CN108087013B - 一种矿井降温与热害利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种矿井降温与热害利用系统，包括井下热害降温集热子系统、井上热害利用供热子系统，所述井下热害降温集热子系统包括两相闭式热虹吸管集热降温设备(2)、冷水吸热管路(3)、热水保温管路(4)、进水管路(15)；所述井上热害利用供热子系统包括换热器(11)、水源热泵(12)、矿山排水系统(13)、热源利用模块(14)、出水管路(16)；本系统结构简单实用，能够很好地适应矿山井上井下的复杂环境，将巷道围岩中的热量提取出来，治理围岩热害，有效降低巷道中环境温度；同时很好地利用了巷道围岩热能，提取出的热量用于矿区的建筑物供暖、职工洗浴用水、井口防冻等，减少井上供热耗能，具有巨大的经济与环境保护价值。

Description

一种矿井降温与热害利用系统
技术领域
本发明属于煤矿、金属矿等矿井井下围岩热害降温与利用技术领域，具体是指一种矿井降温与热害利用系统。
背景技术
随着我国对矿产资源的需求不断增长，深井采矿技术的不断发展，煤矿、金属矿等现代化矿井的开采深度不断增加，导致井下的温度越来越高，严重影响井下工作人员的健康安全和机械电气设备的正常运转，井下高温热害已经成为现代化矿井开采必须解决的问题。国内外实践证明，对绝大部分矿井来说，地温是形成矿井热害的主要原因，而地温对井下环境的影响是通过围岩散热的形式表现出来的，因此解决巷道围岩热害成为解决井下高温热害的重中之重。
传统的矿井热害降温手段是在井上和井下设置大功率的空调降温设备，对进入巷道的风流进行降温处理，设备复杂，能源消耗大，没有从根本上解决矿井围岩热害；同时没有对矿井围岩和矿井涌水热害中所蕴藏的巨大地热资源进行有效利用，造成矿井地热资源的大量浪费。
本发明创新性地将两相闭式热虹吸管技术应用于矿井围岩热害治理中，不但可以有效控制巷道围岩温度，降低井下环境温度，减少矿井制冷能耗，而且能够对围岩和矿井涌水中存在的高温热能提取出来，用于满足井上建筑物供暖、洗浴用水、井口防冻等矿山供热需求，减少井上供热耗能，降低煤炭燃烧供热所产生的污染气体，保护环境；同时本发明可以利用矿山现有的矿山排水系统，管路改造工程量较小，简单实用，具有巨大的经济与环保价值。
发明内容
本发明目的是，对于煤矿、金属矿等深井开采中矿井围岩热害严重、矿井地热资源浪费等问题，提供一种矿井降温与热害利用系统，实现治理矿井围岩热害，降低巷道环境温度，减少矿井制冷能耗，有效回收利用围岩热害和矿井涌水中所蕴藏的地热资源，实现经济与环保的双重价值。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：包括井下热害降温集热子系统、井上热害利用供热子系统，所述井下热害降温集热子系统包括两相闭式热虹吸管集热降温设备、冷水吸热管路、热水保温管路、进水管路；所述井上热害利用供热子系统包括换热器、水源热泵、矿山排水系统、热源利用模块、出水管路；所述两相闭式热虹吸管集热降温设备设置在巷道围岩中深入围岩壁的钻孔内，钻孔按合适距离在岩壁排布，所述两相闭式热虹吸管集热降温设备进水端与冷水吸热管路连接，所述的冷水吸热管路与进水管路连接，所述进水管路与中央水仓连接，所述中央水仓与矿井涌水连接；所述两相闭式热虹吸管集热降温设备出水端与热水保温管路连接，所述的热水保温管路与出水管路连接；所述出水管路与换热器连接，所述换热器连接有矿山排水系统、水源热泵，所述水源热泵与热源利用模块连接。
所述进水管路上设有污水净化器、进水温度控制电磁开关、加压水泵，所述出水管路上设置有出水温度控制电磁开关。
所述两相闭式热虹吸管集热降温设备包括放置在巷道围岩壁钻孔的两相闭式热虹吸管、两相闭式热虹吸管保温罩、两相闭式热虹吸管散热翅片、进水控制阀，所述的两相闭式热虹吸管可以吸收巷道围岩中热量，所述两相闭式热虹吸管伸入两相闭式热虹吸管保温罩内，伸入两相闭式热虹吸管保温罩内的两相闭式热虹吸管外部设置有两相闭式热虹吸管散热翅片，所述两相闭式热虹吸管保温罩设置有进水口、出水口，进水口连接的管道上设置有进水控制阀。
