CN111271112B - 一种多功能矿井井壁降温装置及降温方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能矿井井壁降温装置及降温方法，该装置包括支撑装置、降温单元及热能转换单元，降温单元包括一级导热管，设于该一级导热管上的若干二级导热管，设于二级导热管上的若干辅助取暖管以及设于一级导热管内的换热件，该换热件与热能转换单元相连接；降温方法包括在矿井巷道的矿井岩壁设置辅助取暖管、支撑装置及降温单元，将降温单元与热能转换单元相连接，启动热能转换单元，对矿井巷道降温。该装置通过采用支撑单元辅助支撑，以增加矿井巷道的内壁强度，而降温单元则内设在支撑单元中，用于吸收并传导矿井岩体中的热量，从而给矿井巷道中降温，热能转换单元则利用并转换热能实现热能回收；且该施工方法简单，可操作性强。

Description

一种多功能矿井井壁降温装置及降温方法

技术领域

本发明属于矿井防护施工技术领域，尤其涉及一种多功能矿井井壁降温装置及降温方法。

背景技术

矿井巷道是在不同岩石中沿不同方向、以不同倾角、按不同断面和长度开凿的，服务于不同范围、用作不同用途的各种地下空间的总称；而在矿区岩层中需要挖掘出符合矿区开采的矿井巷道，以便于矿井工人将所需的矿产资源开采并运输至地面。

而在某些位置的地底中，会由于地热的存在而温度高于常温，高温增加了在矿井巷道中的施工难度，降低了矿井工人们的工作效率，且岩体中的高温资源不被采集利用，白白浪费，是非常可惜的，因此，有必要降低矿井巷道中的温度，以提高矿井工人们的工作效率，且能够降低施工难度，再回收地热资源以实现节能环保。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种能够有效解决矿井巷道中温度高且热能资源被浪费问题的多功能矿井井壁降温装置；

本发明的第二目的是提供采用该装置进行降温的方法。

技术方案：本发明的多功能矿井井壁降温装置，包括沿矿井岩壁、设于矿井巷道内的支撑装置，设于支撑装置内的降温单元及设于矿井外、与所述降温单元相连接的热能转换单元；其中，所述降温单元包括一级导热管，设于该一级导热管上的若干二级导热管，设于二级导热管上的若干辅助取暖管以及设于一级导热管内的换热件，该换热件与热能转换单元相连接。

进一步说，本发明的支撑装置包括设于支撑框架和砂浆层；其中，支撑框架包括设置在矿井巷道边缘侧壁上的刚性保护网及设于该刚性保护网内腔的柔性保护网，砂浆层包括填充于柔性保护网与矿井巷道之间的导热砂浆及填充于柔性保护网另一侧的隔热砂浆。一级导热管位于所述刚性保护网和柔性保护网之间，二级导热管的端部贯穿连接在导热管的内腔中，且一级导热管位于矿井巷道的地面上。辅助取暖管的一端固定于二级导热管的侧壁上，另一端穿过所述刚性保护网的侧壁埋入矿井岩壁中。二级导热管的外部侧壁上均匀设有若干毛细管，该毛细管的内腔与二级导热管的内腔相连通。

再进一步说，换热件为一体设置的进水管和出水管，进水管和出水管并排分布在一级导热管的内腔中。二级导热管的入水端与所述进水管相连通，二级导热管的出水端与所述出水管相连通，且出水管的出水端与热能转换单元相连。

本发明采用上述多功能矿井井壁降温装置进行降温的方法，包括如下步骤：

(1)在矿区的地层挖掘，形成矿井巷道；

(2)在矿井巷道的矿井岩壁设置辅助取暖管及支撑装置，将一级导热管设于支撑装置内；

(3)在一级导热管内设置换热件，一级导热管上设置二级导热管，并将该二级导热管的两端与一级导热管内的换热件相连通，并将换热件与热能转换单元相连接；

(4)启动热能转换单元，对矿井巷道降温。

更进一步说，当矿井废弃时，向矿井巷道内注水，矿井巷道与降温装置融为一体，热能转换单元持续工作。

有益效果：与现有技术相比，本发明的显著有点为：该装置通过采用支撑单元用于矿井巷道的辅助支撑，以增加矿井巷道的内壁强度，而降温单元则内设在支撑单元中，用于吸收并传导矿井岩体中的热量，从而给矿井巷道中降温，热能转换单元则利用并转换热能实现热能回收；且该施工方法简单，可操作性强。

