthewestoftheminefieldandSuifurailwayrunsintheeastoftheminefield,thetrafficisconvenient.It’sabout6kmonthestrikeand3.2kmonthedip,withthe14.85km2totalhorizontalarea.Theminablecoalseamis8withanaveragethicknessof10.1mandanaveragedipof23°.Theprovedreservesofthiscoalmineare212.6Mtandtheminablereservesare127.6Mt,withaminelifeof54.5a.Thenormalmineinflowis250m3/handthemaximummineinflowis280m3/h.Theminegasemissionrateis21.33m3/minwhichbelongstolowgasmine.Basedonthegeologicalconditionsofthemine,Ibringforwardfouravailableprojectsintechnology.Thefirstisverticalshaftdevelopmentwithtwomininglevelsandtheextensionofblindinclinedshaft;thesecondisverticalshaftdevelopmentwithtwomininglevelsandtheextensionofverticalshaft;thethirdisverticalshaftdevelopmentwiththreemininglevelsandtheextensionofblindinclinedshaft;thelastisverticalshaftdevelopmentwiththreemininglevelsandtheextensionofverticalshaft.Thefirstprojectisthebestcomparingwithotherthreeprojectsintechnologyandeconomy.Thefirstlevelisat-700m.Thesecondlevelisat-1000m.Designedfirstminingdistrictmakesuseofthemethodoftheminingdistrictpreparation.Thelengthofworkingfaceis210m,whichusesfully-mechanizedcoalcavingminingmethod.Theworkingsystemis“three-eight”whichproduces330d/a.Mainroadwaymakesuseofbeltconveyortotransportcoalresource,andminecartobeassistanttransport.Thetypeofmineventilationsystemistwowingsdiagonalventilation.Themonographicstudyisthetopicofmechanicalrefrigerationinthecoalthermaldamagecontrol,thereasonsofhightemperaturefromthemine,minegroundtemperaturedistributionlaw,coldandmechanicalpre-coolingandicelostcoolingbothmechanicalcoolingsystem,andexamplesillustratestheapplicationofthemechanicalcoolingsysteminthegovernanceofcoalheatdamageaswellasitsbroadprospectsandresearchnecessity.ThetranslatedacademicpaperisFiniteelementanalysisofthree-wayroadwayjunctionsinlongwallmining.Keywords:Guobeicoal;verticalshaft;blindinclinedshaft;miningdistrictpreparation;coalcavingmining;twowingsdiagonalventilation;gob-sideentry；mechanicalrefrigeration；coalthermaldamage第頁時期（通常在達產初期）和較大的時期（通常在生產后期）。本設計礦井采用兩翼對角式通風，在礦井服務年限內，分別在兩翼上部邊界開鑿兩個風井。9.4.2礦井通風容易時期和困難時期的最大阻力路線1）通風容易時期地面→副井→井底車場→軌道石門→軌道大巷→采區下部車場→采區軌道上山→采區中部車場→區段運輸平巷→工作面→區段回風平巷→采區上部車場→采區運輸上山→回風石門→邊界風井。2）通風困難時期地面→副井→井底車場→一水平軌道石門→一水平軌道大巷→采區下部車場→采區軌道上山→暗斜井上部車場→副暗斜井→二水平軌道大巷→區段運輸平巷→工作面→區段回風平巷→采區中部車場→西六采區運輸上山→南四采區運輸上山→回風石門→邊界風井。對應于通風容易時期的通風系統立體圖如圖9.4.1，對應于通風困難時期的通風系統立體圖如圖9.4.2。通風容易時期和通風困難時期的通風系統網絡圖如圖9.4.3。圖9.4.3通風容易時期與困難時期的通風系統網絡圖9.4.3礦井通風阻力計算根據已經確定的通風容易時期和通風困難時期，按這兩個時期的通風阻力最大的風路分別計算出各段井巷的通風阻力，然后累加得出兩個時期的總阻力。