CN110067589A - 深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置，包括地面制冰机、地面输冰装置、重力输冰机构、井下输冰装置和井下融冰装置，地面输冰装置与地面制冰机连接；重力输冰机构包括井口漏斗和多段立井输冰管道，相邻两段立井输冰管道之间设有缓冲橡胶垫片；井下融冰装置包括融冰池、融冰池进冰管和进水管，融冰池内间隔设置有多块高低交错排列布设的绕流导向隔板，融冰池的底部侧壁上设置有孔板出水口和出水量调节闸板；本发明还公开了一种深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰方法。本发明能够很好地缓解高井深、高落差导致的冰下降过程中的管道及管道支撑的激烈震动与破坏现象；换热效果好，能够为深部开采的高温矿井提供足够的冷量。
Description
技术领域
本发明属于矿井热害防治技术领域，具体涉及一种深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置及方法。
背景技术
随着浅部矿产资源的逐渐减少和枯竭，深部开采成为必然趋势，目前我国面临深部开采的矿山约占全国矿山总数的90％。随着开采深度的逐渐增加，高地温问题日益突出，导致作业环境恶化、通风降温和生产成本急剧增加，同时，持续高温对人体健康和工作效率产生极大影响，并为安全生产埋下重大隐患。所以深部矿山开采时，高地温带来的热害问题日益成为制约深部矿床有效开采的重要因素，深井热害治理技术的研究亦成为国内外矿山研究的一个重要领域。
对于深井热害治理，最有效的方式还是采用机械制冷水和制冰的降温技术，两种方式相比较，由于水的载冷量相对较小，送至井下1000m甚至更深的地方，水的循环量大，输送距离长，温升也比较大，同时对于深井，从地面输送的冷水会对井下设备产生很高的静水压力，高低压换热器承受的压力要在10MPa以上，实施难度比较大。而冰冷降温系统由于利用冰的融解潜热进行降温，同样冷负荷条件下，向井下的输冰量仅为输水量的1/4-1/5，减少了输送损耗，而且用冷地点回水和冰直接接触换热，提高了换热效率，得到的低温水接近0℃，冷冻水泵能耗减少且降温效果十分显著，另外，冰冷降温系统也不存在过高的静水压力，无需设置井下高低压换热设备。
对于矿井冰冷降温系统，地面制冰站制冰，融冰室布置在井下，输冰和融冰是该系统的两个重要环节。在深井重力输冰时，由于立井输冰管道存在较大高差，粒状或片状冰在管道中垂直下落时相互碰撞和冲击，会引起管道的激烈震动而破坏管道及管道支撑。另一方面，对于深部矿井严重的热害问题和较大的需冷量，融冰池融冰速率慢、冷损失加大也是影响降温效果的一个重要因素。所以对于深部矿山冰冷降温系统，解决立井重力输冰过程中管道及支撑的震动与破坏问题，并加速冰的融化，减少因融冰速率慢导致的冷量损失，提供足够的冷量，能很好地促进冰冷降温系统在深部矿井降温中的推广应用。但现有技术中，还缺乏这样的技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置，其设计新颖合理，实现方便且成本低，使用操作方便，能够很好地缓解高井深、高落差导致的冰下降过程中的管道及管道支撑的激烈震动与破坏现象；换热效果好，能够为深部开采的高温矿井提供足够的冷量，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置，包括地面制冰机、地面输冰装置、重力输冰机构、井下输冰装置和井下融冰装置，所述地面输冰装置与地面制冰机连接；
所述重力输冰机构包括井口漏斗和连接在井口漏斗底部且伸入深井内的多段立井输冰管道，所述井口漏斗与地面输冰装置连接，相邻两段立井输冰管道之间设置有缓冲橡胶垫片，位于深井内最下端的一段立井输冰管道的底端与井下输冰装置连接；
所述井下融冰装置包括融冰池，设置在融冰池上方一侧的融冰池进冰管和设置在融冰池上方另一侧的进水管，所述融冰池进冰管与井下输冰装置连接，所述进水管上设置有进水量调节阀，所述进水管的一端端部连接有位于融冰池上方的布水器，所述进水管的另一端与设置在深井下用冷地点的空冷器的回水管路连接，所述回水管路上连接有回水泵，所述融冰池内间隔设置有多块高低交错排列布设的绕流导向隔板，所述融冰池的底部侧壁上设置有孔板出水口和与孔板出水口连接的出水量调节闸板；所述孔板出水口与设置在深井下的冷水池连接，所述冷水池上连接有用于为设置在深井下用冷地点的空冷器和喷淋头供水的供水管路，所述供水管路上连接有供水泵。
上述的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置，还包括自动控制监测系统，所述自动控制监测系统包括数据采集控制器和与数据采集控制器相接的计算机，所述数据采集控制器的输入端接有布设在井下采掘工作面的工作面温度传感器，设置在冷水池内的冷水池温度传感器和冷水池液位传感器,设置在融冰池内的融冰池液位传感器，设置在融冰池的进水管上的融冰池进水温度传感器和融冰池进水流量传感器，设置在供水管路上的空冷器进水温度传感器和空冷器进水压力传感器，以及设置在回水管路上的空冷器回水温度传感器、空冷器回水压力传感器和空冷器回水流量传感器；所述数据采集控制器的输出端接有设置在融冰池的进水管上的融冰池进水电动调节阀,设置在供水管路上的空冷器进水电动调节阀,用于控制地面制冰机的制冰机控制器，用于控制地面输冰装置的地面输冰装置控制器，用于控制供水泵的供水泵控制器，用于控制回水泵的回水泵控制器和用于控制空冷器的空冷器控制器。
