10.1 井筒保溫

　　10.1.1 本條規(guī)定了需設(shè)井筒保溫設(shè)施的條件。

　　加熱入井空氣是井筒保溫常用措施，一般采用加熱部分新風，然后與未經(jīng)加熱的新風混合，混風送入井下的方式，加熱后空氣溫度一般控制在30℃～50℃，混風后空氣溫度不宜低于2℃。加熱入井空氣是礦山項目中供暖能耗最大的部分，必須加以重視。嚴寒及寒冷地區(qū)，冬季加熱入井空氣，目的主要有以下兩個方面：一是為了防止井壁、井口、巷道路面或水管等結(jié)冰，二是為了維持開采面一定的環(huán)境溫度，保障工人的生產(chǎn)條件。礦井內(nèi)適宜的空氣溫度范圍是15℃～28℃，適宜的相對濕度范圍是50%～60%。

　　10.1.2 本條規(guī)定了井筒保溫熱負荷的計算。

　　采用不同的室外空氣計算溫度，主要出于經(jīng)濟及安全方面的考慮。取值過低，會使加熱設(shè)備型號偏大，但供暖保障率高;取值過高，加熱設(shè)備型號偏小，設(shè)備費用低，供暖保障率降低。

　　1 提升井井壁結(jié)冰可能引起提升罐籠撞擊冰面，危險較大;斜井路面結(jié)冰會使路面打滑，行車、行人均不安全，因此提升井或斜井進風時室外計算溫度取值較低。

　　2 平硐或?qū)Ｓ眠M風井危險較小，保障率可適當降低。

　　10.1.3 本條規(guī)定了礦井通風量及其計算參數(shù)。

　　礦井通風量由采礦專業(yè)提供。確定工況后，才能由體積流量換算為質(zhì)量流量，才能確定加熱設(shè)備加熱量。通風標準工況為：溫度293K(20℃)，大氣壓力101325Pa，相對濕度50%，空氣密度ρ=1.2kg/m3。

　　10.1.4 本條規(guī)定了空氣加熱器的形式。

　　空氣-蒸汽、空氣-熱水式空氣加熱器是較常采用的空氣加熱設(shè)備，技術(shù)上成熟。缺水地區(qū)在技術(shù)經(jīng)濟比較合理的條件下，可采用燃煤型熱風爐(設(shè)有空氣-煙氣熱交換器)，但風道內(nèi)應(yīng)設(shè)一氧化碳濃度檢測報警裝置。在條件具備且技術(shù)經(jīng)濟合理時，可采用天然氣直燃型空氣加熱器，風道內(nèi)也應(yīng)設(shè)一氧化碳濃度檢測報警裝置。

　　10.1.5 本條規(guī)定了空氣加熱器風流阻力的規(guī)定。

　　空氣加熱器可設(shè)在熱風機組內(nèi)，加熱部分新風送入井筒內(nèi)，與未經(jīng)加熱的新風混合，混風進入井下;空氣加熱器也可直接安裝在井口下進風道內(nèi)，利用礦井通風機提供熱風流通動力，此時的空氣加熱器的風流阻力不宜大于50Pa。

　　10.1.6 本條規(guī)定了風機和空氣加熱器的安裝位置。

　　1 空氣加熱器前空氣溫度較低，電動機工作條件較好。軸流風機一般與電機直聯(lián)，電機處在氣流中，因此軸流風機宜布置在空氣加熱器前;空氣加熱后溫度升高，密度減小，體積膨脹，空氣的體積流量發(fā)生了較大的變化，按照這個工作條件選用風機，選出的風機規(guī)格號偏大，偏于安全，因此離心風機宜布置在空氣加熱器后。

　　2 軸流風機直聯(lián)傳動時效率較高，因此風機與電機宜直聯(lián)傳動。

　　10.1.7 本條是關(guān)于井筒保溫送風溫度的規(guī)定。

　　從人的舒適性考慮，斜井、平硐、井口房人員通行的可能性越來越大，相應(yīng)熱風溫度的要求是越來越低。另外，由于浮力的影響，溫度越高的空氣，送入井下的難度越大，熱風逸散的可能性越大，因此對送入井口房的風溫作出了規(guī)定。