所述两相闭式热虹吸管保温罩外敷保温层，所述两相闭式热虹吸管散热翅片为可以增强两相闭式热虹吸管散热的螺旋形翅片。
所述的冷水吸热管路上设有可以降低巷道温度与湿度的散冷翅片。
所述的进水温度控制电磁开关为可以根据进水管路中水流的温度调节进水流量与流向的电磁开关。
所述的出水温度控制电磁开关为可以根据出水管路中水流的温度调节出水流量的电磁开关。
所述的换热器为可以将井下携带热量的污水与井上洁净低热量水进行热量交换的换热器。
所述矿山排水系统用于将换热器换热的低热量污水排出处理。
所述水源热泵用于将经过换热器换热得到的高热量洁净水提热利用，将能量供给热源利用模块。
本发明与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
作为改进，本发明在巷道围岩中设有深入围岩壁的钻孔，钻孔按合适距离在岩壁排布，钻孔内放置有两相闭式热虹吸管集热降温设备，可以最大限度地提取巷道围岩中的热量，降低围岩温度，减少围岩散热，有效降低巷道内的环境温度，达到治理矿井围岩热害的目的。
作为改进，本发明实现对矿井围岩热害和矿井涌水等井下地热资源的有效利用，通过利用中央水仓中的矿井涌水吸收两相闭式热虹吸管集热降温设备提取的巷道围岩中的热能，将井下地热能提取到井上，利用换热器和水源热泵对地热能进行换热利用，将热能应用于井上建筑物供热、职工洗浴用水、井口防冻等；同时本发明可以利用矿山现有的矿山排水系统，管路改造工程量较小，简单实用。
作为改进，所述的两相闭式热虹吸管散热翅片为螺旋形翅片，螺旋方向为水流流动方向，可以有效增强两相闭式热虹吸管设备的散热效果，将两相闭式热虹吸管提取的围岩中的热量传递给水流；所述的两相闭式热虹吸管保温罩外敷保温层，可以对两相闭式热虹吸管集热降温设备中的水流保温，防止热量散失；所述的进水控制阀控制两相闭式热虹吸管集热降温设备进水流量。
作为改进，所述的冷水吸热管路上设有散冷翅片，冷水在流动过程中可以吸收巷道内热量和液化水蒸气，从而降低巷道环境温度与湿度。
作为该进，所述的所述的污水净化器具有净化过滤矿井水质的作用，由于矿井涌水中含有大量岩石、煤炭残渣，有必要对进入进水管路的水质进行过滤净化，防止对管路产生损坏和腐蚀。
作为改进，所述的进水温度控制电磁开关为控制水流流量和流向的电磁开关，当电磁开关里的温度传感器检测到水流温度达到热能利用的标准时，电磁开关产生动作使水流不经过两相闭式热虹吸管集热降温设备，直接从另一通路流向井上热害利用供热子系统；同时电磁开关可以根据水流温度调节进入两相闭式热虹吸管集热降温设备的流量大小，使水流以合适的流量充分吸收两相闭式热虹吸管集热降温设备散发的热量。
作为改进，所述的加压水泵为可以对水流加压的水泵，能够调节进水管路的水流压力与速度，对水流进行加压，使其以合适的速度通过两相闭式热虹吸管集热降温设备。
作为改进，所述的出水温度控制电磁开关为水流温度控制的电磁开关，可以根据出水管路中水流的温度调节出水流量。
作为改进，所述的换热器为可以对水流换热的换热器，将井下携带热量的高温污水与井上洁净低热量水进行热量交换，避免井下高腐蚀高污染的矿井水对水源热泵产生损坏。
作为改进，所述的矿山排水系统与换热器连接，排出经过换热器换热的低热量污水，对污水进行处理再利用，避免对矿山环境产生破坏，合理利用水资源。
作为改进，所述的水源热泵与换热器连接，对经过换热器换热得到的高热量洁净水提热利用，将能量供给热源利用模块，最大限度地合理利用矿井地热资源。
作为改进，热源利用模块与水源热泵连接，将水源热泵提供的热量用于建筑物供暖、职工洗浴用水、井口防冻等。
附图说明
图1是本发明一种矿井降温与热害利用系统的结构示意图。
图2是本发明一种矿井降温与热害利用系统的两相闭式热虹吸管集热降温设备的结构示意图。