上述的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置，所述数据采集控制器包括微处理器和为数据采集控制器中各用电单元供电的电源模块，以及与微处理器相接的数据存储器和用于与计算机连接并通信的通信模块，所述工作面温度传感器、冷水池温度传感器、冷水池液位传感器、融冰池液位传感器、融冰池进水温度传感器、融冰池进水流量传感器、空冷器进水温度传感器、空冷器进水压力传感器、空冷器回水温度传感器、空冷器回水压力传感器和空冷器回水流量传感器均与微处理器的输入端连接，所述微处理器的输入端还接有按键操作电路，所述微处理器的输出端接有液晶显示屏，所述融冰池进水电动调节阀、空冷器进水电动调节阀、制冰机控制器、地面输冰装置控制器、供水泵控制器、回水泵控制器和空冷器控制器均与微处理器的输出端连接。
上述的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置，所述缓冲橡胶垫片连接在分别与上段立井输冰管道和下段立井输冰管道连接的两个连接法兰之间，两个连接法兰通过螺栓紧固。
上述的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置，所述立井输冰管道为保温管。
上述的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置，所述缓冲橡胶垫片包括圆环形的连接部分和设置在连接部分内部圆形的缓冲落冰部分，所述连接部分设置有多个连接孔，所述缓冲落冰部分沿直径方向设置有十字剪开线。
上述的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置，所述布水器为开有喷淋孔的开孔管，所述布水器位于融冰池内侧壁与距离该融冰池内侧壁最近的绕流导向隔板之间的隔间上方。
上述的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置，所述孔板出水口的两侧边设置有竖向滑动槽，所述出水量调节闸板滑动连接在竖向滑动槽内，所述出水量调节闸板的两侧均设置有定位卡。
本发明还公开了一种方法步骤简单、实现方便、工作可靠性高的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰方法，该方法包括以下步骤：
步骤A1、输冰，具体过程为：地面制冰机制取的冰，通过地面输冰装置送至井口漏斗，冰通过井口漏斗进入立井输冰管道，在重力作用下下落，通过下落冰的冲击作用，缓冲橡胶垫片向下开启，冰下落至下一立井输冰管道，依次分段下落，分段缓冲，直至立井输冰管道底端，进入井下输冰装置，并由融冰池进冰管输送至融冰池；
步骤B1、融冰，具体过程为：来自深井下各用冷地点的空冷器的回水，通过回水管路输送至进水管，并由布水器将回水喷淋至融冰池内的冰上，在高低交错排列布设的绕流导向隔板的导向作用下，水依次绕流并串联通过融冰池内所有由绕流导向隔板构成的隔间与冰进行换热，在喷淋水的多次绕流过程中，与各个隔间的冰依次进行换热，冰逐渐融化，水温逐渐降低，最后由孔板出水口排出至冷水池；
步骤C1、输冷散冷，具体过程为：来自冷水池的冷水在冷水泵的作用下，由供水管路输送至深井下各用冷地点的空冷器和喷淋头，进行释冷散冷，降低工作地点的温度,空冷器内的冷水释冷后自身温度升高，通过回水管路输送至进水管。
本发明还公开了一种方法步骤简单、实现方便、工作可靠性高、能够达到最优的节能效果的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰方法，该方法包括以下步骤：
步骤A2、所述数据采集控制器对工作面温度传感器、冷水池温度传感器、冷水池液位传感器、融冰池液位传感器、融冰池进水温度传感器、融冰池进水流量传感器、空冷器进水温度传感器、空冷器进水压力传感器、空冷器回水温度传感器、空冷器回水压力传感器和空冷器回水流量传感器检测到的信号进行周期性采集，并输出给计算机进行显示；
步骤B2、当工作面温度传感器检测到的温度信号高于预设工作面温度值时，所述数据采集控制器输出控制信号给制冰机控制器、地面输冰装置控制器、空冷器控制器和供水泵控制器，制冰机控制器控制地面制冰机启动，地面输冰装置控制器控制地面输冰装置启动，空冷器控制器控制空冷器启动，供水泵控制器控制供水泵启动，进行以下输冰、融冰和输冷散冷的过程：
步骤B21、输冰，具体过程为：地面制冰机制取的冰，通过地面输冰装置送至井口漏斗，冰通过井口漏斗进入立井输冰管道，在重力作用下下落，通过下落冰的冲击作用，缓冲橡胶垫片向下开启，冰下落至下一立井输冰管道，依次分段下落，分段缓冲，直至立井输冰管道底端，进入井下输冰装置，并由融冰池进冰管输送至融冰池；
