一種礦井局部降溫裝置及方法與流程

2023-12-01 23:29:36

技術領域：

本發明屬於礦井降溫技術領域，具體涉及一種礦井局部降溫裝置及方法。

背景技術：
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由於我國經濟的快速增長，對能源的需求越來越大，特別是以煤炭為主的能源需求的缺口會不斷增大，礦井開採的數量和產量不斷增大，因此，礦產資源開採隨著時間的增長淺部的礦產不斷變少變，導致了礦井的開採漸漸地向深部方向開發，煤礦的採煤面和掘進面的深度也不斷加深。因而礦井高溫的問題變得不可避免，礦井熱害成為在瓦斯、頂板、粉塵、水、火五大災害之後又一大災害。因此研究高溫礦井的降溫技術有很大的意義。

預測在我國煤炭的總儲量中，有百分之七十三點二的煤炭儲量的埋深已經超過1000米。因為採掘深度的延伸，所以深度超過了800米的礦井數量也變得越來越多。隨著我國的煤礦開採的深度、強度的逐漸加大，而且呈現出加速增加的趨勢，在華東地區井井開採深度普遍進入了600m以下，因此隨著深度的加深，溫度升高對礦井的生產影響變得越來越嚴重，有少數的礦井井下採掘地點的溫度高達38℃左右，甚至還有更高的。

因為在礦井深部的工作地點的溫度增高，會導致在井下工作的人員的工作效率降低，也會使設備的使用壽命縮短，而且對工作人員的身體健康有著嚴重的影響。在國內外的研究統計表明，氣溫每增加1℃，礦井生產的效率就會降低6％～8％、礦工的醫療費用就會增加8％～10％、井下的機電設備的故障率也會增加1倍以上；據南非的數據最新統計，在溼球溫度為32.8～33.8℃的條件工作的工人，在千人之中暑死亡的機率為0.57。根據《煤礦安全規程》第102條也有明確規定:生產礦井採掘工作面空氣溫度不得超過26℃，當空氣的溫度超過規定溫度時，必須縮短超過溫度地點工作人員的工作時間，並且給予高溫保健的待遇；採掘工作面在空氣的溫度超過30℃的時候，必須停止作業。

目前的高溫礦井的採掘工作面基本都是採取增大風量、降低機械設備的散熱並且縮短作業時間的措施等，但是不能有效地解決地熱災害的問題。礦井深部的高溫區域的採掘工作面迴風空氣溫度為32～34℃，並且在夏季能達到33～35℃，在現場作業的職工有出現過中暑的現象，職工身體的健康和現場的安全生產被地熱災害嚴重危及，導致採掘工作面面被迫停產。深部礦井開採熱害治理的技術已經成為為礦區穩定發展至關重要的技術。

對於許多的高溫礦井來說，礦井熱害的治理存在著兩大難題：

(1)礦井降溫製冷的系統設備費用高、運行時消耗能源大、製冷的效果不理想，關鍵的問題在冷量的輸送過程中冷能損失大，在沿途中冷損不但使製冷系統的負荷增加，而且使得採掘工作面等作業地點的溫度降幅受到很大的限制；

(2)與整個礦井的降溫技術來對比，礦井在建設期間的井筒掘進以及在開拓巷道掘進階段時降溫技術研究較少。

為了解決礦井熱害的問題，降低礦井降溫的成本，進行科學的降溫，很有必要探索新的製冷技術方法，創立出一套新型的礦井降溫的模式。

技術實現要素：
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本發明的目的是為避免煤礦井下高溫造成的經濟損失和事故危害，提供一種礦井局部降溫裝置及方法，該裝置結構簡單，操作方便，採用該降溫方法能夠取得更好的經濟效益。

為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：

一種礦井局部降溫裝置，包括風機、風筒、入水管、水泵和冷卻室，所述的冷卻室頂部設有噴淋裝置，所述的冷卻室設有進風口和出風口，其中：

所述的風機通過風筒和進風口相連接，所述的入水管與噴淋裝置相連接，所述的入水管上設有水泵，所述的出風口通過風筒和掘進工作面相連通。

所述的入水管與儲水池連通，所述的儲水池儲備冷卻水源。

所述的風筒為可拆卸風筒。

所述的噴淋裝置包括導水管和霧化噴嘴，所述的霧化噴嘴設置在導水管上，所述的入水管與導水管相連接，所述的入水管與導水管相連接處設有電磁閥，所述的電磁閥與控制面板相連接。

所述的出風口處設有溫度測試儀，用於測量出風口處冷卻風流溫度。

所述的冷卻室底部設有活塞，用於排出冷卻室中集聚的少量水，使水源循環使用。

所述的冷卻室底部設有車輪，用於將礦井局部降溫裝置移動到需要降溫地點。

所述的降溫裝置除進風口和出風口外完全密封，水量損失少。

採用所述的礦井局部降溫裝置進行礦井局部降溫的方法，包括以下步驟：

(1)啟動風機，使礦井內高溫空氣經風筒由進風口流入冷卻室；

(2)開啟水泵，將冷水源打入噴淋裝置，經噴淋裝置噴入冷卻室，與進風口流入的高溫空氣換熱，形成冷卻風流與換熱後水源，冷卻風流經出風口流入掘進工作面，並根據降溫需要，控制冷卻風流溫度，達到局部降溫。

