煤炭科学技术

作者：张昌建, 王森, 李晓丹, 罗景辉, 平天祎, 李家元, 王硕, 朱梦锴,

关键词：矿井热害, 矿井降温, 重力式热管, 热泵系统, 工程化应用,

随着煤矿开采深度不断增加，掘进工作面降温已成为亟待解决的关键工程问题。传统深井降温方式存在诸多局限，例如，对开采巷道的进风采用空气冷却器或喷淋冷却水的方式进行集中降温，前者冷量随输运距离增加显著衰减且能耗高，后者因耗水高与巷道相对湿度增加导致作业环境恶化。基于井下局部降温的思想，提出一种利用热管超导特性的局部降温方法，结合梧桐庄煤矿巷道空间特征结构参数，设计并成功研制了高度低于1.5 m的模块化可拆卸式气−液双相重力热管装置，通过直接将其顶端布置在掘进工作面进风处，并且能随煤炭回采而实现动态调整位置，有效解决了冷量随传输距离衰减的问题。为研究该热管的传热特性，以热泵系统为热量转移装置，搭建了试验平台，并以梧桐庄煤矿井下实际运行参数为实验基准配置，采用控制变量法作为核心研究方法，系统性研究了环境温度、循环水流量、进出口风速及管排间距等关键参数对热管系统传热特性的影响规律。结果表明：在风温32℃、相对湿度60%的稳定工况下，设定系统流量为3.0～3.5 m3/h、进风风速为1.5～2.0 m/s、管排间距400～600 mm时，可实现5 ℃以上的出风降温效果，其单管传热量可达400～450 W。以梧桐庄矿的一个需冷量859 kW的采区进行经济性分析，得出相比现有的空气冷却器设备，热管系统在15 a运行周期可降低投入资金197万元，并减少碳排放1 620 t。为深井热害治理提供了兼具高效传热性能、动态部署能力与近零运行能耗的创新解决方案，并可为梧桐矿及相似矿井的热管降温系统设计与实施提供理论依据。

来源：2026年第3期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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