　　10.1.8 本條是關(guān)于熱風口位置的規(guī)定。

　　從人的舒適性以及防止熱風逸散損失考慮，作出了本條規(guī)定。

　　10.1.10 本條是關(guān)于空氣加熱器熱媒參數(shù)的規(guī)定。

　　礦井進風均為直流風，熱媒溫度維持在一定水平上才能保證加熱效果。

　　10.1.12 本條是關(guān)于空氣加熱器設(shè)防凍設(shè)施的規(guī)定。

　　礦井進風均為直流風，易發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象，故特別作出本條規(guī)定。

　　10.1.13 本條是關(guān)于燃煤型熱風爐的適用條件及設(shè)計規(guī)定。

　　燃煤型熱風爐采用煙氣-空氣換熱器加熱井下送風，換熱器換熱系數(shù)小，工作條件差，鋼耗高，一般情況下不建議采用。但在特殊場合，如遠離主工業(yè)場地、供暖負荷較小或缺水地區(qū)、供水困難的井下送風系統(tǒng)，可采用燃煤型熱風爐供暖。

　　規(guī)定熱風爐與井口的距離，主要是井下進風安全的需要。煙氣-空氣換熱器可能滲漏，因此熱風道內(nèi)應(yīng)安裝一氧化碳檢測設(shè)施。

　　10.2 深熱礦井空氣調(diào)節(jié)

　　10.2.1 本條規(guī)定了深、熱礦井設(shè)置空調(diào)制冷設(shè)施的條件。

　　深、熱礦井制冷設(shè)施是保證人員安全生產(chǎn)、提高工作效率的保證。礦井風量大，供冷時耗冷量巨大，應(yīng)給予足夠的重視。井下空氣溫度是由原始巖溫、井下各種散熱和空氣自壓縮升溫等綜合因素決定的。豎井中的空氣在下降過程中溫度和壓力都在增加，當空氣在沿豎井向下流動時，如果被壓縮，即使沒有其他的熱交換和水蒸氣的蒸發(fā)，由于勢能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，其溫度也會升高。按照理論計算，對于干空氣，氣流向下流動1000m，由于自壓縮引起的升溫約9.7℃。同樣條件，濕空氣自壓縮升溫約4℃～5℃，水自壓縮升溫約2.3℃。

　　對于一般礦井，能夠利用礦井通風使作業(yè)面溫度降至小于或等于28℃的臨界深度約為2500m～3000m，超過這個深度，必須設(shè)置人工制冷系統(tǒng)才能滿足使用要求。

　　對于熱井，則根據(jù)井下通風計算結(jié)果確定是否需要設(shè)置人工制冷系統(tǒng)。

　　10.2.2 本條規(guī)定了確定礦井制冷及空氣調(diào)節(jié)方式的原則。

　　礦井空氣調(diào)節(jié)方式有多種。從制冷空調(diào)設(shè)備安裝位置分，可以分為地面集中式空調(diào)系統(tǒng)、井下集中式空調(diào)系統(tǒng)或井上、井下聯(lián)合式空調(diào)系統(tǒng)。

　　地面設(shè)置制冷機房時，可以制備冷水、冷風或冰送入井下，各有適用條件，根據(jù)工程情況確定。

　　冷水機組設(shè)在井下時，冷卻塔可以設(shè)在地面，此時冷凝熱直接排至大氣;也可以將冷卻塔設(shè)在井下，此時冷凝熱排至井下回風道，間接地排至室外大氣。

　　制冷空調(diào)設(shè)備設(shè)在井下時，可以不制備冷凍水，而采用直接膨脹式空氣處理設(shè)備。直接膨脹式空氣處理設(shè)備可以采用水冷方式，也可以采用風冷方式。采用風冷冷凝器時，表面噴淋循環(huán)水增強傳熱效果。同時也可起到清洗冷凝器的效果。這種空調(diào)制冷方式較適用于井下局部空調(diào)系統(tǒng)。

　　從空氣處理上看，礦井空氣調(diào)節(jié)可以冷卻礦井進風、采區(qū)進風或作業(yè)地點進風。冷卻礦井進風相當于全面空調(diào)，冷卻采區(qū)進風相當于局部空調(diào)，冷卻作業(yè)地點進風相當于崗位空調(diào)。采用何種方式，還需要根據(jù)工程具體情況而定。

