CN101429871A - 冰浆矿井降温工艺技术 - Google Patents

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罗海珠
梁运涛
杨德源
王长彬
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冰浆矿井降温工艺技术，涉及一种煤矿及非煤矿山井下高温热害控制的矿井降温工艺技术，其工艺流程为：制冷剂经压缩机(4)通过冷凝器(3)及热力膨胀阀(6)进入蒸发器(5)，由一次载冷剂泵(9)送入冰浆制取装置(8)换热管中，通过管间的二次载冷剂与换热管内的一次载冷剂进行热交换，回到蒸发器(5)重新换热降温，气态制冷剂又回流到压缩机(4)；液态二次载冷剂形成冰浆，将冰浆通过泵(10)及连接管道(11)冷却器后，降低风流的温度，被冷却的空气通过和冰浆空气冷却器串联的风机送到需冷场所。本发明制冷效果明显、能耗较小、性能可靠、运行平稳，可广泛的应用于煤矿及非煤矿山井下采掘工作面高温热害控制。

Description

冰浆矿井降温工艺技术
技术领域
本发明涉及一种煤矿及非煤矿山井下高温热害控制的矿井降温工艺技术，特别是涉及一种用于煤矿井下采掘工作面高温热害的控制技术。
背景技术
当井下环境的空气温度超过28℃时，矿工的发病明显上升，超过30℃时开始出现中署甚至死亡事故，据1984年以来的不完全统计，据1983年以来的不完全统计，我国煤矿已发生了几百人因高温中暑而晕倒在井下作业地点。新汶孙村矿在1984年之前(井下降温系统投入运行之前)在井下高温作业地点作业的矿工的发病率比常温(低于28℃)下高1.83倍，最高时达3.61倍。我国《煤矿安全规程》第102条规定“生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26℃，机电硐室的空气温度不得超过30℃；......采掘工作面的空气温度超过30℃，机电硐室的空气温度超过34℃时，必须停止作业”。
我国是世界上第一产煤大国，也是高温矿井数量多的国家。我国矿井开采深度平均每年以11m的速度向深部延伸。目前，我国统配煤矿的平均开采深度约为680m，有些矿井开采深度已达900～1300m。据不完全统计，我国目前已有130余对矿井采掘工作面空气温度超过30℃，许多矿井的开采深度在800m以下。根据煤炭资源开发和资源保护资料显示，在我国预测的总储量中，有73.2％的储量埋深在1000m以下。由此可见，矿井高温热害不仅是目前亟待解决的问题，而且从长远看，它对我国今后进一步开发深部煤炭资源具有战略意义。
矿井深部高温热害问题十分严重，尤其是新井建井期和老井深部开拓更为突出。例如徐州三河尖矿，淮南矿业集团公司潘一、潘三矿等矿井建井期，均达到30～35℃的高温热害，使工程进度受到影响，新汶矿业集团公司孙村矿-800m水平开拓掘进，丰城建新矿-600m水平开拓掘进遇到31～35℃的高温热害问题，峰峰集团公司梧桐庄矿在掘进工作面遇到高温热水涌出，致使掘进工作面风温高达34℃，类似的高温热害还有许多，而目前矿井深部采掘工作面高温热害控制装备非常短缺，无法满足矿井深部安全、高效的生产，制约矿井深部开采的可持续发展需要。
目前，矿井高温热害控制主要采用加大通风强度改善采掘工作面的环境温度，对不能用通风措施解决的一般采用冷水机组实施井下局部或集中人工制冷措施，但是冷水机组体积大，井下运输安装不方便；冷水管路铺设距离长，投资费用高，运行能耗大，根据国内外大型矿井降温系统的统计分析，矿井降温系统能耗约占矿井生产系统总能耗的15％～20％，一座大型集中矿井降温系统的装机总容量高达2500～4500kW。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对矿井深部采掘工作面的实际状况，设计出制冷效果明显、能耗较小、性能可靠、运行平稳，可广泛应用于煤矿及非煤矿山井下采掘工作面高温热害控制的冰浆矿井降温工艺技术。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