步骤B22、融冰，具体过程为：来自深井下各用冷地点的空冷器的回水，通过回水管路输送至进水管，并由布水器将回水喷淋至融冰池内的冰上，在高低交错排列布设的绕流导向隔板的导向作用下，水依次绕流并串联通过融冰池内所有由绕流导向隔板构成的隔间与冰进行换热，在喷淋水的多次绕流过程中，与各个隔间的冰依次进行换热，冰逐渐融化，水温逐渐降低，最后由孔板出水口排出至冷水池；
步骤B23、输冷散冷，具体过程为：来自冷水池的冷水在冷水泵的作用下，由供水管路输送至深井下各用冷地点的空冷器和喷淋头，进行释冷散冷，降低工作地点的温度,空冷器内的冷水释冷后自身温度升高，通过回水管路输送至进水管；
以上输冰、融冰和输冷散冷的过程中，当融冰池液位传感器检测到的融冰池液位高于预设融冰池液位值时，所述数据采集控制器输出控制信号给回水泵控制器，回水泵控制器控制回水泵停止回水；当融冰池液位传感器检测到的融冰池液位低于预设融冰池液位值时，所述数据采集控制器输出控制信号给回水泵控制器，回水泵控制器控制回水泵启动回水；使融冰池内的液位保持在预设融冰池液位值；
以上输冰、融冰和输冷散冷的过程中，当冷水池液位传感器检测到的冷水池液位高于预设冷水池液位值时，所述数据采集控制器输出控制信号给供水泵控制器，供水泵控制器控制供水泵启动供水；当冷水池液位传感器检测到的冷水池液位低于预设冷水池液位值时，所述数据采集控制器输出控制信号给供水泵控制器，供水泵控制器控制供水泵停止供水；使冷水池内的液位保持在预设冷水池液位值；
以上输冰、融冰和输冷散冷的过程中，当融冰池进水流量传感器检测到的融冰池进水流量高于或低于预设融冰池进水流量值时，所述数据采集控制器输出控制信号给融冰池进水电动调节阀，减小或加大融冰池的进水流量，使融冰池的进水流量保持在预设融冰池进水流量值；
以上输冰、融冰和输冷散冷的过程中，当冷水池温度传感器检测到的冷水池温度高于预设冷水池温度值时，或空冷器进水温度传感器检测到的空冷器进水温度高于预设空冷器进水温度值时，所述数据采集控制器输出控制信号给制冰机控制器和地面输冰装置控制器，加大地面制冰机的产冰量和地面输冰装置的输冰量；当冷水池温度传感器检测到的冷水池温度低于预设冷水池温度值时，或空冷器进水温度传感器检测到的空冷器进水温度低于预设空冷器进水温度值时，所述数据采集控制器输出控制信号给制冰机控制器和地面输冰装置控制器，减小地面制冰机的产冰量和地面输冰装置的输冰量。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置，结构简单，设计新颖合理，实现方便且成本低。
2、本发明的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置，立井输冰管道采用了分段式结构，各段之间通过连接法兰和螺栓紧固夹持缓冲橡胶垫片，能够减小深井重力输冰时冰的下落速度，缓解下落冰对输冰管道壁面的冲击作用，以保护管道和管道支撑。
3、本发明的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置，井下融冰池内布置绕流导向隔板，把整个融冰池分成多个隔间，水流沿绕流导向隔板形成多次折流，并依次流过融冰池所有隔间，增大了水流速度并延长了冰-水接触时间，增强换热，加速冰的融化，能够为深部开采的高温矿井提供足够的冷量。
4、本发明的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置，井下融冰池内布置绕流导向隔板，避免了回水喷淋融冰过程中，会在冰层中形成通道，使喷洒在冰层上部的水几乎不能渗入冰层，直接经通道流出而严重影响融冰速率的现象。
5、本发明的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置，通过设置自动控制监测系统，能够根据采样得到的温度、压力、液位、流量等传感器输出信号的波动情况进行自动控制与调节，维持液位、温度、压力等参数在设定值，实现系统控制的最佳匹配，达到最优的节能效果；通过显示在计算机上的各传感器检测到的数据，工作人员能够实时了解该深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置的工作状态，能够及时发现故障并进行检修，保证了该装置工作的可靠性和稳定性。
6、本发明的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰方法的方法步骤简单，实现方便，工作可靠性高。
7、本发明的实用性强，使用效果好，便于推广使用。
综上所示，本发明的设计新颖合理，实现方便且成本低，使用操作方便，能够很好地缓解高井深、高落差导致的冰下降过程中的管道及管道支撑的激烈震动与破坏现象；换热效果好，能够为深部开采的高温矿井提供足够的冷量，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例1和实施例2中深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置的结构示意图。
