在煤炭開采的安全生產(chǎn)鏈條中，井筒環(huán)境控制始終是關(guān)鍵一環(huán) —— 冬季需嚴(yán)防井筒結(jié)冰引發(fā)提升系統(tǒng)故障，夏季要緩解高溫?zé)岷ΡＵ暇伦鳂I(yè)安全。傳統(tǒng)模式下，煤礦往往需分別配置供暖與制冷設(shè)備，不僅造成設(shè)備重復(fù)投資，更存在能耗高、切換繁瑣等痛點。如今，依托水源熱泵核心技術(shù)與余熱資源整合創(chuàng)新，礦井供暖設(shè)備實現(xiàn) “冬季防凍、夏季降溫” 的一機(jī)雙效突破，正重塑煤礦井筒環(huán)境控制的綠色生態(tài)。
這一突破性設(shè)備的核心在于水源熱泵技術(shù)與多源余熱利用的深度耦合，通過 “低品位熱能轉(zhuǎn)移” 原理實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化與雙向利用。其技術(shù)邏輯的關(guān)鍵在于以礦井自身產(chǎn)生的穩(wěn)定資源為能量載體，擺脫對傳統(tǒng)燃煤、燃油等外源能源的依賴。
冬季供暖模式下，系統(tǒng)化身 “熱能提取站”，捕獲礦井中天然存在的多元余熱資源。無論是溫度恒定在 19℃-42℃的礦井排水，還是風(fēng)井排放的 27℃-28℃高濕乏風(fēng)，亦或是壓風(fēng)機(jī)運行中 80% 輸出功率轉(zhuǎn)化的廢熱，都能通過熱泵機(jī)組完成能量升級。以礦井排水為例，經(jīng)旋流除沙器和電子水處理儀凈化后，水流進(jìn)入熱泵蒸發(fā)器與制冷劑完成熱交換，通過壓縮機(jī)做功實現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)移，終制取 45℃-55℃的高溫?zé)崴俳?jīng)工業(yè)熱風(fēng)器等末端設(shè)備加熱進(jìn)風(fēng)流，確保井筒溫度穩(wěn)定在 2℃以上，杜絕結(jié)冰風(fēng)險。在陜北某礦區(qū)測試中，室外 - 10℃環(huán)境下，該系統(tǒng)可將井口風(fēng)溫提升至 4.5℃，完全滿足《煤礦安全規(guī)程》要求。
夏季制冷模式則開啟 “熱量搬運” 模式，通過系統(tǒng)逆向運行實現(xiàn)降溫功能。此時礦井水成為天然散熱介質(zhì)，制冷劑在蒸發(fā)器中吸收循環(huán)水中的熱量汽化，經(jīng)壓縮后在冷凝器中向礦井水釋放熱量，終制取 7℃-14℃的低溫冷媒水。這些冷水通過原有送風(fēng)管道輸送至井口及井下工作面，既能降低進(jìn)風(fēng)流溫度，又能直接緩解深井高溫?zé)岷Αｊ兾麝兠何髯棵旱V的實踐顯示，該系統(tǒng)可將井下工作面溫度嚴(yán)格控制在 26℃以下，讓 “盛夏井下涼爽如春” 成為現(xiàn)實。
這種 “一機(jī)雙效” 模式的突破，不僅是設(shè)備功能的整合，更是煤礦能源利用體系的系統(tǒng)性革新，其價值體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、安全等多重維度。
在經(jīng)濟(jì)性上，設(shè)備復(fù)用與余熱利用實現(xiàn)雙重成本節(jié)約。傳統(tǒng)模式下需分別建設(shè)供暖鍋爐與制冷機(jī)房，而新系統(tǒng)通過母管制連接與智能切換設(shè)計，一套設(shè)備即可滿足四季需求。西卓煤礦項目通過這種設(shè)計，直接節(jié)省設(shè)備投資約 2000 余萬元，且年運行費用僅為燃?xì)忮仩t的 1/3、電鍋爐的 1/5，預(yù)計 3 至 5 年即可收回投資成本。同時，余熱資源的充分利用大幅降低能源消耗，該礦 2023-2024 供暖季僅消耗電能 757 萬千瓦時，相較傳統(tǒng)燃煤鍋爐減少標(biāo)準(zhǔn)煤消耗近千噸。
環(huán)保效益同樣顯著，從源頭上切斷污染排放。隨著燃煤鍋爐的淘汰，煤礦告別了二氧化硫、氮氧化物等污染物排放。數(shù)據(jù)顯示，西卓煤礦項目投用三年來累計節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤 10000 余噸，單供暖季即可減少二氧化碳排放 7360 噸、二氧化硫 31.58 噸。此外，系統(tǒng)采用的噴淋式回風(fēng)換熱器在回收熱量的同時，還能凈化空氣中的粉塵并降低主扇噪音近 30dB，實現(xiàn)了 “煙囪拆除、空氣變清” 的生態(tài)改善。
在系統(tǒng)可靠性與運維便捷性上，創(chuàng)新設(shè)計同樣亮點突出。通過板式換熱器實現(xiàn)礦井水與熱泵機(jī)組的物理隔絕，有效避免了水體雜質(zhì)造成的設(shè)備堵塞與腐蝕；礦井涌水量穩(wěn)定、水溫恒定的特性，為機(jī)組持續(xù)運行提供了保障。更重要的是，自主研發(fā)的 “能量管家” 智能平臺實現(xiàn)了全自動化控制，能根據(jù)室外溫度、井下負(fù)荷等參數(shù)自動切換運行模式，集控室可實時監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)并生成數(shù)據(jù)報表，真正實現(xiàn) “無人值守、調(diào)控”。
目前，這種 “一機(jī)雙效” 設(shè)備已在多個礦區(qū)實現(xiàn)穩(wěn)定運行，形成了可復(fù)制的應(yīng)用范本。在陜西陜煤澄合礦業(yè)西卓煤礦，國內(nèi)冬季供暖與井下降溫一體化項目已連續(xù)三年無故障運行，其構(gòu)建的 “礦井回風(fēng) + 排水 + 空壓機(jī)” 多元余熱回收網(wǎng)絡(luò)，每年可回收熱能約 57600 吉焦，相當(dāng)于節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤近 2000 噸。
在濟(jì)寧能源陽城煤電，副井口加裝的一體化機(jī)組通過連接地面制冷機(jī)房，實現(xiàn)了冷水與熱水的按需供應(yīng)，不僅優(yōu)化了井口溫度，更帶動井下局部氣候改善，得到職工廣泛認(rèn)可。而某大型礦區(qū)通過建設(shè) 6 座水源熱泵機(jī)房，配置高壓離心機(jī)組與低壓螺桿機(jī)組的組合方案，既滿足了三座井筒的防凍需求，又兼顧了職工浴室供熱與辦公區(qū)空調(diào)負(fù)荷，實現(xiàn)了全場景能源優(yōu)化。
從技術(shù)突破到實踐驗證，礦井供暖設(shè)備的 “一機(jī)雙效” 創(chuàng)新，不僅破解了傳統(tǒng)煤礦冬夏環(huán)境控制的能耗困局，更以 “變廢為寶” 的能源利用邏輯，為煤炭行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型提供了兼具經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)價值的解決方案。隨著智能化調(diào)控與余熱回收技術(shù)的持續(xù)升級，這類設(shè)備將成為煤礦安全生產(chǎn)的標(biāo)配，推動 “黑色煤炭” 向 “綠色礦業(yè)” 的深度轉(zhuǎn)型。