據此，所選用的風機既能滿足困難時期又能滿足容易時期的要求，則其它時期就無須再計算。表9.4.1通風容易時期礦井通風阻力計算表巷道名稱巷道標號支護方式a×104LUSQhfrv/N·s2·m-4/m/m/m-2/m3·s-1/Pa/m·s-1副井1-2混凝土350.073122.640.766.537.91.6井底車場2-2錨噴80.0100013.812.466.5255.75.4軌道石門2-3錨噴70.057314.815.056.055.23.7軌道大巷3-4錨噴70.0177214.815.056.0170.63.7軌道上山4-5錨噴90.029813.612.856.054.54.45-6錨噴90.010313.612.854.417.84.3運輸平巷6-7錨網150.0115117.017.541.493.82.4工作面7-8液壓支架320.021018.015.236.044.62.4軌道平巷8-9錨網150.0115117.017.541.493.82.4回風石門9-10錨噴70.010413.612.866.520.85.2風井10-13混凝土350.042818.828.366.554.92.3合計/Pa899.6表9.4.2通風困難時期礦井通風阻力計算表巷道名稱巷道標號支護方式a×104LUSQhfrv/N·s2·m-4/m/m/m-2/m3·s-1/Pa/m·s-1副井1-2混凝土350.073122.640.7井底車場2-2錨噴70.0100013.812.479.2363.26.4副暗立井2-4混凝土350.030022.640.7主暗立井7-8混凝土350.030020.40.4軌道石門2-3錨噴70.097014.815.057.498.13.8一水平軌道大巷3-9錨噴70.0131114.815.057.4132.33.8副暗斜井9-10錨噴150.067814.614.755.9146.13.8二水平軌道大巷10-11錨噴70.03414.815運輸平巷11-12錨網150.0158217.017.541,4129.02.4工作面12-13液壓支架320.021018.015.236.044.62.4軌道平巷13-17錨網150.0158217.017.541.4129.02.4運輸上山15-17錨噴90.018613.612.817-18錨噴90.04213.612.818-19錨噴90.035913.612.855.965.54.4二水平回風石門19-20錨噴70.06313.612.8南四采區上山20-21錨噴9057813.612.868.9160.15.4一水平回風石門21-22錨噴7093113.612.879.3265.86.2風井22-23混凝土350.040018.828.379.373.02.8合計/Pa1682.4通風容易與通風困難時期的礦井通風阻力計算分別見表9.4.1、表9.4.2。9.4.4礦井通風總阻力容易時期通風總阻力：Hfrmin=1.2×∑hfrmin（9.4.2）困難時期通風總阻力：Hfrmax=1.2×∑hfrmax（9.4.3）式中：1.2為考慮風路上有局部阻力的系數；∑hfrmin、∑hfrmax分別是礦井通風容易時期和通風困難時期的礦井總阻力。則有：Hfrmin=1.2×899.6=1079.52（Pa）Hfrmax=1.2×1402.8=2018.88（Pa）礦井容易時期和困難時期的總風阻見表9.4.3。表9.4.3礦井通風總阻力項目容易時期困難時期阻力/Pa1079.522018.889.4.5礦井總風阻及總等積孔礦井通風總風阻計算公式：R=hr/Qf2（9.4.4）礦井通風等積孔計算公式：A=1.1917/R0.5（9.4.5）式中：R——礦井風阻，N·s2/m8；hr——礦井總阻力，Pa；Qf——礦井總風量，m3/s；A——礦井等積孔，m2。帶入上面數據即可求出：容易時期：總風阻為：R=Hfrmin/Qfmin2=0.244（N·s2/m8）總等積孔：Armin=1.1917/R0.5=2.41（m2）困難時期：總風阻為：R=Hfrmin/Qfmax2=0.322（N·s2/m8）總等積孔：Armax=1.1917/R0.5=2.10（m2）由以上計算并對照表9.4.4可以看出，本礦井通風容易時期和通風困難時期總等積孔均大于2m2，屬于通風容易礦井，計算結果匯總表見表9.4.5。表9.4.4礦井通風難易程度與等積孔對照表通風阻力等級通風難易程度等積孔A大阻力礦困難<1m2中阻力礦中等1~2m2小阻力礦容易>2m2

表9.4.5礦井風阻和等積孔項目風量/m3·s-1總風阻/N·s2·m-8等積孔/m2難易程度容易時期66.50.2442.41容易困難時期79.20.3222.10容易9.5礦井通風設備選型9.5.1通風機選擇的基本原則所用的通風機除應具有安全可靠、技術先進、經濟指標好等優點外，還應符合下列要求：（1）選擇通風機一般應滿足第一水平各個時期的阻力變化要求，并適當照顧下一水平通風機的需要。當阻力變化較大時，可考慮分期選擇電動機，但初裝電動機的使用年限不宜小于10a；（2）留有一定的余量，軸流式通風機在最大設計風量和風壓時，葉片安裝角度一般比最大允許使用值小5°，離心式通風機的轉數一般不大于允許值的90%；（3）通風機的服務年限內，其礦井最大和最小阻力的工作點均應在合理工作范圍內；（4）慮風量調節時，應盡量避免采用風硐閘門調節。9.5.2通風機風壓的確定1）自然風壓通風機的壓力與自然風壓有很大關系。風機選型時計算風機壓力須計算出礦井自然風壓。礦井自然風壓的大小，最要取決于礦井風井的深度及內部的風流的密度。（1）靜壓礦井進、出風井的空氣柱的容重差以及高度差和其它自然因素所形成的壓力成為自然風壓，它對礦井風機的工況點會產生一定的影響，因此設計中應考慮自然風壓對風機的影響。