CN103362530B - 一种采矿过程中对工作面降温与利用热能的设备与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种采矿过程中对工作面降温与利用热能的设备与方法，所述设备包括用于将工作面风流气体热量聚集的风流热聚能系统和用于将聚集的热量提取到地面的水循环交换系统；所述风流热聚能系统连接所述水循环交换系统。上述方案通过风流热聚能系统将工作面或巷道风流中高温气体的热量吸收，降低工作面或巷道风流气体的温度，达到工作面或巷道降温目的；通过水循环交换系统将聚集的热量提取到地面利用，实现地热资源的利用。该设备及方法具有降温效果好，能量利用率高，成本低廉，低碳环保等优点。可以从根本上最大限度降低整个工作面风流的温度。

Description

一种采矿过程中对工作面降温与利用热能的设备与方法
技术领域
本发明涉及采矿业的安全生产技术领域，特别是指一种采矿过程中对工作面降温与利用热能的设备与方法。
背景技术
在煤矿生产过程中高温湿热的工作环境会对井下工作人员身体健康造成严重伤害，也会降低劳动生产效率，增加工伤事故频数，影响煤矿的经济效益。煤矿安全规程第102条规定：采掘工作面的空气温度超过30℃、机电设备同室的空气温度超过34℃时，必须停止作业。随着煤矿深部开采的进行，降温成为一项非常重要且必不可缺的技术，特别是对于高温矿井煤炭生产中热害问题严重的企业来说尤为重要。近年来随着矿井开采深度的增加，高温热害愈发严重，已经成为当前煤矿亟待解决的问题。
在现有矿井降温技术中，许多降温措施和技术正在得到推广和应用。现有的煤矿工作环境中采用的降温技术可分为非人工制冷降温技术、人工制冷水降温技术、人工制冰降温技术和空气压缩式制冷技术。现有人工降温技术的原理方法多为通过井上制冷机组获得低温水或者冰块，在井下高温点使用设备将低温水或冰中跟热风进行热交换，达到降低工作面风流温度的目的。
这些降温技术在一定程度上解决了部分问题，降低了矿井工作面温度，但至少存在以下缺点：工艺复杂、能耗高和降温效果不理想。随着矿井开采深度的增加，围岩温度不断增加，现有矿井降温技术已经不能满足采掘工作面降温的需要，因此如何进一步改进降温技术，提高降温效率成为安全技术生产领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种的采矿过程中对工作面降温与利用热能的设备与方法，解决现有技术工艺复杂、能耗高以及降温效果不理想等问题。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种采矿过程中对工作面降温与利用热能的设备，包括用于将工作面风流气体热量聚集的风流热聚能系统和用于将聚集的热量提取到地面的水循环交换系统；所述风流热聚能系统连接所述水循环交换系统。
其中，所述风流热聚能系统包括蒸发器、压缩机、冷凝器、液压罐、膨胀阀以及抽出式防爆风机，所述抽出式防爆风机的进气口管路上连接所述蒸发器，出气口通入工作面降温地点，所述蒸发器输出端连接所述压缩机，所述压缩机输出端连接所述冷凝器，所述冷凝器输出端连接所述液压罐，所述液压罐输出端连接所述膨胀阀，所述膨胀阀输出端连接所述蒸发器的输入端。
其中，所述抽出式防爆风机的进气口前方还设有湿式除尘过滤器对进入所述蒸发器工作区的气体进行过滤。
其中，所述水循环交换系统包括依次相连的井下进水管路、球形阀、井下回水管路和抽水装置，所述球形阀和井下回水管路之间的管线流经所述冷凝器，所述抽水装置将高温热水抽出至地面用于民用或工业使用。
其中，所述球形阀的输出端连接流量调节阀。
其中，所述球形阀和流量调节阀之间还设有井水过滤器。
本发明的实施例还提供一种采矿过程中对工作面降温与利用热能的方法，包括：
步骤（1），利用风流热聚能系统将工作面风流中的高温气体热能聚集，降低工作面风流气体的温度；
步骤（2），将聚集的高温气体热能通过水循环交换系统转化为高温水热能。
其中，所述步骤（1）包括风流热聚能系统通过蒸发器吸收工作面风流中低品位的气体热能，实现工作面降温目的；所述风流热聚能系统的抽出式防爆风机保证风流热聚能系统运行时工作面风流气体与蒸发器的热交换效率。
其中，所述步骤（2）包括所述水循环交换系统将风流热聚能系统聚集的高品位热能通过冷凝器输出到水循环交换系统中，并通过抽水装置输送到地面使用。
其中，所述步骤（2）还包括通过调节所述球形阀和流量调节阀以控制井下进水管路的水流进入量，以调节所述水循环交换系统热水的排出量。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案，通过风流热聚能系统将工作面高温热风的热能转化到水循环系统，这种降温方式直接将工作面风流中的热能提取出来，工作效率高，成本低廉，可以最大限度得降低工作面的风流温度，有效利用矿井风流中的地热能，达到一举两得的目的。
附图说明
图1为本发明实施例的采矿过程中对工作面降温与利用热能的设备的原理图；
图2为本发明实施例的采矿过程中对工作面降温与利用热能的设备的结构示意图。
［主要元件符号说明］
1、蒸发器；
2、压缩机；
3、冷凝器；
4、液压罐；
5、膨胀阀；
6、湿式除尘过滤器；
7、抽出式防爆风机；
8、井下进水管路；
9、球形阀；
10、过滤器；
11、流量调节阀；
12、井下回水管路；