如图所示：1、巷道围岩，2、两相闭式热虹吸管集热降温设备，2.1、两相闭式热虹吸管，2.2、两相闭式热虹吸管保温罩，2.3、两相闭式热虹吸管散热翅片，2.4、进水控制阀，3、冷水吸热管路，4、热水保温管路，5、进水温度控制电磁开关，6、加压水泵，7、出水温度控制电磁开关，8、中央水仓，9、矿井涌水，10、污水净化器，11、换热器，12、水源热泵，13、矿山排水系统，14、热源利用模块，15、进水管路，16、出水管路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
结合附图1-2，一种矿井降温与热害利用系统，包括巷道围岩1、两相闭式热虹吸管集热降温设备2、进水管路15、冷水吸热管路3、出水管路16、热水保温管路4、中央水仓8、矿井涌水9、换热器11、水源热泵12、矿山排水系统13、热源利用模块14；在所述的巷道围岩1中有深入围岩壁的钻孔，钻孔内放置有两相闭式热虹吸管集热降温设备2，所述的两相闭式热虹吸管集热降温设备2的进水端与冷水吸热管路3连接，所述的冷水吸热管路3与进水管路15连接，所述的中央水仓8与进水管路15连接，所述的矿井涌水与中央水仓连接，所述的进水管路15上设有污水净化器10、进水温度控制电磁开关5、加压水泵6，所述的两相闭式热虹吸管集热降温设备2的出水端与热水保温管路4连接，所述的热水保温管路4与出水管路16连接，所述的出水管路16上设有出水温度控制电磁开关7，所述的两相闭式热虹吸管集热降温设备2、冷水吸热管路3、热水保温管路4、进水管路15构成井下热害降温集热子系统，所述的换热器11、水源热泵12、矿山排水系统13、热源利用模块14、出水管路16构成井上热害利用供热子系统。
所述的两相闭式热虹吸管集热降温设备2包括放置在煤巷围岩壁钻孔的两相闭式热虹吸管2.1、两相闭式热虹吸管保温罩2.2、两相闭式热虹吸管散热翅片2.3、进水控制阀2.4，所述两相闭式热虹吸管2.1伸入两相闭式热虹吸管保温罩2.2内，伸入两相闭式热虹吸管保温罩2.2内的两相闭式热虹吸管2.1外部设置有两相闭式热虹吸管散热翅片2.3，所述两相闭式热虹吸管保温罩2.2设置有进水口、出水口，进水口连接的管道上设置有进水控制阀2.4，所述的两相闭式热虹吸管集热降温设备2的进水口与冷水吸热管路3连接，所述的两相闭式热虹吸管集热降温设备2的出水口与热水保温管路4连接。
所述的两相闭式热虹吸管2.1为可以吸收煤巷围岩1中热量的两相闭式热虹吸管，所述的两相闭式热虹吸管保温罩2.2外敷保温层，所述的两相闭式热虹吸管散热翅片2.3为可以增强两相闭式热虹吸管散热的螺旋形翅片，所述的进水控制阀2.4为可以控制两相闭式热虹吸管集热降温设备2进水流量的控制阀。
所述的冷水吸热管路3上设有可以降低巷道温度与湿度的散冷翅片。
所述的污水净化器10为可以净化过滤进水管路15中水流的净化器。
所述的进水温度控制电磁开关5为水流温度控制的电磁开关，根据进水管路15中水流的温度调节进水流量与流向。
所述的加压水泵6为可以对水流加压的水泵，调节进水管路15中水流压力与速度。
所述的出水温度控制电磁开关7为水流温度控制的电磁开关，根据出水管路16中水流的温度调节出水流量。
所述的换热器11为可以对水流换热的换热器，将井下携带热量的高温污水与井上洁净低热量水进行热量交换。
所述的矿山排水系统13与换热器11连接，对经过换热器11换热的低热量污水排出处理。
所述的水源热泵12与换热器11连接，对经过换热器11换热得到的高热量洁净水提热利用，将能量供给热源利用模块14。
所述的热源利用模块14与水源热泵12连接，将水源热泵提供的热量用于建筑物供暖、职工洗浴用水、井口防冻等。
在具体实例中，本发明利用深入巷道围岩钻孔的两相闭式热虹吸管集热降温设备将产生矿井热害的围岩热提取出来，降低围岩温度，减少巷道内的环境温度，有效治理矿井围岩热害。中央水仓中的矿井涌水等矿井水经过污水净化器过滤净化、加压水泵加压后，冷水吸热管路、两相闭式热虹吸管集热降温设备利用提取出的围岩热将水流加热，水流经出水管路到达井上热害利用供热子系统，换热器和水源热泵将水流中蕴藏的热能进一步换热提取，将热量供给热源利用模块，用于满足井上建筑物供暖、洗浴用水、井口防冻等井上供热需求。