图2为本发明实施例1和实施例2中多段立井输冰管道的连接关系示意图。
图3为本发明实施例1和实施例2中缓冲橡胶垫片的结构示意图。
图4为本发明实施例1和实施例2中井下融冰装置的结构示意图。
图5为本发明实施例1和实施例2中布水器与进水管的连接关系示意图。
图6为本发明实施例1和实施例2中孔板出水口与出水量调节闸板的连接关系示意图。
图7为图6的俯视图。
图8为本本发明实施例1和实施例2中自动控制监测系统的电路原理框图。
附图标记说明:
1—地面制冰机； 2—地面输冰装置； 3—井口漏斗；
4—立井输冰管道； 5—缓冲橡胶垫片； 6—连接法兰；
7—螺栓； 8—井下输冰装置； 9—融冰池进冰管；
10—进水管； 11—进水量调节阀； 12—布水器；
13—融冰池； 14—绕流导向隔板； 15—孔板出水口；
16—出水量调节闸板； 17—冷水池； 18—供水泵；
19—供水管路； 20—空冷器； 21—喷淋头；
22—回水管路； 23—连接孔； 24—十字剪开线；
25—喷淋孔； 26—竖向滑动槽； 27—定位卡；
28—工作面温度传感器； 29—冷水池温度传感器；
30—冷水池液位传感器； 31—融冰池液位传感器；
32—融冰池进水温度传感器； 33—融冰池进水流量传感器；
34—空冷器进水温度传感器； 35—空冷器回水温度传感器；
36—空冷器进水压力传感器； 37—空冷器回水压力传感器；
38—空冷器回水流量传感器； 39—融冰池进水电动调节阀；
40—空冷器进水电动调节阀； 41—制冰机控制器；
42—地面输冰装置控制器； 43—供水泵控制器；
44—空冷器控制器； 45—数据采集控制器； 45-1—微处理器；
45-2—电源模块； 45-3—数据存储器； 45-4—通信模块；
45-5—按键操作电路； 45-6—液晶显示屏； 46—计算机；
47—回水泵； 48—回水泵控制器。
具体实施方式
实施例1
如图1～图7所示，本实施例的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置，包括地面制冰机1、地面输冰装置2、重力输冰机构、井下输冰装置8和井下融冰装置，所述地面输冰装置2与地面制冰机1连接；
所述重力输冰机构包括井口漏斗3和连接在井口漏斗3底部且伸入深井内的多段立井输冰管道4，所述井口漏斗3与地面输冰装置2连接，相邻两段立井输冰管道4之间设置有缓冲橡胶垫片5，位于深井内最下端的一段立井输冰管道4的底端与井下输冰装置8连接；
所述井下融冰装置包括融冰池13，设置在融冰池13上方一侧的融冰池进冰管9和设置在融冰池13上方另一侧的进水管10，所述融冰池进冰管9与井下输冰装置8连接，所述进水管10上设置有进水量调节阀11，所述进水管10的一端端部连接有位于融冰池13上方的布水器12，所述进水管10的另一端与设置在深井下用冷地点的空冷器20的回水管路22连接，所述回水管路22上连接有回水泵47，所述融冰池13内间隔设置有多块高低交错排列布设的绕流导向隔板14，所述融冰池13的底部侧壁上设置有孔板出水口15和与孔板出水口15连接的出水量调节闸板16；所述孔板出水口15与设置在深井下的冷水池17连接，所述冷水池17上连接有用于为设置在深井下用冷地点的空冷器20和喷淋头21供水的供水管路19，所述供水管路19上连接有供水泵18。
所述绕流导向隔板14的设置，将整个融冰池13分成了多个串联连通的隔间，水流沿绕流导向隔板14形成多次折流，并依次流过融冰池13所有隔间与冰进行换热，最后由最末隔间的孔板出水口15排至冷水池17。所述绕流导向隔板14的设置增大了水流速度并延长了冰-水接触时间，能加速冰的融化并减少冷量损失；所述绕流导向隔板14的设置，避免了喷淋融冰在冰层中形成通道，使喷淋水几乎不能渗入冰层，直接经通道流出而严重影响融冰速率，导致冷损失增大的现象。
本实施例中，如图2所示，所述缓冲橡胶垫片5连接在分别与上段立井输冰管道4和下段立井输冰管道4连接的两个连接法兰6之间，两个连接法兰6通过螺栓7紧固。
本实施例中，所述立井输冰管道4为保温管。
具体实施时，所述立井输冰管道4根据矿井深度的不同选用不同的段数，各段立井输冰管道4均采用保温管，不仅能够保证输冰效果，还便于检修。
本实施例中，如图3所示，所述缓冲橡胶垫片5包括圆环形的连接部分和设置在连接部分内部圆形的缓冲落冰部分，所述连接部分设置有多个连接孔23，所述缓冲落冰部分沿直径方向设置有十字剪开线24。
具体实施时，缓冲橡胶垫片5的连接部分用于夹在两个连接法兰6之间，连接孔23用于连接螺栓7，十字剪开线24在立井输冰管道4内下落冰的冲击作用下，向下开启，实现落冰。深井重力输冰时，由于缓冲橡胶垫片5对下落冰的分段缓冲作用，减小了冰的下落速度，减轻了下落冰对立井输冰管道4壁面的冲击作用，缓解了深井重力输冰引起的管道及管道支撑的激烈震荡及损坏。
本实施例中，如图5所示，所述布水器12为开有喷淋孔25的开孔管，所述布水器12位于融冰池13内侧壁与距离该融冰池13内侧壁最近的绕流导向隔板14之间的隔间上方。
具体实施时，所述开孔管的长度根据融冰池13的尺寸而定，且保证喷淋孔25喷出的喷淋水能够均匀喷洒至融冰池13内侧壁与距离该融冰池13内侧壁最近的绕流导向隔板14之间的隔间的冰层上。
