CN108534577A - 一种治理煤矿矸石山自燃问题的工质相变降温组合装置 - Google Patents

一种治理煤矿矸石山自燃问题的工质相变降温组合装置 Download PDF

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孟国营
赵增玉
崔洪义
罗广群
吕向阳
庞志明
张昌建
胡兆春
史树军
刘春雷
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Abstract

本发明提出的一种治理煤矿矸石山自燃问题的工质相变降温组合装置，包括上管体、传热管组件和下管体等，上管体布置有出水口和进水口，上管体内部充满循环水工质，下管体封闭内腔中充有变相水工质，上管体和下管体之间封闭连接，中间有传热管组件通过，下管体下端固定连接有感温钻探锥。本发明工质相变降温组合装置的感温钻探锥和下管体伸入矸石山自燃层中，最终借助循环水工质把矸石山自燃层产生的热量传递到矸石山外部。矸石山自燃层由于热量被吸收而温度逐渐降低直到最终熄灭。由于提取了矸石自燃产生的热能，并且将自燃的矸石熄灭，避免矸石自燃过程持续排放烟尘和有毒气体，因此节能、安全和环保效益显著。

Description

一种治理煤矿矸石山自燃问题的工质相变降温组合装置
技术领域
本发明涉及一种矿用降温器材，尤其涉及一种治理煤矿矸石山自燃问题的工质相变降温组合装置。
背景技术
煤矸石是采煤和洗煤过程中的排弃物，通常占采煤量的15％～20％，煤矿常年采煤过程产生的煤矸石堆积存放形成了矸石山，由于矸石山高度或煤矿井口位置改变原因，许多矸石山被废弃不用。矸石山中的煤矸石长期存放，不仅占用大量土地，而且还会污染大气、土壤和水体。
矸石山在自然堆放(平地或顺坡堆放)过程中，均会发生粒度偏析，在矸石山内产生“烟囱效应”。氧化产生的热量，一部分由“烟囱效应”随空气带出，另一部分则积聚在矸石山中。当某一局部温度达到自燃点时便引起自燃，且逐步向四周蔓延。煤矸石自燃时释放出大量热量和CO、SH2、SO2等有害气体，严重污染周围大气环境，危害人们身体健康。
煤矿矸石山自燃后的灭火方法主要有直接挖出法、注浆法、灌水法、表面密封和压实法、低温惰性气体法。从国内外工程实践来看，以注浆法为主，辅以表面密封和压实以及灌注泡沫灭火剂的综合措施是目前较为成熟、有效的矸石山自燃治理技术，但是施工成本比较高。而灌水法和直接挖出法施工成本低，但存在爆炸的风险。
根据大量调查和测试结果表明，大部分煤矸石山自燃发生在距表面0.5～3m的范围内。通过向煤矸石山自燃层插入导热的金属管组件，金属管组件露出矸石山的部分安装进出水管，向金属管组件中通入循环冷水，冷水进入金属管组件后将矸石自燃产生的热量不断带出，这样循环冷水不断提取矸石山自燃层的热量，最终矸石山自燃层温度越来越低进而熄灭，同时自燃层产生的热量被循环冷水吸收后可进行换热后进行供暖或洗浴等综合利用。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于矿井回风热回收的气体通道，因地制宜设计热管换热器气体通道的结构，提高换热效率，适用于矿井回风余热回收。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种治理煤矿矸石山自燃问题的工质相变降温组合装置，包括上管体、传热管组件和下管体，所述上管体与下管体相互连接，上管体和下管体之间的管腔相互封闭，所述传热管组件穿过封闭的端面一端伸入上管体中，另一端伸入下管体中，上管体上布置有进水口和出水口，下管体一端与感温钻探锥连接。
优选地，所述进水口位于靠近下管体一端的上管体的侧壁上，出水口位于远离下管体一端的上管体的侧壁上。
优选地，所述下管体的内腔中充有变相水工质。
优选地，所述上管体的内腔中流通循环水工质。
