CN103291347A

CN103291347A - 高温矿井用的组合式降温系统及其降温方法

Info

Publication number: CN103291347A
Application number: CN2013102315374A
Authority: CN
Inventors: 辛嵩; 李鹏延; 李忠显; 张洪伟; 生世雄; 卜凡秀
Original assignee: Shandong University of Science and Technology
Current assignee: Shandong University of Science and Technology
Priority date: 2013-06-09
Filing date: 2013-06-09
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-06-09
Also published as: CN103291347B

Abstract

本发明公开了一种高温矿井用的组合式降温系统及其降温方法，它包括井下的机械制冷降温系统和井上的自然制冰蓄冷系统；自然制冰蓄冷系统由输水装置、储冰库房、制冰装置所组成；所述的储冰库房是带有保温层结构的构筑物，储冰库房的房顶构筑有入口；所述的制冰装置是在储冰库房的房顶设有多个支架，支架上安装有可在支架上翻转的制冰盘，制冰盘上面设有放水阀，制冰盘的翻转处对着储冰库房入口；在储冰库房中设有换热盘管，换热盘管并联在井下机械制冷机组的输冷管路上。本发明利用可再生的天然冷源代替大型制冷机组，在整个冰冻季节可自然制出整个矿井长时间的降温用的冰量，有利于节约能源、保护环境、缓解紧张的电力供应局。

Description

高温矿井用的组合式降温系统及其降温方法

技术领域

本发明涉及煤矿开采，尤其涉及煤矿深部开采时的降温技术。

背景技术

随着我国矿产资源开采深度的逐渐增加，深部矿井高温热害问题逐渐成为制约深部资源开采的重要因素。持续的高温会导致井下作业环境恶化，对作业人员的身体造成极大的伤害，使劳动生产率大大下降，发生事故的风险大大增加，同时还会降低井下设备的工作性能，减少设备使用寿命。

传统降温技术包括非机械制冷降温技术和机械制冷降温技术两大类。非机械制冷有通风降温、控制热源散热和个体防护等方式，但随着开采深度的增加，热害程度的加剧，非机械制冷降温技术已经远远达不到高温矿井的降温要求。机械制冷降温技术即矿井空调降温技术，主要包括机械制冷水降温方式、机械制冰降温方式和空气压缩制冷降温方式三种。机械制冷降温技术的发展历经了几十年的时间，目前已经发展成为一项较为成熟的矿井降温技术。

虽然机械制冷降温技术在高温矿井热害防治工作中取得了不错的效果，但大型制冷机组的长期使用所附加的高额成本成为高温热害矿井面临的一个重大问题。尤其是随着开采深度的进一步增加，井下热害周期逐渐延长，很多作业地点在全年范围内都要靠机械制冷来缓解高温高湿的工作环境。因此，大型制冷机组高额的运行费用和定期的维护检修不仅给高温矿井带来了巨大的经济压力，更给企业节能减排工作带来了巨大的阻力。可见，解决矿井降温的高成本、高能耗问题对深部资源开采意义重大。

我国煤炭资源大都分布在北方地区，整个华北、西北地区煤炭储量占全国保有储量的79.64％。而我国北方地区主要是温带季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，冬季平均气温均低于0℃，而目前对冬季丰富自然冷源的利用却少之又少。

发明内容

为了改变目前高温矿井机械制冷降温高能耗、高运行成本的问题，本发明在机械制冷降温系统的基础上，充分利用冬季自然条件，提供了一种机械制冷与利用冬季自然制冰蓄冷相结合的组合式降温系统。

本发明的技术方案是：一种高温矿井用的组合式降温系统，它包括井下的机械制冷降温系统；其特征在于，它还包括井上的自然制冰蓄冷系统；

所述的自然制冰蓄冷系统由输水装置、储冰库房、制冰装置所组成；所述的储冰库房是带有保温层结构的构筑物，储冰库房的房顶构筑有入口；所述的制冰装置是在储冰库房的房顶设有若干支架，支架上安装有一层层的制冰盘，制冰盘可在支架上翻转；制冰盘上面设有放水阀，制冰盘的翻转处对着储冰库房入口；所述的输水装置是在地面设有制冰用冷水输送泵站，泵站布置水泵和输水管路，输水管路通到房顶的放水阀；在储冰库房中设有换热盘管，换热盘管并联在井下机械制冷机组的输冷管路上。