本实施例中，如图6和图7所示，所述孔板出水口15的两侧边设置有竖向滑动槽26，所述出水量调节闸板16滑动连接在竖向滑动槽26内，所述出水量调节闸板16的两侧均设置有定位卡27。
将融冰池13的出水口设置为孔板出水口15，能够避免冰块的流出；出水量调节闸板16能够沿竖向滑动槽26上下滑动，来调节融冰池13的出水量。
本实施例的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰方法，包括以下步骤：
步骤A1、输冰，具体过程为：地面制冰机1制取的冰，通过地面输冰装置2送至井口漏斗3，冰通过井口漏斗3进入立井输冰管道4，在重力作用下下落，通过下落冰的冲击作用，缓冲橡胶垫片5向下开启，冰下落至下一立井输冰管道4，依次分段下落，分段缓冲，直至立井输冰管道4底端，进入井下输冰装置8，并由融冰池进冰管9输送至融冰池13；
步骤B1、融冰，具体过程为：来自深井下各用冷地点的空冷器20的回水，通过回水管路22输送至进水管10，并由布水器12将回水喷淋至融冰池13内的冰上，在高低交错排列布设的绕流导向隔板14的导向作用下，水依次绕流并串联通过融冰池13内所有由绕流导向隔板14构成的隔间与冰进行换热，在喷淋水的多次绕流过程中，与各个隔间的冰依次进行换热，冰逐渐融化，水温逐渐降低，最后由孔板出水口15排出至冷水池17；
步骤C1、输冷散冷，具体过程为：来自冷水池17的冷水在冷水泵18的作用下，由供水管路19输送至深井下各用冷地点的空冷器20和喷淋头21，进行释冷散冷，降低工作地点的温度,空冷器20内的冷水释冷后自身温度升高，通过回水管路22输送至进水管10。
实施例2
本实施例的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置，与实施例1不同的是，还包括自动控制监测系统，如图8所示，所述自动控制监测系统包括数据采集控制器45和与数据采集控制器45相接的计算机46，所述数据采集控制器45的输入端接有布设在井下采掘工作面的工作面温度传感器28，设置在冷水池17内的冷水池温度传感器29和冷水池液位传感器30,设置在融冰池13内的融冰池液位传感器31，设置在融冰池13的进水管10上的融冰池进水温度传感器32和融冰池进水流量传感器33，设置在供水管路19上的空冷器进水温度传感器34和空冷器进水压力传感器36，以及设置在回水管路22上的空冷器回水温度传感器35、空冷器回水压力传感器37和空冷器回水流量传感器38；所述数据采集控制器45的输出端接有设置在融冰池13的进水管10上的融冰池进水电动调节阀39,设置在供水管路19上的空冷器进水电动调节阀40,用于控制地面制冰机1的制冰机控制器41，用于控制地面输冰装置2的地面输冰装置控制器42，用于控制供水泵18的供水泵控制器43，用于控制回水泵47的回水泵控制器48和用于控制空冷器20的空冷器控制器44。其余结构均与实施例1相同。
本实施例中，如图8所示，所述数据采集控制器45包括微处理器45-1和为数据采集控制器45中各用电单元供电的电源模块45-2，以及与微处理器45-1相接的数据存储器45-3和用于与计算机46连接并通信的通信模块45-4，所述工作面温度传感器28、冷水池温度传感器29、冷水池液位传感器30、融冰池液位传感器31、融冰池进水温度传感器32、融冰池进水流量传感器33、空冷器进水温度传感器34、空冷器进水压力传感器36、空冷器回水温度传感器35、空冷器回水压力传感器37和空冷器回水流量传感器38均与微处理器45-1的输入端连接，所述微处理器45-1的输入端还接有按键操作电路45-5，所述微处理器45-1的输出端接有液晶显示屏45-6，所述融冰池进水电动调节阀39、空冷器进水电动调节阀40、制冰机控制器41、地面输冰装置控制器42、供水泵控制器43、回水泵控制器48和空冷器控制器44均与微处理器45-1的输出端连接。
本实施例的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰方法，包括以下步骤：
步骤A2、所述数据采集控制器45对工作面温度传感器28、冷水池温度传感器29、冷水池液位传感器30、融冰池液位传感器31、融冰池进水温度传感器32、融冰池进水流量传感器33、空冷器进水温度传感器34、空冷器进水压力传感器36、空冷器回水温度传感器35、空冷器回水压力传感器37和空冷器回水流量传感器38检测到的信号进行周期性采集，并输出给计算机46进行显示；
步骤B2、当工作面温度传感器28检测到的温度信号高于预设工作面温度值时，所述数据采集控制器45输出控制信号给制冰机控制器41、地面输冰装置控制器42、空冷器控制器44和供水泵控制器43，制冰机控制器41控制地面制冰机1启动，地面输冰装置控制器42控制地面输冰装置2启动，空冷器控制器44控制空冷器20启动，供水泵控制器43控制供水泵18启动，进行以下输冰、融冰和输冷散冷的过程：