与现有技术相比，本发明实施例至少具有以下优点：
通过将本组合装置的感温钻探锥和下管体伸入自燃的矸石山燃烧层中，矸石自燃产生的热量将会透过感温钻探锥和下管体外壁，进入下管体封闭内腔，下管体封闭内腔中的变相水工质受热后发生相变，从而把热量传递给传热管组件，传热管组件再把吸收的热量传递给上管体内腔中的循环水工质，最终由循环水工质将热量传递到远离自燃的矸石山位置进行储存，循环水工质不断提取矸石山自燃层的热量，使矸石山自燃层温度越来越低直到最终熄灭，从而实现煤矿矸石山自燃层的降温和灭火，同时矸石山自燃产生的热量被循环水工质吸收和存储后，可进行供暖或洗浴等综合利用，避免其它治理矸石山自燃的办法造成的大量经济投入或爆炸问题，因此节能、安全和环保效益显著。
附图说明
图1为本发明治理煤矿矸石山自燃问题的工质相变降温组合装置的结构示意图。
图中：
1-上管体；2-出水口；3-传热管组件；4-循环水工质；5-进水口；6-下管体；7-变相水工质；8-感温钻探锥。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详述。
一种治理煤矿矸石山自燃问题的工质相变降温组合装置，包括上管体1、出水口2、传热管组件3、循环水工质4等。所述上管体1与下管体6的管腔连接处封闭，传热管组件3穿过封闭的连接面一端伸入上管体1内腔中，另一端伸入下管体6封闭内腔中。所述上管体1上布置有进水口5和出水口2，上管体1内腔可通流循环水工质4，循环水工质4从进水口5(在上管体1侧壁靠近下管体6的位置)流入，从出水口2(在上管体1侧壁靠近上端的位置)流出。进水口5和出水口2位置的分布主要考虑传热管组件3在进行热交换时的热量分布，靠近热源(下管体6)的部位明显温度较高，因此将进水口5设置在对应此部位的位置，提高热交换的效率。所述下管体6另一端与感温钻探锥8连接，感温钻探锥8为锥形结构，其本身材质为强度高传热性能好的金属材料，例如感温金属材料：Q345B，40Cr，27SiMn等。
具体实施时可以分为五个阶段。
第一阶段：循环水工质4从进水口5通入上管体1，充满上管体1的内腔后从出水口2流出。
第二阶段：感温钻探锥8和下管体6伸入自燃的矸石山燃烧层中。
第三阶段：矸石山燃烧层中的热量透过感温钻探锥8和下管体6外壁，进入下管体6内腔。
第四阶段：下管体6内腔中的变相水工质7受热产生相变，把热量传递给传热管组件3。
第五阶段：接受热量的传热管组件3把热量传递给循环水工质4。
第六阶段：循环水工质4不断从进水口5进入，从出水口2流出，进而把矸石山燃烧层热量不断带出，使矸石山自燃层温度越来越低直到最终熄灭。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种治理煤矿矸石山自燃问题的工质相变降温组合装置，包括上管体(1)、传热管组件(3)和下管体(6)，其特征在于：所述上管体(1)与下管体(6)相互连接，上管体(1)和下管体(6)之间的管腔相互封闭，所述传热管组件(3)穿过封闭的端面一端伸入上管体(1)中，另一端伸入下管体(6)中，上管体(1)上布置有进水口(5)和出水口(2)，下管体一端与感温钻探锥(8)连接。
2.根据权利要求1所述的治理煤矿矸石山自燃问题的工质相变降温组合装置，其特征在于：所述进水口(5)位于靠近下管体(6)一端的上管体(1)的侧壁上，出水口(2)位于远离下管体(6)一端的上管体(1)的侧壁上。
3.根据权利要求1所述的治理煤矿矸石山自燃问题的工质相变降温组合装置，其特征在于：所述下管体(6)的内腔中填充有变相水工质(7)。
4.根据权利要求1所述的治理煤矿矸石山自燃问题的工质相变降温组合装置，其特征在于：所述上管体(1)的内腔中流通循环水工质(4)。
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