本发明创新性地将两相闭式热虹吸管技术应用于矿井围岩热害治理中，不但可以有效控制巷道围岩温度，降低井下环境温度，减少矿井制冷能耗，而且能够对围岩和矿井涌水中存在的高温热能提取出来，用于满足井上建筑物供暖、洗浴用水、井口防冻等井上供热需求，减少井上供热耗能，降低煤炭燃烧供热所产生的污染气体，保护环境；同时本发明可以利用矿山现有的矿山排水系统，管路改造工程量较小，简单实用，具有巨大的经济与环保价值，意义重大。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种矿井降温与热害利用系统，包括井下热害降温集热子系统、井上热害利用供热子系统，所述井下热害降温集热子系统包括两相闭式热虹吸管集热降温设备(2)、冷水吸热管路(3)、热水保温管路(4)、进水管路(15)；所述井上热害利用供热子系统包括换热器(11)、水源热泵(12)、矿山排水系统(13)、热源利用模块(14)、出水管路(16)；所述两相闭式热虹吸管集热降温设备(2)设置在巷道围岩(1)中深入围岩壁的钻孔内，钻孔按合适距离在岩壁排布，所述两相闭式热虹吸管集热降温设备(2)进水端与冷水吸热管路(3)连接，所述的冷水吸热管路(3)与进水管路(15)连接，所述进水管路(15)与中央水仓(8)连接，所述中央水仓(8)与矿井涌水(9)连接；所述两相闭式热虹吸管集热降温设备(2)出水端与热水保温管路(4)连接，所述热水保温管路(4)与出水管路(16)连接；所述出水管路(16)与换热器(11)连接，所述换热器(11)连接有矿山排水系统(13)、水源热泵(12)，所述水源热泵(12)与热源利用模块(14)连接，所述两相闭式热虹吸管集热降温设备(2)包括放置在巷道围岩(1)壁钻孔的两相闭式热虹吸管(2.1)、两相闭式热虹吸管保温罩(2.2)、两相闭式热虹吸管散热翅片(2.3)、进水控制阀(2.4)，所述的两相闭式热虹吸管(2.1)可以吸收巷道围岩(1)中热量，所述两相闭式热虹吸管(2.1)伸入两相闭式热虹吸管保温罩(2.2)内，伸入两相闭式热虹吸管保温罩(2.2)内的两相闭式热虹吸管(2.1)外部设置有两相闭式热虹吸管散热翅片(2.3)，所述两相闭式热虹吸管保温罩(2.2)设置有进水口、出水口，进水口连接的管道上设置有进水控制阀(2.4)，所述进水管路(15)上设有污水净化器(10)、进水温度控制电磁开关(5)、加压水泵(6)，所述出水管路(16)上设置有出水温度控制电磁开关(7)，所述两相闭式热虹吸管保温罩(2.2)外敷保温层，所述两相闭式热虹吸管散热翅片(2.3)为可以增强两相闭式热虹吸管散热的螺旋形翅片，所述的出水温度控制电磁开关(7)为可以根据出水管路(16)中水流的温度调节出水流量的电磁开关。
2.根据权利要求1所述的一种矿井降温与热害利用系统，其特征在于：所述的冷水吸热管路(3)上设有可以降低巷道温度与湿度的散冷翅片。
3.根据权利要求2所述的一种矿井降温与热害利用系统，其特征在于：所述的进水温度控制电磁开关(5)为可以根据进水管路(15)中水流的温度调节进水流量与流向的电磁开关。
4.根据权利要求1所述的一种矿井降温与热害利用系统，其特征在于：所述的换热器(11)为可以将井下携带热量的污水与井上洁净低热量水进行热量交换的换热器。
5.根据权利要求1所述的一种矿井降温与热害利用系统，其特征在于：所述矿山排水系统(13)用于将换热器(11)换热的低热量污水排出处理。
6.根据权利要求1所述的一种矿井降温与热害利用系统，其特征在于：所述水源热泵(12)用于将经过换热器(11)换热得到的高热量洁净水提热利用，将能量供给热源利用模块(14)。
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