H=ΔρgH（9.5.1）式中：Δρ——進風井筒與出風井筒空氣平均密度差，kg/m3，見表9.5.1示；H——井筒深度，m。表9.5.1空氣平均密度季節進風井筒（kg/m3）出風井筒（kg/m3）冬1.281.24夏1.221.26副井深度：Z副井=731m風井深度：Z風井=400m高差：Z高差=691-428=331m冬季空氣密度取：ρ進=1.28kg/m3，ρ出=1.24kg/m3，Ρ平均=1/2×（ρ進+ρ出）=1.26kg/m3冬季自然風壓：hna=ρ進gZ副井-ρ平均gZ高差-ρ出gZ風井=1.28×9.8×731-1.26×9.8×331-1.24×9.8×400=221.676（Pa）夏季空氣密度取：ρ進=1.22kg/m3，ρ出=1.26kg/m3，ρ平均=1/2×（ρ進+ρ出）=1.24kg/m3夏季自然風壓：hna=ρ進gZ副井-ρ平均gZ高差-ρ出gZ風井=1.22×9.8×731-1.24×9.8×331-1.26×9.8×400=-221.676Pa冬季自然風壓有利于礦井通風，壓力為221.676Pa，夏季自然風壓阻礙礦井通風，壓力為221.676Pa。2）通風機風壓（1）礦井采用抽出式通風，通風容易時期通風機靜風壓為：Hrsmin=Hfrmin-hn+h損失（9.5.2）式中：Hfrmin——通風容易時期礦井通風總阻力，Pa；hn——通風容易時期幫助通風的自然風壓，hn=221.676Pa；h損失——通風機附屬裝置和擴散器出口的風壓損失，通常為20~50，取50Pa。則有hrsmin=1079.52-221.676+50=910.22（Pa）（2）通風困難時期，考慮自然風壓阻礙通風機通風，通風機靜風壓為：Hrsmax=Hfrmax-hn+h損失（9.5.3）式中：Hfrmax——通風困難時期礦井通風總阻力，Pa；hn——通風困難時期阻礙通風的自然風壓，hn=-221.676Pa；h損失——通風機附屬裝置和擴散器出口的風壓損失，通常為20~50，取50Pa。則有hrsmax=22018.88+221.677+50=2290.566（Pa）3）通風機實際通過風量Qf因有外部漏風（防爆門和通風機風硐漏風），通過主要通風機的風量Qf必大于礦井總風量，對于抽出式用下式計算：Qf=k×Q（9.5.4）式中：Qf——通過風機的實際風量，m3/s；Q——風井總風量，m3/s；k——漏風損失系數。風井無提升任務時取1.1；箕斗井兼作回風井時取1.15；回風井兼做升降人員時取1.2。容易時期：Qrmin=1.1×66.5=73.15（m3/s）困難時期：Qrmax=1.1×79.2=87.12（m3/s）4）通風機工況點工況點為主要通風機工作風阻曲線與通風機特性曲線的交點。主要通風機工作風阻曲線由風機風壓與風量的關系方程h=R×Q2確定；通風機特性曲線由選擇的主要通風機確定。容易時期：Rrsmin=hrsmin/Qrmin2=910.22/73.152=0.17（N·s2/m8）困難時期：Rrsmax=hrsmax/Qrmax2=2290.566/7.122=0.302（N·s2/m8）風機風壓與風量的關系：容易時期：hrsmin=Rrsmin×Qf2=0.189Qf2困難時期：hfsmax=Rfsmax×Qf2=0.218Qf2主要通風機在兩個時期分別應滿足的風量、風壓見表9.5.2。表9.5.2主要通風機工作參數表容易時期困難時期風量/m3·s-1風壓/Pa風量/m3·s-1風壓/Pa73.151012.785.51592.66根據以上數據，在主要通風機個體特性圖表上選定風機，該礦井風機型號選定為FBCDZ-10-No.24C型軸流式通風機。該型通風機特性曲線如圖9.5.1所示，在圖上繪制風阻線，風阻曲線與風機特性曲線的交點、為理論工況點，M1、M2點為根據理論工況點求得的實際工況點。FBCDZ-10-No.24C型軸流式主要通風機實際工況點參數見表9.5.3。表9.5.3主要通風機實際工況點參數性能參數型號通風時期葉片安裝角/（°）轉速/r·min風壓/Pa風量/m3·s效率/（%）輸入功率kWFBCDZ-10-No.24C容易49°/41°5801120770.73138困難55°/47°580171087.50.78192圖9.5.1FBCDZ-10-No.24C型軸流式通風機特性曲線9.5.3電動機選型主要通風機選定后，根據各時期的主要通風機輸入功率計算出電動機的輸出功率，選出電動機。由于Nfmin/Nfmax=138/192=0.72>0.6，即只需選一臺電動機，其功率為：Ne=Nfmax×ke/ηe/ηc（9.5.5）式中：Ne——電動機的輸出功率，kW；Nfmax——通風機困難時期主要通風機的輸入功率，kW；ke——電動機容量備用系數，ke=1.1～1.2,取1.15；ηe——電動機效率，ηe=0.92～0.94,取0.93；ηc——傳動效率，電動機與通風機直聯時η傳=1。則：Ne=192×1.15/0.93=237.4（kW）根據以上計算出的功率以及主要通風機要求的轉速，選擇型號為Y450-50-10的異步電動機，其詳細參數見表9.5.4。表9.5.4Y450-50-10型異步電動機技術特征項目單位參數額定功率kW250轉速r/min591功率因數-0.798效率%93.28定子電流A礦井主要通風設備的要求礦井不得采用局部通風機群作為主要通風機用。在特殊條件下，作臨時使用時，必須報主要通風機管理，制定措施，報省煤炭局批準。（1）主要通風機必須安裝在地面，裝有通風機的井口必須封閉嚴密，其外部漏風率在無提升設備時不得超過5%，有提升設備時不得超過15%；（2）主要通風機必須保證經常運轉；（3）主要通風機必須裝置兩套同等能力的通風機，其中一套作備用。在建井期間可裝置一套通風機和一部備用電動機。備用通風機或備用電動機和配套通風機，必須能在10min內開動。