冰浆矿井降温工艺技术，其冰浆矿井降温工艺流程为：制冷剂经压缩机压缩冷凝成液态后，通过冷凝器及热力膨胀阀进入蒸发器，在蒸发器内与一次载冷剂进行热交换，一次载冷剂降温至-10℃，由一次载冷剂泵送入冰浆制取装置换热管中，通过冰浆制取装置管间的二次载冷剂与换热管内的一次载冷剂进行热交换，降温至0℃后开始在换热管外表面上结冰，换热管内的一次载冷剂放出冷量后逐渐升温，回到蒸发器重新换热降温，蒸发器内的液态制冷剂与一次载冷剂发生热交换，吸收一次载冷剂的热量后蒸发，气态制冷剂又回流到压缩机；冰浆制取装置换热管外液态二次载冷剂结成冰，此时通过气缸控制的刮板进行往复运动，将在管外结冰刮削下来，液态二次载冷剂形成冰浆，将冰浆通过泵及连接管道输送到采掘工作面的采面冰浆空气冷却器和平巷冰浆空气冷却器，风流通过冰浆空气冷却器后，降低风流的温度，被冷却的空气通过和冰浆空气冷却器串联的风机送到需冷场所。
所述的冰浆矿井降温工艺技术，其在蒸发器内一次载冷剂的质量分数为25％～35％的乙二醇溶液。
所述的冰浆矿井降温工艺技术，其液态二次载冷剂即输送冷量介质为冰浆即液态冰-水混合物。
所述的冰浆矿井降温工艺技术，其采面冰浆空气冷却器在工作面分段布置。
所述的冰浆矿井降温工艺技术，其冰浆制取装置采用气缸控制的刮板进行往复运动将换热管外冰刮削下来，形成冰浆。
本发明的优点与效果是：
1.本发明工艺技术制冷效果非常显著，性能可靠；
2.本发明工艺装备初投资较常规小，运行能耗低；
3.本发明工艺装备坚固耐用，机组设有坚固的防护外罩，具有良好的井下防护性；
4.本发明工艺装备操作方便，机组设有机前操作台，操作台上设有各种操作按钮和显示装置，便于操作。
附图说明
本发明附图为工艺流程的实施例示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明进行详细说明。
本发明用于煤矿及非煤矿山井下采掘工作面高温热害的冰浆矿井降温，本发明的详细工艺过程为：制冷剂经压缩机4压缩冷凝成液态后，通过冷凝器3及热力膨胀阀6进入蒸发器5，在蒸发器5内与一次载冷剂(质量分数为25％～35％的乙二醇溶液)进行热交换，一次载冷剂降温至-10℃，由一次载冷剂泵9送入冰浆制取装置8换热管中，通过冰浆制取装置管间的二次载冷剂与换热管内的一次载冷剂进行热交换，降温至0℃后开始在换热管外表面上结冰，换热管内的一次载冷剂放出冷量后逐渐升温，回到蒸发器5重新换热降温，蒸发器5内的液态制冷剂与一次载冷剂发生热交换，吸收一次载冷剂的热量后蒸发，气态制冷剂又回流到压缩机4。此时冰浆制取装置8换热管外液态二次载冷剂结成冰，通过气缸控制的刮板进行往复运动，将在管外结冰刮削下来，液态二次载冷剂形成冰浆(液态冰-水混合物)，将冰浆通过泵10及连接管道11输送到采掘工作面的采面冰浆空气冷却器1和平巷冰浆空气冷却器2，风流通过冰浆空气冷却器后，降低风流的温度，被冷却的空气通过和冰浆空气冷却器串联的风机送到需冷场所。
下面结合附图所示实施例作进一步详细说明：
本发明主要装备包括：采面冰浆空气冷却器1、平巷冰浆空气冷却器2、冷凝器3、压缩机4、蒸发器5、膨胀阀6、中间换热器7、冰浆制取装置8、载冷剂泵9、泵10及连接管道11、低温乙二醇冷水机组12。以上装备可选择配用标准设备或也可自行装设制做。
本发明采面冰浆空气冷却器1分段布置回采工作面内，平巷冰浆空气冷却器2布置在井下掘进巷道或回采工作面运输顺槽中，其他装置布置在井下专用巷道。制冷剂经压缩机4压缩冷凝成液态后，通过冷凝器3及热力膨胀阀6进入蒸发器5，在蒸发器5内与一次载冷剂(质量分数为25％～35％的乙二醇溶液)进行热交换，一次载冷剂降温至-10℃，由一次载冷剂泵9送入冰浆制取装置8换热管中，通过冰浆制取装置管间的二次载冷剂与换热管内的一次载冷剂进行热交换，降温至0℃后开始在换热管外表面上结冰，换热管内的一次载冷剂放出冷量后逐渐升温，回到蒸发器5重新换热降温，蒸发器5内的液态制冷剂与一次载冷剂发生热交换，吸收一次载冷剂的热量后蒸发，气态制冷剂又回流到压缩机4。此时冰浆制取装置换热管外液态二次载冷剂结成冰，通过气缸控制的刮板进行往复运动，将在管外结冰刮削下来，液态二次载冷剂形成冰浆(液态冰-水混合物)，将冰浆通过泵10及连接管道11输送到采掘工作面的采面冰浆空气冷却器1和平巷冰浆空气冷却器2，风流通过冰浆空气冷却器后，降低风流的温度，被冷却的空气通过和冰浆空气冷却器串联的风机送到回采工作面或掘进头。