附图说明

图1为本发明多功能矿井壁降温装置的整体场景结构示意图；

图2为本发明多功能矿井壁降温装置的立体结构示意图；

图3为本发明多功能矿井壁降温装置的平面结构示意图；

图4为本发明多功能矿井壁降温装置的刚性保护网具体结构示意图；

图5为本发明多功能矿井壁降温装置的导热组件连接结构示意图；

图6为本发明多功能矿井壁降温装置的A处局部放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。

如图1至图6所示，本发明的多功能矿井井壁降温装置，包括支撑装置1，沿矿井岩壁16设置于矿井巷道17内，其包括支撑框架8和砂浆层9，砂浆层9设置在支撑框架8的外侧；降温单元2，设置在支撑框架8及矿井岩壁16内，其包括导热组件18和换热件7，其中，导热组件18包括一级导热管4，设于该一级导热管4上的若干二级导热管5，设于二级导热管5上的若干辅助取暖管6，换热件7设于一级导热管4内；热能转换单元3，设置在矿井的外部，并与换热件7的输出端连接。该装置中，支撑框架8为支撑的主体结构，砂浆层9填充在支撑框架8的内外侧及内部间隙中，用于传导热量和隔绝热量，降温单元2用于对矿井巷道17内部进行降温，过程为通过导热组件18将矿井巷道17外侧岩壁中热量引导并集中，输入到换热件7中，通过换热组件将热量间接输送给矿井外部的热能转换单元3中，热能转换单元3将此热量直接利用或转化成其他可利用形式的能源使用，其中热能转化单元3可为现有的换热器等。

支撑框架8包括刚性保护网10和柔性保护网11，刚性保护网10的外侧直接与矿井岩壁16接触，承受矿井岩壁16的重力，防止矿井顶部岩壁塌陷对矿井巷道17的影响，而柔性保护网11位于刚性保护网10的内腔中，用于安装降温单元2中的各个组件，使得在刚性保护网10和柔性保护网11之间形成安装保护层。砂浆层9包括导热砂浆12和隔热砂浆13，导热砂浆12中掺杂有导热材料，填充在柔性保护网11与矿井巷道17之间，用于加速矿井岩体中热量的聚集，并向导热组件18传导；而隔热砂浆13填充在柔性保护网11远离隔热砂浆13的一侧，用于隔绝导热砂浆12中的热量延伸至矿井巷道17中，进而使得矿井巷道17中的温度升高。

降温单元2的一级导热管4和二级导热管5位于刚性保护网10与柔性保护网11之间，二级导热管5的端部贯穿连接在一级导热管4的内腔中，且一级导热管4位于矿井巷道17的地面上；辅助取暖管6设置有若干组，其一端固定在二级导热管5的侧壁上，另一端穿过刚性保护网10的侧壁埋入矿井岩壁16中。二级导热管5上还分布有毛细管13，且该毛细管13均匀设置在二级导热管5的外部侧壁上。毛细管13的端部与二级导热管5的侧壁相连，二者的内腔相连通。毛细管13为导热体，可以为空心的水管或金属管，用于将矿井岩壁16中的热量进行吸收并传导给二级导热管5。换热件7为一体设置的进水管14和出水管15，进水管14和出水管15并排分布在一级导热管4的内腔中，二级导热管5的入水端与进水管14相连通，二级导热管5的出水端与出水管15相连通，出水管15的出水端与热能转换单元3相连。辅助取暖管6用于将矿井岩壁16内的热量进行传导，输送至二级导热管5中，二级导热管5将辅助取暖管6和毛细管13传导的热量转移至其内腔的冷水中，冷水吸热温度上升形成热水，并将热水导入位于换热件7中的出水管15中，二级导热管5的入水端与进水管14相连通，持续将冷水放入，进而从出水管15的出水端形成持续的热水，并将此热水引入热能转化单元3中，位于矿井巷道17边缘的热量被持续吸收，从而降低了整个矿井巷道17的温度，并且将此热量回收利用，提高了资源利用率，且更节能环保。

本发明采用上述多功能矿井井壁降温装置进行降温的方法，包括如下步骤：

(1)在矿区的地层挖掘，形成矿井巷道；

(2)在矿井巷道的岩体侧壁中打锚杆，钻孔，并在孔内铺设辅助取暖管；

(3)在矿井巷道内，且贴近巷道岩体的一侧铺设刚性保护网；

(4)将毛细管铺设在刚性保护网靠近矿井巷道岩壁的一侧，并将毛细管的端部连接在二级导热管的外部侧壁上，将二级导热管沿刚性保护网远离巷道岩体的一侧铺设；

(5)将二级导热管的入水端与位于一级导热管内腔中的进水管相连通，出水端与位于一级导热管内腔中的出水管相连通，并保持出水管的出水端与热能转换单元相连；

(6)铺设柔性保护网，将二级导热管和一级导热管绑扎固定，再将柔性保护网与刚性保护网连接固定；

(7)向柔性保护网与矿井巷道岩体之间的间隙中填充导热砂浆，并完全覆盖刚性保护网、毛细管、辅助取暖管、二级导热管和一级导热管；

(8)待导热砂浆凝固后，再向柔性保护网远离矿井巷道岩体的一侧填充隔热砂浆，并使其凝固；

(9)启动位于矿井外部的热能转换单元，对矿井巷道降温。

此施工方法中还可包括以下步骤：

(10)当矿井废弃时，向矿井巷道中注水，隔热砂浆逐渐溶解，矿井巷道与降温装置融为一体，热能转换单元持续工作。

隔热砂浆采用耐久性差的材料制成，例如掺有大量气泡的砂浆，掺有EPS颗粒的砂浆；刚性保护网可采用钢筋网；柔性保护网可采用纤维等材质。

该降温方法中，矿井巷道在形成后，先在岩体侧壁中打锚杆，并钻孔，将辅助取暖管的一端埋入钻孔内，再用混合有导热材料，如铁屑的水泥砂浆进行填充，以使得辅助取暖管固定；辅助取暖管铺设完成后，贴近矿井巷道岩体的边缘安装刚性保护网。