步骤B21、输冰，具体过程为：地面制冰机1制取的冰，通过地面输冰装置2送至井口漏斗3，冰通过井口漏斗3进入立井输冰管道4，在重力作用下下落，通过下落冰的冲击作用，缓冲橡胶垫片5向下开启，冰下落至下一立井输冰管道4，依次分段下落，分段缓冲，直至立井输冰管道4底端，进入井下输冰装置8，并由融冰池进冰管9输送至融冰池13；
步骤B22、融冰，具体过程为：来自深井下各用冷地点的空冷器20的回水，通过回水管路22输送至进水管10，并由布水器12将回水喷淋至融冰池13内的冰上，在高低交错排列布设的绕流导向隔板14的导向作用下，水依次绕流并串联通过融冰池13内所有由绕流导向隔板14构成的隔间与冰进行换热，在喷淋水的多次绕流过程中，与各个隔间的冰依次进行换热，冰逐渐融化，水温逐渐降低，最后由孔板出水口15排出至冷水池17；
步骤B23、输冷散冷，具体过程为：来自冷水池17的冷水在冷水泵18的作用下，由供水管路19输送至深井下各用冷地点的空冷器20和喷淋头21，进行释冷散冷，降低工作地点的温度,空冷器20内的冷水释冷后自身温度升高，通过回水管路22输送至进水管10；
以上输冰、融冰和输冷散冷的过程中，当融冰池液位传感器31检测到的融冰池液位高于预设融冰池液位值时，所述数据采集控制器45输出控制信号给回水泵控制器48，回水泵控制器48控制回水泵47停止回水；当融冰池液位传感器31检测到的融冰池液位低于预设融冰池液位值时，所述数据采集控制器45输出控制信号给回水泵控制器48，回水泵控制器48控制回水泵47启动回水；使融冰池13内的液位保持在预设融冰池液位值；
以上输冰、融冰和输冷散冷的过程中，当冷水池液位传感器30检测到的冷水池液位高于预设冷水池液位值时，所述数据采集控制器45输出控制信号给供水泵控制器43，供水泵控制器43控制供水泵18启动供水；当冷水池液位传感器30检测到的冷水池液位低于预设冷水池液位值时，所述数据采集控制器45输出控制信号给供水泵控制器43，供水泵控制器43控制供水泵18停止供水；使冷水池17内的液位保持在预设冷水池液位值；
以上输冰、融冰和输冷散冷的过程中，当融冰池进水流量传感器33检测到的融冰池进水流量高于或低于预设融冰池进水流量值时，所述数据采集控制器45输出控制信号给融冰池进水电动调节阀39，减小或加大融冰池13的进水流量，使融冰池13的进水流量保持在预设融冰池进水流量值；
以上输冰、融冰和输冷散冷的过程中，当冷水池温度传感器29检测到的冷水池温度高于预设冷水池温度值时，或空冷器进水温度传感器34检测到的空冷器进水温度高于预设空冷器进水温度值时，所述数据采集控制器45输出控制信号给制冰机控制器41和地面输冰装置控制器42，加大地面制冰机1的产冰量和地面输冰装置2的输冰量；当冷水池温度传感器29检测到的冷水池温度低于预设冷水池温度值时，或空冷器进水温度传感器34检测到的空冷器进水温度低于预设空冷器进水温度值时，所述数据采集控制器45输出控制信号给制冰机控制器41和地面输冰装置控制器42，减小地面制冰机1的产冰量和地面输冰装置2的输冰量。
具体实施时，通过以上的自动控制的过程，能够实现地面制冰机1、地面输冰装置2、重力输冰机构、井下输冰装置8和井下融冰装置的最佳匹配，达到最优的节能效果。另外，通过显示在计算机46上的各传感器检测到的数据，工作人员能够实时了解该深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置的工作状态，能够及时发现故障并进行检修，保证了该装置工作的可靠性和稳定性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置，其特征在于：包括地面制冰机(1)、地面输冰装置(2)、重力输冰机构、井下输冰装置(8)和井下融冰装置，所述地面输冰装置(2)与地面制冰机(1)连接；
所述重力输冰机构包括井口漏斗(3)和连接在井口漏斗(3)底部且伸入深井内的多段立井输冰管道(4)，所述井口漏斗(3)与地面输冰装置(2)连接，相邻两段立井输冰管道(4)之间设置有缓冲橡胶垫片(5)，位于深井内最下端的一段立井输冰管道(4)的底端与井下输冰装置(8)连接；
所述井下融冰装置包括融冰池(13)，设置在融冰池(13)上方一侧的融冰池进冰管(9)和设置在融冰池(13)上方另一侧的进水管(10)，所述融冰池进冰管(9)与井下输冰装置(8)连接，所述进水管(10)上设置有进水量调节阀(11)，所述进水管(10)的一端端部连接有位于融冰池(13)上方的布水器(12)，所述进水管(10)的另一端与设置在深井下用冷地点的空冷器(20)的回水管路(22)连接，所述回水管路(22)上连接有回水泵(47)，所述融冰池(13)内间隔设置有多块高低交错排列布设的绕流导向隔板(14)，所述融冰池(13)的底部侧壁上设置有孔板出水口(15)和与孔板出水口(15)连接的出水量调节闸板(16)；所述孔板出水口(15)与设置在深井下的冷水池(17)连接，所述冷水池(17)上连接有用于为设置在深井下用冷地点的空冷器(20)和喷淋头(21)供水的供水管路(19)，所述供水管路(19)上连接有供水泵(18)。