Claims (5)

1.冰浆矿井降温工艺技术，其特征在于冰浆矿井降温工艺流程为：制冷剂经压缩机(4)压缩冷凝成液态后，通过冷凝器(3)及热力膨胀阀(6)进入蒸发器(5)，在蒸发器内与一次载冷剂进行热交换，一次载冷剂降温至-10℃，由一次载冷剂泵(9)送入冰浆制取装置(8)换热管中，通过冰浆制取装置(8)管间的二次载冷剂与换热管内的一次载冷剂进行热交换，降温至0℃后开始在换热管外表面上结冰，换热管内的一次载冷剂放出冷量后逐渐升温，回到蒸发器(5)重新换热降温，蒸发器内的液态制冷剂与一次载冷剂发生热交换，吸收一次载冷剂的热量后蒸发，气态制冷剂又回流到压缩机(4)；冰浆制取装置(8)换热管外液态二次载冷剂结成冰，此时通过气缸控制的刮板进行往复运动，将在管外结冰刮削下来，液态二次载冷剂形成冰浆，将冰浆通过泵(10)及连接管道(11)输送到采掘工作面的采面冰浆空气冷却器(1)和平巷冰浆空气冷却器(2)，风流通过冰浆空气冷却器后，降低风流的温度，被冷却的空气通过和冰浆空气冷却器串联的风机送到需冷场所。
2.根据权利要求1所述的冰浆矿井降温工艺技术，其特征在于所述在蒸发器内一次载冷剂的质量分数为25％～35％的乙二醇溶液。
3.根据权利要求1所述的冰浆矿井降温工艺技术，其特征在于所述液态二次载冷剂即输送冷量介质为冰浆即液态冰-水混合物。
4.根据权利要求1所述的冰浆矿井降温工艺技术，其特征在采面冰浆空气冷却器(1)在工作面分段布置。
5.根据权利要求1所述的冰浆矿井降温工艺技术，其特征在于冰浆制取装置采用气缸控制的刮板进行往复运动将换热管外冰刮削下来，形成冰浆。
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