　　室外氣象條件對礦井空氣調(diào)節(jié)方式有較重要的影響。夏季室外空氣焓值高的地區(qū)，新風負荷遠大于井下得熱量產(chǎn)生的冷負荷，這時采用地面制備冷風的方式較經(jīng)濟。處理后的干冷空氣送入井下，有利于吸收井下的熱量及濕量。但送入工作面之前，空氣沿途吸收的熱量應(yīng)視為無效熱損失。

　　礦體的規(guī)模越大，所需的冷空氣越多。當采場比較分散而且不斷向新的地點延伸時，采用并下局部空調(diào)的方式比較好。

　　采礦速度對空調(diào)制冷設(shè)備裝機容量的影響：采礦速度快時，會產(chǎn)生一個很大的瞬時熱負荷，但每生產(chǎn)一噸礦石時的總熱量會減少，這是因為在熱量放入空氣之前，巖壁已經(jīng)被覆蓋或隔絕了。所以采礦速度快時，空調(diào)制冷設(shè)備裝機容量大，但單位產(chǎn)能的制冷降溫費用會減少。

　　老礦井向下延伸開采深層礦體時，由于受氣流通道面積小的限制，不太可能通過加大通風量來降溫，這時對空調(diào)降溫的需求更為迫切。

　　礦井深度超過3000m時，采用地面制冰送入井下的制冷方式較經(jīng)濟。井下融冰制備冷凍水，一般采用噴水室制備冷風。

　　10.2.3 本條是關(guān)于工作面或機電設(shè)備硐室送風參數(shù)的確定。

　　井下每個工作面的通風量由采礦專業(yè)提供。離開工作面的空氣計算參數(shù)應(yīng)滿足現(xiàn)行國家標準《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》GB 16423的要求。

　　表12 采掘作業(yè)地點環(huán)境參數(shù)規(guī)定

　　干球溫度(℃)相對濕度(%)風速(m/s)備注

　　≤28不規(guī)定0.5～1.0上限

　　≤26不規(guī)定0.3～0.5合適

　　≤18不規(guī)定≤0.3增加工作服保暖量

　　國外井下熱環(huán)境標準一般采用干球溫度、濕球溫度、感覺溫度、等效溫度、相對濕度或者它們的組合來定義，一般認為，采掘工作面濕球溫度或相對濕度對人的影響更大。美國有一項研究表明，濕球溫度對勞動的影響如下：

　　twb≤27℃時，工作效率100%;

　　27

　　29

　　twb>33℃，只能工作較短時間。

　　現(xiàn)行國家標準《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》GB 16423暫未對作業(yè)地點相對濕度作出規(guī)定，但隨著認識的深入，作業(yè)地點的相對濕度要求會逐步成為必要的設(shè)計參數(shù)。

　　10.2.4 本條是關(guān)于制冷設(shè)備容量的確定。

　　井下得熱量由采礦專業(yè)計算確定。一般包括：

　　(1)空氣自壓縮熱;

　　(2)井筒、巷道壁面散熱;

　　(3)采出的礦石散熱;

　　(4)礦石氧化放熱;

　　(5)采礦機電設(shè)備散熱;

　　(6)柴油機及尾氣散熱;

　　(7)照明散熱;

　　(8)人體散熱;

　　(9)地面溝糟熱水散熱;

　　(10)充填養(yǎng)護散熱。

　　有的熱源處于井下作業(yè)面下風向，這部分散熱可不計入井下得熱量。井下巖石溫度按鉆探記錄數(shù)據(jù)由采礦專業(yè)提供有困難時用近似公式計算確定。

　　井下通風系統(tǒng)一般為直流式，有條件時也可利用一部分循環(huán)風，新風冷負荷占制冷設(shè)備總?cè)萘康谋壤艽螅绕湓谘谉岬貐^(qū)。風機、水泵等溫升引起的附加冷負荷也應(yīng)計入制冷設(shè)備總?cè)萘績?nèi)。