为了防止冬季冻坏设备，输水装置上设有保温层；为了减少太阳光照对制冰装置的热辐射，在储冰库房房顶还设有遮阳罩；为了在极寒天气对存储冰块进一步冷冻降温，在储冰库房上设置成排的保温式风窗。

所述制冰盘是用不锈钢制作的具有一定容积的薄壁钢盘。

利用本发明组合式降温系统对高温矿井进行降温的方法是，到冰冻季节时，开始制冰，制冰用水由输水装置输送至制冰装置，打开放水阀将所有制冰盘灌满；待自然结冰后，翻转制冰盘，所得冰块通过入口落到储冰库房内储存。在极寒天气时，打开保温式风窗对存储的冰块进一步降温，利用冰块储存冷源。利用储冰降温时，可关闭机械制冷机组，切断机械制冷机组的输冷管路，打开自然制冰蓄冷降温的输冷管路，通过换热盘管及输冷管路将储存冰的冷量送入井下降温。

本发明的积极效果是：利用可再生的天然冷源代替大型制冷机组，在整个冰冻季节可自然制出整个矿井长时间的降温用的冰量，有利于节约能源、保护环境、缓解紧张的电力供应局面。自然制冰系统的结构紧凑，基础设施构建、制作费用低，在房顶上面制冰，制冰后直接转入下面储存，冰的转运存储方便，无需繁杂的工序和运转设备，系统运行能耗低；系统立体化程度高，整体占地面积小。

附图说明

图1是本发明实施例的示意图；

图2是实施例中每个制冰单元的立面布置图。

图例说明，1—冷水输送泵；2—冷水输送管路；3—放水阀；4—制冰盘；5—支架；6—遮阳罩；7—储冰库房；8—进口；9—密封盖；10—保温风窗；11—换热盘管；12—储冰降温循环水泵；13—循环输冷管道；14—空冷器；15—喷雾装置；16—机械制冷机组；17—机械制冷降温循环水泵。

具体实施方式

下面以某矿为例，进一步说明实施例。

某高温矿井目前采用的降温系统是井下集中式冷水降温系统，包括井下机械制冷机组16、空冷器14、喷雾装置15、井下输冷管道以及机械制冷降温循环水泵17，由于用电量大，拟在现有降温系统的基础上，采用本发明的组合式降温系统进行改造。

经计算，满足该矿9个月的井下降温所需冰量为1.224×10⁵m³，根据当地冬季气候条件的统计及概率分析，假定每年存在制冰条件的时间为40天。按照冰块之间25％的孔隙率计算，所需储冰库房容积为1.632×10⁵m³。

按照上述条件，首先如图1所示，在井上建立自然制冰蓄冷系统。自然制冰蓄冷系统（如图1）包括：输水装置、制冰装置、储冰库房7；所述的储冰库房7是建在地面带有保温层结构的构筑物，储冰库房7的房顶构筑有进口8，进口8上设有密封盖9。在储冰库房7下部构筑有换热盘管11，在井筒中设有循环输冷管道13，换热盘管11通过储冰降温循环水泵12和循环输冷管道13并联在井下机械制冷机组的输冷管路上。所述的制冰装置是在储冰库房7的房顶设有若干支架5，支架5上安装有一层层的制冰盘4，制冰盘4可在支架5上翻转；制冰盘4上面设有放水阀3，制冰盘4的翻转处对着储冰库房7的进口8；所述的输水装置是在地面设有冷水输送泵站，冷水输送泵站布置冷水输送泵1和冷水输送管路2，冷水输送管路2通到房顶的放水阀3；为了防止冬季冻坏设备，输水装置上设有保温层；为了减少太阳光照对制冰装置的热辐射，在储冰库房7房顶还设有遮阳罩6；为了在极寒天气对存储冰块进一步冷冻降温，在储冰库房上设置成排的保温风窗10；