毛细管均匀铺设在矿井岩壁中，且分布在二级导热管的外部侧壁上，毛细管的长度可以很长，以伸入岩壁中，传导更多的热量，二级导热管分布在刚性保护网和柔性保护网之间的隔层内，二级导热管沿柔性保护网的整体骨架分布，二级导热管有若干组，每根的入水端均与进水管相连通，出水端均与出水管相连通，而进水管与出水管均位于一级导热管内，一级导热管位于柔性保护网的底部，一级保护网可对其内腔中水管中的水进行保温和预热，吸收其外侧的热量。

进一步的，在柔性保护网与矿井巷道岩体之间的部件安装完成后，向其间隙中填充掺杂有导热材料的导热砂浆，用于岩壁间的热量吸收和传导，而后，在凝固的导热砂浆层外侧喷涂填充隔热砂浆，以隔绝导热砂浆层中的热量；为实现降温，抽走矿井岩壁中的热量即可，因此，启动热能转换单元持续工作，矿井岩壁中的热量被吸收导出，矿井巷道整体得到降温。

矿井的使用年限与矿藏的存有量相关，当矿藏采完后，矿井大多被废弃，但是此降温装置依旧可以保持工作，从矿井岩壁中采集热量并加以利用；隔热砂浆采用耐久性差的材料的目的在于，矿井废弃后，可向矿井巷道中加水或其他可到导热材料，隔热砂浆拆卸并排出矿井巷道内，使得矿井巷道逐渐趋于一体，吸收更多热量，且利于回收再利用，实现资源最大化利用，节能环保。

Claims (8)

1.一种多功能矿井井壁降温装置，其特征在于：该装置包括沿矿井岩壁、设于矿井巷道内的支撑装置(1)，设于支撑装置(1)内的降温单元(2)及设于矿井外、与所述降温单元(2)相连接的热能转换单元(3)；其中，所述降温单元(2)包括一级导热管(4)，设于该一级导热管(4)上的若干二级导热管(5)，设于二级导热管(5)上的若干辅助取暖管(6)以及设于一级导热管(4)内的换热件(7)，该换热件(7)与热能转换单元(3)相连接；

所述支撑装置(1)包括支撑框架(8)和砂浆层(9)；其中，支撑框架(8)包括设置在矿井巷道边缘侧壁上的刚性保护网(10)及设于该刚性保护网(10)内腔中的柔性保护网(11)，砂浆层(9)包括填充于柔性保护网(11)与矿井巷道之间的导热砂浆(12)及填充于柔性保护网(11)另一侧的隔热砂浆(13)。

2.根据权利要求1所述的多功能矿井井壁降温装置，其特征在于：一级导热管(4)位于所述刚性保护网(10)和柔性保护网(11)之间，二级导热管(5)的端部贯穿连接在一级导热管(5)的内腔中，且一级导热管(5)位于矿井巷道的地面上。

3.根据权利要求2所述的多功能矿井井壁降温装置，其特征在于：辅助取暖管(6)的一端固定于二级导热管(5)的侧壁上，另一端穿过所述刚性保护网(10)的侧壁埋入矿井岩壁中。

4.根据权利要求1所述的多功能矿井井壁降温装置，其特征在于：所述二级导热管(5)的外部侧壁上均匀设有若干毛细管，该毛细管的内腔与二级导热管(5)的内腔相连通。

5.根据权利要求1所述的多功能矿井井壁降温装置，其特征在于：所述换热件(7)为一体设置的进水管(14)和出水管(15)，进水管(14)和出水管(15)并排分布在一级导热管(4)的内腔中。

6.根据权利要求5所述的多功能矿井井壁降温装置，其特征在于：二级导热管(5)的入水端与所述进水管(14)相连通，二级导热管(5)的出水端与所述出水管(15)相连通，且出水管(15)的出水端与热能转换单元(3)相连。

7.采用权利要求1～6任一所述的多功能矿井井壁降温装置进行降温的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)在矿区的地层挖掘，形成矿井巷道；

(2)在矿井巷道的矿井岩壁设置辅助取暖管(6)及支撑装置(1)，将一级导热管(4)设于支撑装置(1)内；

(3)在一级导热管(4)内设置换热件(7)，一级导热管(4)上设置二级导热管(5)，并将该二级导热管(5)的两端与一级导热管(4)内的换热件(7)相连通，并将换热件(7)与热能转换单元(3)相连接；

(4)启动热能转换单元(3)，对矿井巷道降温。

8.采用权利要求7所述的多功能矿井井壁降温装置进行降温的方法，其特征在于：所述步骤还包括：(5)当矿井废弃时，向矿井巷道内注水，矿井巷道与该降温装置融为一体，热能转换单元(3)持续工作。

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