　　10.2.5 本條是關(guān)于地面集中制備冷凍水或冷卻水時的原則規(guī)定。

　　1 送入井下的冷凍水供水溫度一般取3℃，回水溫度一般取18℃，溫差15℃。井下設(shè)高低壓換熱器時，二次水溫度一般為6℃/21℃。載冷劑采用乙二醇溶液時，一次側(cè)溫度一般取—3℃/12℃，二次水溫度取3℃/15℃。

　　2 受室外空氣濕球溫度的限制，冷卻水溫度一般不會低于30℃;受制冷機冷凝溫度的限制，冷卻水回水溫度一般不高于42℃，因此這里規(guī)定冷卻水供回水溫差不宜小于10℃。

　　3 由于設(shè)備的承壓問題、高壓管道的成本問題以及安全問題，送入井下的冷凍水或冷卻水應(yīng)設(shè)置減壓裝置，減壓裝置包括中間水池、減壓閥、高低壓換熱器、高低壓轉(zhuǎn)換器、水能回收裝置等。

　　4 井筒內(nèi)安裝的管道過大時，會使得并筒直徑增加，從而增加了井筒造價。千米及以下深井水管承受的高壓大于10MPa以上，水管壁厚加大，則管徑過大，自重大，不便安裝。水管流速過高，管道又長，消耗動力過大，所以應(yīng)限制流速。

　　10.2.6 本條規(guī)定了地面制冰供冷的適用條件。

　　冷負荷較大，輸送冷媒管徑過大，井內(nèi)難以安裝時應(yīng)采用制冰送入井下的供冷方式。礦井在3000m以下時，載冷劑管線壓力過大，難以保證安全。同時由于自壓縮熱的產(chǎn)生，水溫升高較大，冷量損失較多，這時宜采用制冰方式。

　　10.2.7 本條是關(guān)于冰輸送的規(guī)定。

　　自溜方式輸送冰，管道不承壓，但應(yīng)有必要的折彎管段，防止冰塊對井下儲冰槽形成巨大的沖擊。

　　10.2.8 本條是關(guān)于采用氨壓縮制冷的規(guī)定。

　　10.2.9 本條是關(guān)于產(chǎn)生冷凝熱的設(shè)備在井下位置的規(guī)定。

　　產(chǎn)生冷凝熱的設(shè)備一般是指冷卻塔或風冷冷凝器，這些設(shè)備安裝在井下時，冷凝熱排入回風巷道，熱量才會被帶到地面上。井下排風量是有限的，冷卻塔或風冷冷凝器所需通風量大于巷道排風量時，會降低設(shè)備冷卻能力，影響制冷效果。

　　10.2.10 本條是關(guān)于冷凍水梯級用能的規(guī)定。

　　冷水梯級利用是指冷凍水先用于冷卻空氣，再用于生產(chǎn)作業(yè)。用冷水直接噴灑于新采出的礦石表面，通過井下排水帶走礦石的熱量，防止礦石散熱到空氣中，這部分用水可采用空氣處理機組的回水，而不宜直接采用冷凍水。

　　10.2.11 本條是關(guān)于空氣冷卻設(shè)備的規(guī)定。

　　10.2.12 本條是關(guān)于并下爆炸危險區(qū)域使用防爆型設(shè)備的規(guī)定，為強制性條文。

　　深熱礦井空氣調(diào)節(jié)目前在煤炭行業(yè)應(yīng)用較多，按照國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局、國家煤礦安全監(jiān)察局聯(lián)合發(fā)布的《煤礦安全規(guī)程》(2014年版)第四百四十四條的規(guī)定，有瓦斯產(chǎn)生的煤礦，設(shè)在翻車機硐室、采區(qū)進風巷、總回風巷、主要回風巷、采區(qū)回風巷、工作面和工作面進回風巷的高低壓電機和電氣設(shè)備，都必須采用礦用防爆型。這些場所均屬于爆炸危險區(qū)域，因此本條規(guī)定井下爆炸危險區(qū)域使用的空調(diào)制冷設(shè)備應(yīng)采用防爆型。這些場所一旦發(fā)生爆炸，后果將很嚴重，因此本條作為強制性條文提出。

　　本條同樣適用于有爆炸危險的非煤礦山。