2.按照权利要求1所述的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置，其特征在于：还包括自动控制监测系统，所述自动控制监测系统包括数据采集控制器(45)和与数据采集控制器(45)相接的计算机(46)，所述数据采集控制器(45)的输入端接有布设在井下采掘工作面的工作面温度传感器(28)，设置在冷水池(17)内的冷水池温度传感器(29)和冷水池液位传感器(30),设置在融冰池(13)内的融冰池液位传感器(31)，设置在融冰池(13)的进水管(10)上的融冰池进水温度传感器(32)和融冰池进水流量传感器(33)，设置在供水管路(19)上的空冷器进水温度传感器(34)和空冷器进水压力传感器(36)，以及设置在回水管路(22)上的空冷器回水温度传感器(35)、空冷器回水压力传感器(37)和空冷器回水流量传感器(38)；所述数据采集控制器(45)的输出端接有设置在融冰池(13)的进水管(10)上的融冰池进水电动调节阀(39),设置在供水管路(19)上的空冷器进水电动调节阀(40),用于控制地面制冰机(1)的制冰机控制器(41)，用于控制地面输冰装置(2)的地面输冰装置控制器(42)，用于控制供水泵(18)的供水泵控制器(43)，用于控制回水泵(47)的回水泵控制器(48)和用于控制空冷器(20)的空冷器控制器(44)。
3.按照权利要求2所述的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置，其特征在于：所述数据采集控制器(45)包括微处理器(45-1)和为数据采集控制器(45)中各用电单元供电的电源模块(45-2)，以及与微处理器(45-1)相接的数据存储器(45-3)和用于与计算机(46)连接并通信的通信模块(45-4)，所述工作面温度传感器(28)、冷水池温度传感器(29)、冷水池液位传感器(30)、融冰池液位传感器(31)、融冰池进水温度传感器(32)、融冰池进水流量传感器(33)、空冷器进水温度传感器(34)、空冷器进水压力传感器(36)、空冷器回水温度传感器(35)、空冷器回水压力传感器(37)和空冷器回水流量传感器(38)均与微处理器(45-1)的输入端连接，所述微处理器(45-1)的输入端还接有按键操作电路(45-5)，所述微处理器(45-1)的输出端接有液晶显示屏(45-6)，所述融冰池进水电动调节阀(39)、空冷器进水电动调节阀(40)、制冰机控制器(41)、地面输冰装置控制器(42)、供水泵控制器(43)、回水泵控制器(48)和空冷器控制器(44)均与微处理器(45-1)的输出端连接。
4.按照权利要求1或2所述的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置，其特征在于：所述缓冲橡胶垫片(5)连接在分别与上段立井输冰管道(4)和下段立井输冰管道(4)连接的两个连接法兰(6)之间，两个连接法兰(6)通过螺栓(7)紧固。
5.按照权利要求1或2所述的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置，其特征在于：所述立井输冰管道(4)为保温管。
6.按照权利要求1或2所述的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置，其特征在于：所述缓冲橡胶垫片(5)包括圆环形的连接部分和设置在连接部分内部圆形的缓冲落冰部分，所述连接部分设置有多个连接孔(23)，所述缓冲落冰部分沿直径方向设置有十字剪开线(24)。
7.按照权利要求1或2所述的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置，其特征在于：所述布水器(12)为开有喷淋孔(25)的开孔管，所述布水器(12)位于融冰池(13)内侧壁与距离该融冰池(13)内侧壁最近的绕流导向隔板(14)之间的隔间上方。
8.按照权利要求1或2所述的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰装置，其特征在于：所述孔板出水口(15)的两侧边设置有竖向滑动槽(26)，所述出水量调节闸板(16)滑动连接在竖向滑动槽(26)内，所述出水量调节闸板(16)的两侧均设置有定位卡(27)。
9.一种采用如权利要求1所述装置的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤A1、输冰，具体过程为：地面制冰机(1)制取的冰，通过地面输冰装置(2)送至井口漏斗(3)，冰通过井口漏斗(3)进入立井输冰管道(4)，在重力作用下下落，通过下落冰的冲击作用，缓冲橡胶垫片(5)向下开启，冰下落至下一立井输冰管道(4)，依次分段下落，分段缓冲，直至立井输冰管道(4)底端，进入井下输冰装置(8)，并由融冰池进冰管(9)输送至融冰池(13)；
步骤B1、融冰，具体过程为：来自深井下各用冷地点的空冷器(20)的回水，通过回水管路(22)输送至进水管(10)，并由布水器(12)将回水喷淋至融冰池(13)内的冰上，在高低交错排列布设的绕流导向隔板(14)的导向作用下，水依次绕流并串联通过融冰池(13)内所有由绕流导向隔板(14)构成的隔间与冰进行换热，在喷淋水的多次绕流过程中，与各个隔间的冰依次进行换热，冰逐渐融化，水温逐渐降低，最后由孔板出水口(15)排出至冷水池(17)；