（4）裝有主要通風機的出風井口，應安裝防爆門；（5）主要通風機至少每月由礦井機電部門檢查1次。改變通風機轉數或風葉角度時，必須報礦總工程師批準；（6）進風井口必須布置在不受粉塵、灰土、有害和高溫氣體侵入的地方；進風井筒冬季結冰，對工人健康和提升設施有一定的危害，必須設暖風設備；（7）回采工作面和掘進工作面都應獨立通風，特殊情況下串聯通風必須符合《煤礦安全規程》第117條有關規定；（8）完善礦井通風系統，合理分配風量，降低并控制負壓，以減少漏風，每個面回采結束，要將其兩順槽就近連通并及時加以密閉，使采空區處于均壓狀態；9.5.5對反風裝置及風硐的要求為使進風井筒附近和井底車場發生火災或瓦斯煤塵爆炸時的有害氣體不進入工作面，危及井下工人的生命安全，我國《煤礦安全規程》（2006年版）規定要求在10min內能把礦井風流反轉過來，而且要求風量不小于正常風量的60％。本設計采用反風道反風，即在出風井另開反風道，安裝反風裝置。能夠保證安全可靠，滿足反風的時間和風量要求。9.6特殊災害的預防措施9.6.1預防瓦斯和煤塵爆炸的措施1）回采和掘進工作面以及回風巷中，必須按規定定期檢查瓦斯，如發現異常，必須按規定處理。2）盲巷、盲硐、片幫及冒頂處等容易積驟瓦斯的地點，必須及時處理。3）掘進應采用雙風機，雙電源和風電閉鎖裝置。4）掘進與回采工作面應安設瓦斯自動報警裝置。5）大巷及裝煤站應安設瓦斯自動報警斷電儀。瓦斯超限后應自動切斷供電及架線電源。6）所有易產生煤塵的地點。必須采取灑水滅塵等防塵設備及除塵設施。7）井下風速必須嚴格控制，防止煤塵飛揚。井下所有煤倉和溜煤眼均應保持一定存煤，不得放空，不得兼作通風眼。8）綜采工作面應采取煤塵注水。按照保安規程設計懸掛巖粉棚和防水棚。9）煤塵應定期清掃。巷道應定期沖刷，各個裝煤站應進行噴霧灑水。9.6.2預防井下火災的措施1）井下中央水泵房和中央變電所設置密閉門、防火門。并設區域返風系統。2）井下機電設備選用防爆型為原則。應加強機電設備的安裝質量。并加強維修及管理。防止漏電及短路產生高溫和火花。3）對自然發火的煤層，應加強煤炭與坑木的加收；加強密閉，及時密閉采空區；對停采線進行黃泥灌漿或噴灑阻化劑；分層開采還應在采區隨采隨注。4）二阻化劑防火。9.6.3防水措施1）井巷出水點的位置及其水量，前采空區積水范圍、標高和積水量，都必須繪出采掘工程圖上。2）主要水倉必須有主倉和副倉，當一個水倉清理時，另一個水倉能正常使用。3）采掘工作面遇到下列情況之一時，必須確定探水線，進行探水，確認無突水危險后，方可前進。（1）接近水淹或可能積水的井巷、老空或小煤礦時；（2）接近水文地質復雜的區域，并有出水征兆時；（3）接近含水層、導水斷層、溶洞和陷落柱時；（4）打開隔離煤柱放水時；（5）接近有出水可能的鉆孔時；（6）接近有水或稀泥的灌泥區時；（7）底板原始導水裂隙有透水危險時；（8）接近其它可能出水地區時.10設計礦井基本技術經濟指標表10.1.1設計礦井基本技術經濟指標序號技術經濟指標項目單位數量或內容1煤層牌號-J(31)2可采煤層數目層33主采煤層厚度m10.14煤層傾角(°)11～255礦井工業儲量Mt212.6礦井可采儲量Mt127.66礦井年工作日數d330日采煤班數班27礦井年生產能力Mt/a1.80礦井日生產能力t/d6057.5768礦井服務年限a54.59礦井第一水平服務年限a33.310井田走向長度km5.62～6.53井田傾斜長度km2.33～3.7111瓦斯等級-低瓦斯相對涌出量m3/t6.7712通風方式前期-中央并列式13礦井正常涌水量m3/h250礦井最大涌水量m3/h28014開拓方式-立井兩水平,一對立井、一對暗斜井延深15第一水平標高m-700最終水平標高m-100016生產的工作面數目個1備用的工作面數目個017采煤工作面年進度m79218移交時井巷工程量m4238達產時井巷工程量m806519開拓掘進隊數個420大巷運輸方式-膠帶輸送機21礦車類型-1.0t固定箱式礦車22電機車類型-蓄電池式電機車23設計煤層采煤方法-走向長壁綜采放頂煤采煤法24工作面長度m210工作面推進度m/月72工作面坑木消耗量m3/kt1工作面效率t/工57.8工作面成本元/t104.55參考文獻[1]徐永圻.《采礦學》.徐州：中國礦業大學出版社，2003[2]杜計平.《采礦學》.徐州：中國礦業大學出版社，2009[3]林在康、左秀峰.《礦業信息技術基礎》.徐州：中國礦業大學出版社，2002[4]鄒喜正、劉長友.《安全高效礦井開采技術》.徐州：中國礦業大學出版社，2007[5]張寶明、陳炎光.《中國煤炭高產高效技術》，徐州：中國礦業大學出版社，2001[6]錢鳴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2礦井中高溫高濕產生的原因2.1礦井中高溫產生的原因造成礦井氣溫升高的熱源很多,主要有相對熱源和絕對熱源。相對熱源的散熱量與其周圍氣溫差值有關,如高溫巖層和熱水散熱;絕對絕源的散熱量受氣溫影響較小,如機電設備、化學反應和空氣壓縮等熱源散熱。高溫巖層散熱是影響礦井空氣溫度升高的重要原因,它主要通過井巷巖壁和冒落、運輸中的礦巖與空氣進行熱交換而造成礦井空氣溫度升高;另外當礦井中有高溫熱水涌出時,也將影響整個礦井的微氣候,而使礦井空氣溫度略有升高。從總體上來看,造成礦井高溫熱害的主要因素有地熱、采掘機電設備運轉時放熱、運輸中礦物和矸石放熱和風流下流時自壓縮放熱等4大熱源。就個別礦山而言,礦井內高溫水涌出、礦物強烈氧化等也可能形成高溫熱害。另外造成礦井高溫還有以下幾個因素:其一是礦井開采深度大,巖石溫度高。在我國中、北部地區,大部分高溫礦井都是由于此類原因所致。其二是地下熱水涌出。地下熱水由于易于流動,且熱容量大,是良好的載體,地下熱水主要是通過兩個途徑把熱傳遞給風流:①巖層中的熱水通過對流作用,加熱了井巷圍巖,圍巖再將熱量傳遞給風流;②熱水涌入礦井巷道中,直接加熱了風流;③采掘工作面風量偏低。