在建储冰库房7时，取建筑平面尺寸为68m×60m，由于整体尺寸较大，为了节约投资和减小工程量，采用钢结构厂房的构筑方式。储冰库房7由钢柱子、钢梁、钢结构基础、钢结构屋架、钢屋盖、墙面保温板等部分组成。为了保证结构强度，其墙体也可以采用砖墙维护。这种构筑方式的主要优点有：①质量轻，强度高，跨度大；②施工工期短，投资成本低；③防火性高，防腐蚀性强；④搬移方便，回收无污染；⑤保温性能好。

根据储冰库房7的构筑方式，其隔热墙板采用阻燃泡沫复合板，通过冷量损耗计算，选用厚度为100mm的阻燃泡沫复合板材。

所述的制冰盘4采用2mm厚的不锈钢制作，设计制作尺寸为长×宽×高=2000mm×1000mm×20mm，容积为0.04m³。为了便于将冰块倒出，制冰盘4的翻转侧的侧面设计为向外倾斜的斜面。

所述的制冰盘4的数量要满足矿井降温需求，根据全年用冰量1.224×10⁵m³和每个制冰盘计算，每个制冰盘一次制冰平均用时为1个小时，则制冰盘6需3188个。

这3188个制冰盘要合理有序的安放在储冰库房7的房顶。根据分析计算，制冰盘采用层状排列、单元分布的方式。如图2所示，每个制冰工作单元包含六排制冰装置，每一排采用5层布置。每个制冰工作单元占地尺寸为a×b=4.5m×6.1m，在储冰库房7的房顶上可以安设143个制冰工作单元；每个单元包含30个制冰盘4；装置之间层距设计值为200mm，单元之间分别留有1.5m和1.18m的行人空间，可算得能容纳4290个制冰盘4，远大于所需的3188个，保证了足够的制冰量。

如果在制冰量不足或冰块保温效果差，达不到一年用量的情况下，此时需要开启机械制冷机组1，恢复原机械制冷降温系统。

Claims

1.一种高温矿井用的组合式降温系统，它包括井下的机械制冷降温系统；其特征在于，它还包括井上的自然制冰蓄冷系统；所述的自然制冰蓄冷系统由输水装置、储冰库房、制冰装置所组成；所述的储冰库房是带有保温层结构的构筑物，储冰库房的房顶构筑有入口；所述的制冰装置是在储冰库房的房顶设有多个支架，支架上安装有一层层的制冰盘，制冰盘能在支架上翻转；制冰盘上面设有放水阀，制冰盘的翻转处对着储冰库房入口；所述的输水装置是在地面设有制冰用冷水输送泵站，冷水输送泵站布置水泵和输水管路，输水管路通到房顶的放水阀；在储冰库房中设有换热盘管，换热盘管并联在井下机械制冷机组的输冷管路上。

2.如权利要求1所述的组合式降温系统，其特征在于，在输水装置上设有保温层。

3.如权利要求1所述的组合式降温系统，其特征在于，在储冰库房房顶设有遮阳罩。

4.如权利要求1所述的组合式降温系统，其特征在于，在储冰库房上设置有成排的保温式风窗。

5.一种利用权利要求1-4任一所述的组合式降温系统对高温矿井进行降温的方法，其特征在于，到冰冻季节时，开始制冰，制冰用水由输水装置输送至制冰装置，打开放水阀将所有制冰盘灌满；待自然结冰后，翻转制冰盘，所得冰块通过入口落到储冰库房内储存；在极寒天气时，打开保温式风窗对存储的冰块进一步降温，利用冰块储存冷源；利用储冰降温时，关闭机械制冷机组，切断机械制冷机组的输冷管路，打开自然制冰蓄冷降温的输冷管路，通过换热盘管及输冷管路将储存冰的冷量送入井下降温。