步骤C1、输冷散冷，具体过程为：来自冷水池(17)的冷水在冷水泵(18)的作用下，由供水管路(19)输送至深井下各用冷地点的空冷器(20)和喷淋头(21)，进行释冷散冷，降低工作地点的温度,空冷器(20)内的冷水释冷后自身温度升高，通过回水管路(22)输送至进水管(10)。
10.一种采用如权利要求2所述装置的深井重力输冰及绕流导向式快速可控融冰方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤A2、所述数据采集控制器(45)对工作面温度传感器(28)、冷水池温度传感器(29)、冷水池液位传感器(30)、融冰池液位传感器(31)、融冰池进水温度传感器(32)、融冰池进水流量传感器(33)、空冷器进水温度传感器(34)、空冷器进水压力传感器(36)、空冷器回水温度传感器(35)、空冷器回水压力传感器(37)和空冷器回水流量传感器(38)检测到的信号进行周期性采集，并输出给计算机(46)进行显示；
步骤B2、当工作面温度传感器(28)检测到的温度信号高于预设工作面温度值时，所述数据采集控制器(45)输出控制信号给制冰机控制器(41)、地面输冰装置控制器(42)、空冷器控制器(44)和供水泵控制器(43)，制冰机控制器(41)控制地面制冰机(1)启动，地面输冰装置控制器(42)控制地面输冰装置(2)启动，空冷器控制器(44)控制空冷器(20)启动，供水泵控制器(43)控制供水泵(18)启动，进行以下输冰、融冰和输冷散冷的过程：
步骤B21、输冰，具体过程为：地面制冰机(1)制取的冰，通过地面输冰装置(2)送至井口漏斗(3)，冰通过井口漏斗(3)进入立井输冰管道(4)，在重力作用下下落，通过下落冰的冲击作用，缓冲橡胶垫片(5)向下开启，冰下落至下一立井输冰管道(4)，依次分段下落，分段缓冲，直至立井输冰管道(4)底端，进入井下输冰装置(8)，并由融冰池进冰管(9)输送至融冰池(13)；
步骤B22、融冰，具体过程为：来自深井下各用冷地点的空冷器(20)的回水，通过回水管路(22)输送至进水管(10)，并由布水器(12)将回水喷淋至融冰池(13)内的冰上，在高低交错排列布设的绕流导向隔板(14)的导向作用下，水依次绕流并串联通过融冰池(13)内所有由绕流导向隔板(14)构成的隔间与冰进行换热，在喷淋水的多次绕流过程中，与各个隔间的冰依次进行换热，冰逐渐融化，水温逐渐降低，最后由孔板出水口(15)排出至冷水池(17)；
步骤B23、输冷散冷，具体过程为：来自冷水池(17)的冷水在冷水泵(18)的作用下，由供水管路(19)输送至深井下各用冷地点的空冷器(20)和喷淋头(21)，进行释冷散冷，降低工作地点的温度,空冷器(20)内的冷水释冷后自身温度升高，通过回水管路(22)输送至进水管(10)；
以上输冰、融冰和输冷散冷的过程中，当融冰池液位传感器(31)检测到的融冰池液位高于预设融冰池液位值时，所述数据采集控制器(45)输出控制信号给回水泵控制器(48)，回水泵控制器(48)控制回水泵(47)停止回水；当融冰池液位传感器(31)检测到的融冰池液位低于预设融冰池液位值时，所述数据采集控制器(45)输出控制信号给回水泵控制器(48)，回水泵控制器(48)控制回水泵(47)启动回水；使融冰池(13)内的液位保持在预设融冰池液位值；
以上输冰、融冰和输冷散冷的过程中，当冷水池液位传感器(30)检测到的冷水池液位高于预设冷水池液位值时，所述数据采集控制器(45)输出控制信号给供水泵控制器(43)，供水泵控制器(43)控制供水泵(18)启动供水；当冷水池液位传感器(30)检测到的冷水池液位低于预设冷水池液位值时，所述数据采集控制器(45)输出控制信号给供水泵控制器(43)，供水泵控制器(43)控制供水泵(18)停止供水；使冷水池(17)内的液位保持在预设冷水池液位值；
以上输冰、融冰和输冷散冷的过程中，当融冰池进水流量传感器(33)检测到的融冰池进水流量高于或低于预设融冰池进水流量值时，所述数据采集控制器(45)输出控制信号给融冰池进水电动调节阀(39)，减小或加大融冰池(13)的进水流量，使融冰池(13)的进水流量保持在预设融冰池进水流量值；
以上输冰、融冰和输冷散冷的过程中，当冷水池温度传感器(29)检测到的冷水池温度高于预设冷水池温度值时，或空冷器进水温度传感器(34)检测到的空冷器进水温度高于预设空冷器进水温度值时，所述数据采集控制器(45)输出控制信号给制冰机控制器(41)和地面输冰装置控制器(42)，加大地面制冰机(1)的产冰量和地面输冰装置(2)的输冰量；当冷水池温度传感器(29)检测到的冷水池温度低于预设冷水池温度值时，或空冷器进水温度传感器(34)检测到的空冷器进水温度低于预设空冷器进水温度值时，所述数据采集控制器(45)输出控制信号给制冰机控制器(41)和地面输冰装置控制器(42)，减小地面制冰机(1)的产冰量和地面输冰装置(2)的输冰量。
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