通風不良風量偏低,是我國目前造成采掘工作面氣溫較高的普遍性因素。據調查統計,我國煤礦長壁工作面供風量80%以上在200～800m3/min之間[2],而按降溫要求,高溫回采工作面供風量至少應為800m3/min以上。2.2礦井中高濕產生的原因礦井的濕度通常采用相對濕度表示,礦井最適宜的相對濕度為50%～60%[3]。而礦井下空氣的相對濕度大多為80%～90%左右,總回風道和回風井內空氣的相對濕度接近100%。造成礦井下空氣濕度過大的主要原因是井巷壁面的散濕和礦井水的蒸發;另外礦井開采過程的生產用水也是造成礦井下空氣濕度過大的一個不可忽視的重要因素。礦井熱害產生的主要原因,可簡明地用圖2.1表示。其他因素礦物氧化放熱礦井內高溫水流出風流下流時自壓縮放熱礦井高濕圖2.1礦井熱害產生的主要原因其他因素礦物氧化放熱礦井內高溫水流出風流下流時自壓縮放熱礦井高濕2.3礦井地溫分布規律利用插值法可推出該礦地溫梯度值及任意深度的巖溫計算式：式中：G—該礦區地溫梯度，℃/100m。—深部某點的地溫，℃；—某點的已知溫度，℃；H—礦區某點的深度，m；溫度所對應的深度，m；2.4導熱偏微分方程建立在平面上建立一個x-y坐標系，如圖1所示。圖1微元體在dt時間內流進和流出的熱量，首先考慮巖體上一個薄的微元體，邊長為Δx和Δy。根據傅里葉定律，可推出巖體二維熱傳導方程為：考慮巖體的熱固耦合作用，上式可以改寫為：式中：λ—導熱系數；d—巖體的厚度；G—為溫度T的函數；—溫度載荷；—應力張量。該方程即為巖石內部溫度分布。3機械制冷降溫采用大電網電力即外購電制冷的礦井空調系統,不僅本身電耗大,費用高,且加重礦區電力緊張、電費昂貴的局面,由此引起的煤炭成本升高將導致煤礦經濟效益下降。這是我國煤礦高溫礦井使用空調降溫技術所面臨的一個突出問題。煤礦生產伴有大量的煤矸石等劣質燃料,既占地又污染環境,且外運極不經濟。利用豐富的劣質煤源,建設小型坑口自備熱電站,除滿足煤礦所需的熱電能量外,可以配置以熱電站為熱源的吸收式制冷機,生產高溫礦井和地面建筑所需的冷量,將大大提高煤礦的經濟效益,且能改善礦區環境,推動第三產業的發展。由于坑口熱電站建于地面,利用電站熱量的制冷機房若設在井底車場附近,需將熱沿保溫管道由地面輸送到井底,熱損較大,這是極不經濟的。故制冷機房只能設于地面,這時,礦井降溫空調系統需要制取1℃的冷水,而采用溴化鋰制冷機顯然滿足不了這一要求。可在溴化鋰制冷機之后再串聯一級壓縮式制冷機組,最終制出1℃冷水送往井下的降溫系統。壓縮式制冷機組用電也取自熱電站所發電力。按折合有用能等價法計算出的聯產電價非常便宜,為0.095～0.110元?kW·h,因而制出的低溫冷凍水價格較低。采用氨吸收式制冷機(制冷機房只能設于地面),則可以直接制取1℃冷水供井下降溫系統使用。這種方案較串聯制冷更能體現出熱電冷聯產的優越性。因為它生產的冷水所消耗的全是較低品質的煤氣,而節省出的高品位電能供煤炭開采使用,減少或不用外購電,以提高整個煤礦的經濟效益。盡管氨吸收式制冷機的當量熱力系數較低(與電動蒸氣壓縮式制冷相比),但綜合考慮制冷的全過程,兩者的能耗大體相當。然而兩者最大的區別是,聯產制冷的最初燃料是作為廢物的劣質煤炭,而外購電制冷的一次能源是供發電的優質煤,價格差距很大。因此,只要有條件搞熱電冷聯產的煤礦,應盡量選用這一礦井降溫冷源方案。但是聯產制冷需要建設小型坑口熱電站,初始投資比較大。蒸氣壓縮式循環制冷空調、熱電站為熱源的吸收式制冷機組都是利用制冷機制備的冷凍水作為供冷媒質,通過空冷器冷卻風流,從而向采掘工作面供冷,其基本結構模式如圖1所示。這種空調系統根據制冷站的安裝位置、冷卻礦內風流的地點、載冷劑的循環方式等,可分為井下集中空調系統、地面集中空調系統、井上下聯合空調系統和井下分散局部空調系統。礦井采用制冷空調降溫是空調應用技術發展的一個新領域。當采用非空調降溫措施仍無法達到所要求的作業環境標準溫度或不經濟時,應考慮使用制冷空調降溫技術。人工制冷降溫是目前國內外普遍采用的降溫措施,其技術關鍵是制冷、輸冷、傳冷與排熱,以及降溫系統及其控制。礦井制冷主要采用制冷機,制冷機所用的制冷劑必須符合無毒、不可燃和無爆炸危險的要求。在大范圍的礦井降溫中,制冷站制取的冷量大都采用管道用水作為載冷劑進行輸冷;在礦井深度較大時,可采用冰塊輸冷,礦井越深,這種優點越突出。傳冷是礦井降溫中的重要環節,目前國內外在傳冷方式上主要有表面式空氣冷卻器傳冷、噴淋式空冷器傳冷、吸收式制冷器傳冷和其他傳冷方式傳冷。如何有效地排除制冷機的冷凝熱,是維持制冷機正常運行,提高礦井降溫系統經濟效益的關鍵之一。目前世界上許多礦井利用回風流排熱,普遍認為利用回風流排熱是一種經濟有效的排熱方法。3.1空調系統的分類3.1.1.井下集中式空調系統該系統的制冷機設在井下,通過管道集中向各工作而供冷水,系統比較簡單供水冷管道短,沒有高低壓換熱器,僅有冷水循環管路。但必須在井下開鑿大斷面峒室,它給施工和維護帶來困難,并且電機和控制設備都需防爆,難度大、造價高。隨著開采深度的增加,井下集中空調系統的冷凝熱排放則成為突出的問題。這種布置形式只適用于需冷量不太大的礦井。井下集中式空調系統按冷凝熱排系統的敷設方式的不同來分類,又可分成四種不同的布置形式:回風流排熱、地面冷卻塔排熱、地下水源排熱、幾種排熱方式混合排熱。根據不同的實際情況采用不同的敷設方式。圖.2地面集中式空調系統制冷站設在地面且在地面冷卻總進風的系統形式通常采用圖所示工藝流程。圖3.1.2工藝流程圖該系統將制冷站設置在地面,冷凝熱也在地面排放,在井下設置高低壓換熱器將一次高壓冷凍水轉換成二次低壓冷凍水,最后在用風地點上用空冷器冷卻風流。這種空調系統有另兩種形式,一種是集中冷卻礦井總進風,這種形式,在用風地點上空調效果不好,而且經濟較差;另一種是在用風地點上采用高壓空冷器,這種形式安全性較差。