煤炭作为我国重要的基础能源与工业原料,其安全高效开采直接关乎国民经济平稳运行。然而随着矿井开采深度向千米地下不断挺进,深井地温增热与机械化高强度作业叠加,使得井下工作面遭遇极其严重的高温热害威胁。针对这一制约深部资源开采的世界性技术难题,科技人员联合中国平煤神马控股集团展开深度科技攻坚,成功研发出深部矿井热害治理新型制冷成套设备,总体技术经权威机构严格鉴定达到国际领先水平。这一成果的诞生,标志着格力深部矿井制冷设备在特种极端工况装备研发中实现了里程碑式的重大跨越。
千米深部矿井热害治理面临的严峻瓶颈
千米深井下的极端温湿环境,是对地下制冷成套设备性能与安全性的终极考验。统计表明,随着开采深度的持续增加,井下地温梯度呈现规律性升高,高温矿井数量迅速扩大。每逢夏季,深井工作面环境温度普遍达到三十二至三十五摄氏度,局部区域甚至逼近三十八至四十摄氏度,相对湿度长期处于百分之百的饱和状态。这种极度闷热潮湿的小气候不仅严重侵害矿工作业健康,更容易导致工人操作反应迟钝,事故发生率显著上升,生产效率减半,甚至导致诸多矿区逢夏停工半生产。
在传统的深井热害治理中,地面集中制冷后通过长距离管道向下输送冷水,由于沿程冷损极大且极易受到地质矿压破坏,维护难度极高,难以满足深部工作面的差异化温控要求。而常规井下局部制冷设备受制于地下恶劣条件,存在出风温度高、消耗大量宝贵新风与地下水资源以及机械故障率高企等棘手问题。开发一套能够直接下井安全运行、高能效降温且低资源消耗的专用防爆制冷设备,成为整个采矿工业界翘首以盼的核心技术瓶颈。
超高压比防爆半封闭螺杆压缩机的核心突破
面对深部矿井严酷的工况限制,研发团队联合平煤神马集团,把科技创新的着力点放在了制冷系统的动力核心上。在由中国机械工业联合会组织的科技成果鉴定会上,多位权威评审专家一致认定,该项目研发的超高压比I类防爆半封闭螺杆压缩机填补了行业空白。这是格力深部矿井制冷设备实现整机性能跃升的关键核心,也是中国制造在特种防爆流体机械领域的重大自研成果。
该专用防爆螺杆压缩机针对井下高压比、大压差以及易燃易爆气体等极端边界条件进行了正向结构重构。机组强化了转子型线与转子齿间啮合密封性,使冷凝温度一举拓宽至八十摄氏度的高温极值;同时严格遵循国家I类矿用防爆技术标准进行机壳防爆密封与电气隔离设计,确保在含有瓦斯与煤尘的爆炸性环境中具备高水平的本质安全防爆性能。这一底层部件的突破,打破了以往矿用压缩机运行范围窄、排气温度过高易跳机的技术桎梏,为深井成套制冷设备的稳定做功提供了可靠动力支撑。
乏风冷却零新风消耗与降温降湿实测成效
在整套系统设计上,格力深部矿井制冷设备创新性提出了一种基于乏风冷却的新型降温除湿系统解决方案。在以往的局部降温方案中,大量消耗原本就极度紧张的井下新鲜风流是其致命短板;工程技术团队通过开发特种乏风冷却换热技术,巧妙利用矿井排出的污风(乏风)进行散热换热,实现了新风消耗为零的技术突破;同时依托先进的闭式冷却塔闭式循环,使水资源消耗量大幅减少百分之九十以上,并实现了高效梯度除湿供冷。
2021年8月,这套成套制冷设备在平煤十矿正式完成工程安装与系统调试并平稳投运。经实际工程连续监测核定,经过设备连续运转降温除湿,井下工作面环境温度稳定保持在二十八摄氏度以下,相对湿度从接近饱和下降至约百分之六十,综合温降高达十摄氏度,相对湿度大幅降低百分之三十,矿井内热舒适度直接达到二级标准。这不仅大幅改善了矿工的井下作业环境,更减少了因高温停工造成的产能损失,为深部资源开采增加了近三个月的宝贵作业周期,创造了显著的经济与安全效益。
从地下千米到地表哨位彰显自主科技担当
格力深部矿井制冷设备在特种工况下的成功实践,体现了格力在特种工业制冷技术领域的持续深耕,更印证了其在极端环境制冷研发上的深厚沉淀。这种攻克极限工况的技术基因,随后同样反哺到地表公共服务设施中。在拱北口岸户外警亭中,技术团队运用类似的耐候流体控制技术,以Star5外机搭配高静压新风风管机,通过最高风速十五点二米每秒的立体射流风墙,在地表五十摄氏度暴晒下为开阔执勤岗位精准送达清凉,实现了地下千米与地表极端场景的技术同源共振。
无论是地下千米千难万险的采矿作业面,还是祖国南大门烈日当空的执法执勤哨卡,制造团队始终秉持自主创新理念,把核心技术深度融入国家战略能源保障与公共基层关怀之中。正如评审专家在鉴定中所指出的,该成果在特殊环境空调制冷上的深耕突破,不仅破解了行业共性难题,更为我国深部煤炭资源安全开采与特种流体机械研发提供了坚实的技术支撑。