13、抽水装置。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有矿井降温系统效果不好的问题，提供一种采矿过程中对工作面降温与利用热能的设备及方法。
如图1所示的，本发明实施例提供一种采矿过程中对工作面降温与利用热能的设备，包括用于将工作面风流气体热量聚集的风流热聚能系统和用于将聚集的热量提取到地面的水循环交换系统；所述风流热聚能系统连接所述水循环交换系统。
如图2所示的，所述风流热聚能系统包括蒸发器1、压缩机2、冷凝器3、液压罐4、膨胀阀5、湿式除尘过滤器6和抽出式防爆风机7，所述抽出式防爆风机7的进气口管路上连接所述蒸发器1，出气口通入工作面降温地点，所述蒸发器1输出端连接所述压缩机2，所述压缩机2输出端连接所述冷凝器3，所述冷凝器3输出端连接所述液压罐4，所述液压罐4输出端连接所述膨胀阀5，所述膨胀阀5输出端连接所述蒸发器1的输入端。所述风流热聚能系统通过蒸发器1吸收工作面周围气体中低品位的热能。湿式除尘过滤器6对进入蒸发器1的气体进行过滤，抽出式防爆风机7保证风流热聚能系统与工作面风流气体的循环。
如图2所示的，冷凝器3连接所述水循环交换系统。所述水循环交换系统包括依次相连的井下进水管8、球形阀9、过滤器10、流量调节阀11、井下回水管路12和抽水装置13。所述水循环交换系统用于将风流热聚能系统聚集的高品位热能通过冷凝器3输出到水循环交换系统中。球形阀9、过滤器10、流量调节阀11用于根据冷凝器3的运行功率调节从井下进水管8进入冷凝器3的数量，实现最优热交换。抽水装置13用于保证水循环交换系统中的水循环畅通，并将高温热水抽出至地面用于民用或工业使用。
其中，井下回水管路12外通过包裹双抗隔热材料防止高温热水热量损失。
本发明的实施例还提供一种采矿过程中对工作面降温与利用热能的方法，包括：
步骤1，风流热聚能系统通过蒸发器吸收工作面风流中低品位的气体热能，实现工作面降温目的；所述风流热聚能系统的抽出式防爆风机保证风流热聚能系统运行时工作面风流气体与蒸发器的热交换效率。
步骤2，所述水循环交换系统将风流热聚能系统聚集的高品位热能通过冷凝器输出到水循环交换系统中，并通过抽水装置输送到地面使用；通过调节所述球形阀和流量调节阀以控制井下进水管路的水流进入量，以调节所述水循环交换系统热水的排出量。
上述方案通过风流热聚能系统将工作面风流中高温气体的热量聚集，降低工作面风流气体的温度，达到工作面的降温目的；通过水循环交换系统将聚集的热量提取到地面利用，实现地热资源的利用。该设备及方法具有降温效果好，能量利用率高，成本低廉，低碳环保等优点。可以从根本上最大限度降低整个工作面风流的温度。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种采矿过程中对工作面降温与利用热能的设备，其特征在于，包括用于将工作面风流气体热量聚集的风流热聚能系统和用于将聚集的热量提取到地面的水循环交换系统；所述风流热聚能系统连接所述水循环交换系统；
其中，所述风流热聚能系统包括蒸发器、压缩机、冷凝器、液压罐、膨胀阀以及抽出式防爆风机，所述抽出式防爆风机的进气口管路上连接所述蒸发器，出气口通入工作面降温地点，所述蒸发器输出端连接所述压缩机，所述压缩机输出端连接所述冷凝器，所述冷凝器输出端连接所述液压罐，所述液压罐输出端连接所述膨胀阀，所述膨胀阀输出端连接所述蒸发器的输入端；所述风流热聚能系统通过蒸发器吸收工作面周围气体中低品位的热能；湿式除尘过滤器对进入蒸发器的气体进行过滤，抽出式防爆风机保证风流热聚能系统与工作面风流气体的循环；
其中，所述冷凝器连接所述水循环交换系统；
其中，所述抽出式防爆风机的进气口前方还设有湿式除尘过滤器对进入所述蒸发器工作区的气体进行过滤；
其中，所述水循环交换系统包括依次相连的井下进水管路、球形阀、井下回水管路和抽水装置；
所述水循环交换系统用于将风流热聚能系统聚集的高品位热能通过冷凝器输出到水循环交换系统中；所述球形阀、过滤器、流量调节阀用于根据冷凝器的运行功率调节从井下进水管进入冷凝器的数量；所述球形阀和井下回水管路之间的管线流经所述冷凝器，所述抽水装置将高温热水抽出至地面用于民用或工业使用；
其中，所述球形阀的输出端连接流量调节阀；
其中，所述球形阀和流量调节阀之间还设有井水过滤器；
其中，所述井下回水管路外包裹双抗隔热材料防止高温热水热量损失。
2.一种采矿过程中对工作面降温与利用热能的方法，其特征在于，包括：
步骤(1)，利用风流热聚能系统将工作面风流中的高温气体热能聚集，降低工作面风流气体的温度；
步骤(2)，将聚集的高温气体热能通过水循环交换系统转化为高温水热能；
其中，所述步骤(1)包括风流热聚能系统通过蒸发器吸收工作面风流中低品位的气体热能，实现工作面降温目的；所述风流热聚能系统的抽出式防爆风机保证风流热聚能系统运行时工作面风流气体与蒸发器的热交换效率；
其中，所述步骤(2)包括所述水循环交换系统将风流热聚能系统聚集的高品位热能通过冷凝器输出到水循环交换系统中，并通过抽水装置输送到地面使用；
其中，所述步骤(2)还包括通过调节球形阀和流量调节阀以控制井下进水管路的水流进入量，以调节所述水循环交换系统热水的排出量。
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