實際上后兩種形式在井中都不可采用。井下冷卻風流系統,載冷劑輸送管道中的靜壓很大,所以必須在井下增設個中間換熱裝置(高低壓換熱器)。其中,高壓側的載冷劑循環管道承壓大,易被腐蝕損壞,且冷損較大。這種系統比較于井下集中式空調系統,制冷機不需要采取防爆措施,排熱方便,冷損失小,水頭壓力小,易安裝,便于運行管理。但此系統形式年運行時間不短、供冷距離短、要求水量大、凍水溫差小,這些缺點嚴重制約了其在深井的應用。當礦井非預期的繼續向下開采的時候,該系統能夠很方便的拓展成井下地面聯合的礦井空調系統。此系統在1995年6月27日在孫村礦試運轉,試運行后,因各方面原因一直未在運行。根據經驗,應該是設備管道本身的110質量和現場安裝質量上出現問題。圖.3井上、下聯合的混合空調系統這種布置形式是在地面、井下同時設置制冷站,冷凝熱在地面集中排放。它實際上相當于兩級制冷,井下制冷機的冷凝熱是借助于地面制冷機冷水系統冷卻。因井下的最大限度的制冷容量受制于相應的空氣和水流的回流排熱能力,所以通常需要在地表安裝附加的制冷機組。這就使得混合系統成為深井冷卻降溫的必要。地下5000m處不同采深的礦井采用的礦井冷卻空調系統和礦井設計的成本可以被專家確定,這些被確定的成本數據及實踐表明深井降溫最經濟的深井冷卻系統是地表制冷機組和地面制冷機組聯合的混合冷卻系統。該系統中設備布置分散,冷媒循環管路復雜,操作管理不便。但是它可提高一次載冷劑回水溫度,減少冷損;可利用一次載冷劑將井下制冷機的冷凝熱帶到地面排放,這樣就決定了此系統能承擔大負荷,這些是井下集中式和地面集中式所缺少的品質。3.1.4井下分散局部空調系統從一定意義上講:當實際礦井工程中只需要在幾個點并且點點相隔較遠時,如某幾個單獨的工作面需要降溫,這時分散局部空調系統是一種高效經濟的降溫措施。局部空調系統在我國應用得比較廣泛,在平頂山礦區,五礦己二采面采用一臺制冷量為300kW的防爆制冷機組向己15-23071采而供冷,利用井下回風排放冷凝熱,效果明顯,平均降溫幅度4℃;四礦戊九采而空調系統,采用一臺制冷量為500kW的制冷機組向戊九采區的戊s-19140采而供冷,很好地滿足了降溫需求。新集一礦210807工作面降溫,都是采用的此系統形式并取得良好的效果。圖機械預冷風降溫3.2.1風溫變化過程概述在礦井通風過程中,進入井下的空氣流,由于受到扇風機外力的作用,風道中的空氣產生了流動,此種流動被稱之為受迫流動。流入井下的空氣流,不但產生在風流內部的導熱現象,而且入風流還將與巖壁產生熱交換,這一過程是包括了對流與導熱的聯合作用。因此,在這一過程中,入風流與巖壁之間的換熱可稱之為對流換熱。經過大量的現場觀測發現,當風流流經巷道后,由于巖體與風流之間存在著溫度差,就將使巖體與空氣之間產生熱交換。由于夏季礦山的地表氣溫較高,如湘西金礦在7、8、9三個月份的氣溫可達到36~42℃。高溫空氣進入礦井后,開始形成高溫入風流。隨著高溫入風流在井下的流動,即產生了空氣與巖壁的熱交換過程。在這一過程的開始階段,入風流的氣溫較高,而上部巖層的巖石溫度相對較低,入風流開始向巖壁放熱。隨著開采深度的增加,巖層的溫度逐漸降低。當入風流到達恒溫層時,巖石的溫度降到最低。高溫入風流的放熱過程也達到了最強烈的階段。從恒溫層開始,風流繼續下行,巖石溫度隨著標高的下降而開始升高,入風流的放熱過程逐漸減緩。當入風流的溫度與巖壁的溫度相等時,入風流的放熱過程結束。此后,隨著巖石溫度的增高,入風流的吸熱過程開始,并依開采深度的增加,入風流的吸熱過程逐漸增強,使風流溫度不斷升高。為了更好地發揮通風降溫的作用,應當充分利用低溫巖層的降溫作用,合理利用恒溫層的巖石溫度最低的特點,將入井的新鮮風流進行降溫預處理,然后再把降溫后的風流直接送往井下深部用風點,從而起到更加顯著的通風降溫的技術效果。3.2.2巖層預冷風溫在工程中的計算在工程計算中,時間的影響因素甚小,可以忽略不計,并將巷道軸向的溫度視為不變化,而溫度僅沿半徑方向變化,這樣就將非穩態過程簡化為一維穩態過程。我們可以依據東北大學王英敏教授的研究成果,即:式中：L——預冷巷道的長度,m;G——預冷風量,kg/s;——空氣的定壓比熱,J/kg·℃;K——為巖體與空氣的熱交換系數,W/m2·℃;P——預冷巷道的周界,m;t0為地表的氣溫,℃;——預冷巖層巖體的溫度,℃;——與入風口相距L米處的巷道氣溫,℃。根據(1)式整理后,得下式:與入風口相距L米處的巷道氣溫可由上式求的3.2.3常見的空氣制冷方法（1）蒸汽壓縮式制冷蒸汽壓縮式制冷是利用液體氣化時的吸熱效應而實現制冷的。在一定壓力下液體氣化時,需要吸收熱量,該熱量稱為液體的氣化潛熱。液體所吸收的熱量來自被冷卻對象,使被冷卻對象溫度降低,或者使它維持低于環境溫度的某一溫度。在液體氣化制冷中,可分為機械壓縮式、吸收式、噴射式、吸附式制冷,而在煤礦井下制冷系統應用中,以機械壓縮式制冷為主。機械壓縮式制冷系統由壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器組成,用管道將其連成一個封閉的系統。工質在蒸發器內與巷道空氣發生熱量交換,吸收被冷卻對象的熱量并氣化,產生的低壓蒸汽被壓縮機吸人,壓縮機消耗能量(通常是電能),將低壓蒸汽壓縮到需要的高壓后排出。壓縮機排出的高溫高壓氣態工質在冷凝器內被常溫冷卻介質(水或空氣)冷卻,凝結成高壓液體。高壓液體流經膨脹閥時節流,變成低壓、低溫濕蒸汽,進入蒸發器,其中的低壓液體在蒸發器中再次氣化制冷。(2)空氣壓縮式制冷礦井空調系統空氣壓縮式制冷為理想氣體的逆向循環系統,高壓氣體絕熱膨脹時,對膨脹機作功,同時氣體的溫度降低。其循環型式主要有:定壓循環,有回熱的定壓循環和定容循環。與液體氣化式制冷相比,空氣膨脹制冷是一種沒有相變的制冷方式,所采用的工質主要是空氣。由于空氣壓縮制冷循環的制冷系數、單位質量制冷工質的致冷能力均小于蒸汽壓縮制冷系統,在產生相同制冷量的情況下,空氣壓縮式制冷系統需要較龐大的裝置,并且單位制冷量的投資和年運行費用均高于蒸汽壓縮式系統。