所述的步驟(2)中，冷卻風流溫度的控制方式為：通過控制面板控制電磁閥，調整冷水噴淋量，並調節冷水源溫度，使冷卻風流溫度滿足需要。

本發明的有益效果：

(1)該礦井局部降溫裝置結構簡單，包括供風，噴淋和供水三個部分，可大幅降低採礦成本；

(2)該礦井局部降溫裝置適用於各種高溫礦井，可以在井下巷道自由移動，能夠快速的降低煤礦井下溫度，降低由於熱害造成的經濟損失和事故；

(3)該裝置所用循環水少且噴嘴不易堵塞，能夠實現節能減排環保的目的，具有較高的經濟效益；

(4)該礦井局部降溫裝置，在降溫的同時，具有一定的除塵效果，能大幅提高礦井工作效率。

附圖說明：

圖1為本發明實施例的礦井局部降溫裝置結構示意圖，其中：

1-局部風機，2-可拆卸風筒，3-入水管，4-高壓水泵，5-電磁閥，6-導水管，7-霧化噴嘴，8-控制面板，9-冷卻室，10-溫度測試儀，11-活塞，12-車輪，a-進風口，b-出風口。

具體實施方式：

下面結合實施例對本發明作進一步的詳細說明。

實施例1

一種礦井局部降溫裝置，結構示意圖如圖1所示，包括局部風機1、可拆卸風筒2、入水管3、高壓水泵4和冷卻室9，冷卻室9頂部設有噴淋裝置，冷卻室9設有進風口a和出風口b，其中：

噴淋裝置包括導水管6和霧化噴嘴7，霧化噴嘴7設置在導水管6上；

局部風機1通過可拆卸風筒2和進風口a相連接，出風口b通過可拆卸風筒2和掘進工作面相連通，出風口b處設有溫度測試儀10，用於測量出風口b處冷卻風流溫度；其中，與掘進工作面連接的可拆卸風筒2長度為90m，直徑為1m；

入水管3上設有高壓水泵4，入水管3一側與儲備冷卻水源的儲水池連通，另一側與導水管6相連接，入水管3與導水管6相連接處設有電磁閥5，電磁閥5與控制面板8相連接；

冷卻室9底部設有活塞11，用於排出冷卻室9中集聚的少量水，使水源循環使用；冷卻室9底部同時設有車輪12，用於將礦井局部降溫裝置移動到需要的降溫地點。

降溫裝置除進風口a和出風口b外完全密封，水量損失少。

針對有降溫需求的礦井，本實施例中，巷道斷面為14.7m2，原始巖溫40.15℃，可拆卸風筒2的壁面溫度與礦井巷道內溫度相同，為40.15℃；設定經該裝置降溫後，掘進工作面100米範圍內，溫度≤25.5℃，採用所述的礦井局部降溫裝置進行礦井局部降溫的方法，包括以下步驟：

(1)將局部風機1通過可拆卸風筒2，與冷卻室9連接，並將礦井局部降溫裝置移動至掘進工作面附近，使與掘進工作面相連通的可拆卸風筒2出口與掘進工作面相距10m，啟動局部風機1，使礦井內高溫空氣經可拆卸風筒2由進風口a流入冷卻室9；

(2)開啟高壓水泵4，將冷水源由入水管3打入導水管，經霧化噴嘴7噴入冷卻室9，與進風口a流入的高溫空氣換熱，形成冷卻風流與換熱後水源，冷卻風流經出風口b流入掘進工作面，出風口b處冷卻風流的流速為4.48m/s，冷卻風流的平均密度為1.221kg/m3，通過溫度測試儀10檢測出風口b處的冷卻風流溫度，並根據降溫需要，通過控制面板8控制電磁閥5，調整冷水噴淋量，並調節冷水源溫度來控制冷卻風流溫度，將冷卻風流通過出風口b，在距離掘進工作面10m處噴出，達到局部降溫的目的，經檢測，出風口冷卻風流溫度為11.45℃，距離掘進工作面100m的位置，溫度達到25.5℃，因為距離掘進工作面越遠，溫度越高，由此可知，掘進工作面100m的範圍內溫度均控制在25.5℃以下，表明採用該礦井局部降溫的裝置進行礦井局部降溫，能夠滿足掘進工作面操作範圍內的降溫需求，實現了降溫目的；如需調整掘進工作面範圍或滿足不同的溫度需求，則可通過調整冷水源溫度和冷水噴淋量，或通過增加多臺礦井局部降溫裝置來達到相應需求，隨著冷卻室9內積聚水的增多，通過活塞11將水排出循環利用，同時，經計算，風流從可拆卸風筒2經過冷卻室9，由出風口b至掘進工作面的過程中，總壓降為26.6pa，能耗較小。