因此,空氣壓縮式制冷在礦井降溫中很少應用,因此只介紹蒸汽壓縮式制冷系統在煤礦中的應用。空氣制冷空調有渦輪式空氣制冷、變容式空氣制冷、渦流管式空氣制冷和壓氣引射器制冷等形式;由于后三種形式使用的局限性,使得渦輪式空氣制冷是目前最常用的礦井空調統。空氣壓縮制冷循環的制冷系數、單位質量制冷工質的致冷能力均小于蒸汽壓縮制冷系統,產生相同制冷量的情況下,空氣壓縮式制冷系統需要較龐大的裝置,并且單位制冷量的投資年運行費用均高于蒸汽壓縮式系統。因此,全礦井采用空氣壓縮式制冷系統降溫的礦井降溫礦井很少。渦輪式空氣制冷利用壓縮空氣經過渦輪絕熱膨脹做功,從而使空氣制冷。1993年7月,平頂山礦務局科研所和609研究所大膽借鑒空氣制冷技術在航空、制氧、石油等工業上的成功應用經驗,聯合研制成KKL-101無氟空氣制冷機,為我國礦井空調開辟了一條新的途徑。KKL101無氟空氣制冷機主要由渦輪膨脹機、水冷卻器、水分離器、消音隔熱風筒、閥門和壓力表組成。從井下壓縮空氣主管來的壓縮空氣經過限流環將壓力減小到0.22MPa以下,然后進入渦輪膨脹機的壓氣機端增壓。壓氣機的動力來自渦輪中空氣膨脹時的輸出功,空氣在壓氣機中增壓的同時,溫度也隨著升高;接著進入水冷卻器與冷卻水進行熱交換冷卻,使空氣的溫度降到接近壓氣機進口的空氣溫度。為防止空氣中游離水進入渦輪膨脹機的渦輪端,在水冷卻器出口處安裝了水分離器,除去水的空氣進入渦輪膨脹降溫后流入隔熱風筒,與風筒內的空氣混合后輸往工作面降溫。渦輪膨脹機為二輪升壓式結構,渦輪與壓氣機裝在同一軸上,轉速達50000r/min。壓氣機葉輪為離心式,渦輪葉輪為向心徑流式。采用滾動軸承支承,油芯式潤滑。水冷卻器為單程叉流式,其換熱芯片是由高密度波紋板、邊條、隔板和端板在高真空度的真空爐中釬焊而成。連接端蓋、接頭等是由手工氬氣保護焊焊成。具有結構緊湊、單位體積內傳熱面積大、質量小等優點。渦輪式空氣制冷機系統用空氣制冷機作為高溫礦井空調終端,如圖2所示,它相當于冷水機組系統中的空冷器,具有系統簡單,沒有高低壓換熱器和空冷器,輸冷管道少,承壓小,材質要求低,施工技術難度低等特點。空氣制冷機本身無需電力驅動,無防爆問題,空氣既是制冷劑又是載冷劑,取之不盡,用之不竭,又無環境污染問題,在高溫、高沼氣煤礦具有很好的應用前景。但該系統需要礦井具有充足的壓縮氣源,通過經濟分析比較,與蒸氣壓縮式空調系統相比,每千瓦制冷量的投資和年運行費用較高。渦輪式空氣制冷機系統用空氣制冷機作為高溫礦井空調終端,它相當于冷水機組系統中的空冷器,其優點如下:系統簡單,沒有高低壓換熱器和空冷器,輸冷管道少,承壓小,材質要求低,施工技術難度低等;空氣制冷機本身無需電力驅動,無防爆問題,空氣既是制冷劑又是載冷劑,取之不盡,用之不竭,又無環境污染問題,在高溫、高沼氣煤礦具有很好的應用前景。但也有其缺點:該系統需要礦井具有充足的壓縮氣源,與蒸氣壓縮式空調系統相比投資和年運行費用較高。隨著空氣壓縮制冷的發展,1989年南非一金礦建成了壓縮空氣制冷系統,這作為一種新型礦井壓氣空調系統是在傳統的礦井空調系統的基礎上發展起來礦井空調系統,其基本原理是利用壓氣作為供冷媒質,直接向采掘工作面噴射制冷。礦井壓氣空調系統在技術上具有顯著的優點,運行經濟合理,能夠有效地解決我國當前礦井集中降溫中存在的實際問題,使工作面上的冷量分布合理,降溫效果好,而且系統簡單,應用靈活,可應用于需冷量小太大的小型礦井降溫系統,尤其對我國民壁開采工作面具有很強的適用性。礦井壓氣空調系統可作為我國今后礦井降溫中一條可供選擇的新途徑。新汶礦業集團公司孫村煤礦位于山東省新泰市境內,開采歷史近百年,東臨張莊煤礦,西與良莊煤礦相鄰,現綜合采煤能力為120萬t/a,地面標高+175~+205m,開采上限為+50m,開采下限暫定為-1050m。該礦于20世紀80年代初在-400m水平實施井下集中降溫,當時裝機容量為4臺Ⅱ-JBF50×0型離心冷水機組,3臺運轉1臺備用,正常運轉時制冷站總產冷量為1500kW,系統總電功率為1546kW,服務于4個回采工作面和4個掘進面,降溫標準為26℃,降溫幅度為3℃,采用回風排熱。90年代初由于礦井開拓深度下延至-800m,掘進面溫度高達33℃,為了解決高溫問題,孫村礦在原煤炭部的支持下,建立了北風井井口集中、井下設殼管式換熱器的制冷系統,地面制冷站裝機容量為6300kW(1臺德國WM公司生產的1900kW冷水機組、2臺大冷產2200kW螺桿冷水機組),井下設8臺WM公司產殼管式換熱器;由于多種原因,該系統安裝完成后,一直沒有投入正常使用。從上述降溫史可以看出,孫村礦在全國煤礦首次實施井下和地面集中降溫,但目前急需要的是切實的降溫方案。2002年6月,對孫村礦井下熱環境狀況和降溫方式分別進行了認真測定、分析和研究,先后提出了9個方案,經過多次交流,剔除了其余7個方案。同時完成了孫村礦深部5采區降溫方案設計,實施后截至2004年12月整個礦井降溫系統正常運轉9000h達到了設計效果。3.3冰冷卻礦井空調系統冰冷卻空調系統就是利用地面制冰場制取的粒狀冰或泥狀冰,通過風力或水力輸送至井下的融冰裝置,與井下空調的回水進行直接熱交換,使空調回水的溫度降低。與普通礦井空調系統相比,冰冷卻空調系統由于利用冰的融解潛熱進行降溫,所以在同樣冷負荷的條件下,向井下的輸冰量僅為輸水量的1?4～1?5。由于輸冷管道和輸送流量減少,管道投資費用和運行能耗降低,由管道溫升而產生的冷損降低,所以系統的裝機容量和投資費用都大大降低。它不存在普通礦井空調所難以克服的過高靜水壓力和冷凝熱排放困難等問題,主要電動設備均在井上,不需要防爆,能較好地適應礦井的安全要求。冰冷卻空調系統的應用主要應考慮:冰冷卻空調系統的具體方式、冰的制備、冰的輸送和冰的溶解等問題。由于機械制冷水系統的水路系統的大壓力的局限性,近年來國內外使用了新型的冰冷卻礦井空調系統。所謂冰冷卻空調系統,就是利用地面制冰廠制取的粒狀冰或泥狀冰,通過風或水力輸送至井下的融冰裝置,在融冰裝置內,冰與井下空調回水直接換熱,使空調回水的溫度降低。冰冷卻降溫系統由制冰、輸冰和融冰三個環節組成。該系統有其獨特的優點。首先,從井下用泵打回的水量只是水冷卻系統水量的1/4,這大大節約成本;其次,輸送到空氣冷卻器的水和冰直接熱交換,具有很高的熱交換效率,能產生1℃的冷水,這樣輸送到空氣冷卻器的水量需求明顯減少,從而減少了冷凍水泵的輸送能耗;最后,能夠很順利的克服常用礦井空調系統的高靜水壓力和冷凝熱排放困難等問題。實際冷卻系統的對比評價證明:目前3000m以下的礦井降溫系統,即使在地制冰費用不扉,其最經濟的選擇方案是在地表安裝機組制取冰供井下用。這些都表明冰冷卻礦井空調系統的遠大的應用前景。南非Harmony金礦在1986年第一個采用冰冷卻系統進行礦井降溫。現在因為礦井的關閉,降溫系統不再運行。最成功的礦井冰冷卻降溫系統是已經成功運行10年的ERPM礦井系統。ERPM系統的運行提供了寶貴的經驗和信息,它適合于任何其他礦井冰輸送系統。任何冰冷卻系統的一個重要問題是管道的機械設計。專家發現冰塞延著管道形成并在管道末端激烈釋放。冰塞的這種運動引起管道激烈的振動,從而導致對管道支撐的嚴重沖擊,特別是當管道和支撐有足夠的空間時沖擊更具有破壞力。當使用低壓塑料管時,通過精密的支撐設計使得沖擊力降到最小是非常重要的。另外一個重要的問題是管道堵塞,主要發生在管道的末端,它可以通過適當的監控措施來避免。作為一項礦井空調的新技術,冰冷卻空調系統在系統運行管理和控制方而有較高的要求。冰輸冷卻系統在我國還處于試應用階段。為在我國真正推廣應用冰冷卻空調系統,尚需開展許多工作,如適合不同冰制備方式的制冰設備的開發和研制,輸冰系統和輸冰設各的研究與開發,適合低溫水和泥狀冰傳熱要求的井下空冷器的研究與開發。2004年孫村煤礦采用了冰冷卻輻射降溫空調系統獲得了巨大的成功,并把這項工程的技術和經驗成功地推向市場。3.3.1冰輸冷降溫系統的基本原理(1)冰的吸熱能力分析小于0℃冰的比熱為2.09KJ/(kg/℃)，即單位質量的冰溫度每升高1℃能吸收2.09KJ/(kg/℃)的熱量；冰的溶解潛熱為335KJ/(kg/℃)，即從0℃的冰溶解為0℃的水時，能吸收335KJ的熱量；水的比熱為4.187KJ/(kg/℃).即單位質量0℃的水溫度每升高1℃，所吸收的熱量為4.187KJ。則低于0℃的冰融解為高于0℃的水，單位質量的冰輸冷能力為：式中：——冰的比熱，。——冰水相變潛熱，。——水的比熱，。——冰的相變溫度，0℃。——冰晶的平均溫度，取制冰末期溫度范圍上下限的平均值，末期溫度一般在-3℃~-9℃；——冷水吸熱后的出水溫度，℃。用冷水輸冷時，要去掉式中涉及相變潛熱和冰的顯熱部分，即：0℃冷水吸熱后最終水溫升至5℃時，1℃的冰，相當于99.7KW·h。因此理論上，在水和冰兩種輸冷介質同樣體積下，并輸冷能力約為水輸冷能力的17倍。冰輸冷降溫系統的主要原理是利用冰融解需要吸收大量的熱通過冰水直接接觸換熱，理想狀態下可以直接將水冷卻到接近0℃，然后把換熱所得冷水送到各工作面進行降溫。冰輸冷降溫系統主要由制冷制冰、冷凝散熱、輸冰融冰和輸冷散冷四個有機部分組成，地面制冰站制冰，通過管道輸送，最終將冰晶送至井下的融冰裝置。在融冰裝置內，冰與井下降溫系統的回水進行充分熱交換，產生接近0℃的冷水，再被輸送到需要降溫的工作地點。并輸冷降溫系統工藝簡圖如下：制冰系統散熱系統制冷系統輸冰系統融冰系統制冰系統散熱系統制冷系統輸冰系統融冰系統輸冷系統輸冷系統散冷系統散冷系統

冰輸冷降溫的系統結構模型如下圖所示：圖3.3.1冰輸冷降溫的系統結構模型(2)冰的載冷能力通過冰作為載冷介質，載冷能力主要表現在三個方面：其一、冰融化前的顯冷（即：通過冰的溫升吸收的熱量）；其二、冰相變的潛冷（即：通過冰的相變吸收的熱量）；其三、冰融化成水后的顯冷（即：通過水的溫升吸收的熱量）。則單位質量冰的載冷能力為：而采用冷水載冷時，冷水的載冷只有顯冷部分（即：通過冷水的溫升吸收的熱量），則式中，——單位質量冰的載冷量；——冰的比熱2.1Kj/Kg·K——冰水混合物的溫度；——冰的溫度——冰的潛熱335Kj/Kg；——水的比熱4.2Kj/Kg·K——冷水吸熱后的出水溫度——單位質量冷水的載冷量由式（1）和（2）可以看出，在出水溫度相同的情況下，單位質量冰的載冷能力遠遠高于冷水的載冷能力。也就是說，當熱負荷相同時，冰輸冷系統的冷媒介質質量流量遠小于冷水輸冷系統的冷媒介質質量流量。例：制冰溫度=-2℃、冷水溫度=0℃、出口水溫=5℃，單位質量的冰的載冷能力為單位質量冷水載冷能力的17倍，即：=17.2。(3)系統運行經濟性分析評價系統運行的經濟性，一般用能量法來分析。能量法是建立在熱力學第一定律基礎上的能量數量分析方法。通過能量分析，可以揭示系統或過程在數量上的轉換和利用情況，從而確定用能效率η，即收益與代價的比值。冰輸冷礦井空調系統的收益為有用冷量：系統的代價為耗功：系統的用能效率為：式中，——系統有用冷量；——空氣冷卻器釋放冷量——噴淋設備釋放冷量——制冰機、輸冰機、供冷水泵、風機消耗的電功率(4)冰輸冷系統冷量損失分析由上式可以看出，系統用能效率的高低在輸入電功率不變的情況下，與系統有用冷量有關。而系統有用冷量又與系統運行過程中冷量損失大小有直接關系。所以，為了提高系統的用能效率，就要對系統運行時的冷量損失進行分析，找出各環節引起損失的原因，從而采取相應措施，以提高系統的用能效率。對系統運行時冷量損失計算，也是建立在能量守恒定律的基礎上，即：系統冷量損失=輸入系統的冷量-輸出系統的冷量。冰輸冷礦井空調各系統冷量損失計算見下表：系統冷量損失符號意義輸冰系統：輸冰系統冷量損失：冰的質量流量、：冰進、出系統焓值井下融冰輸水系統融冰池：融冰池冷量損失、：供、