CN112145218A - 一种井下采煤工作面热害治理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井下采煤工作面热害治理系统及方法，本发明包括：隔温层、制冷管路体系、可变频制冷设备、集水设施、移动设备。本发明通过隔温层隔绝围岩向巷道内传热，制冷管路体系依靠原有注氮管道通过可变频制冷设备降低井下温度，改善工作环境，另外集水设施将因空气冷凝作用产生的水珠收集，不仅可以用于井下防尘，还可用于避险用水，移动设备可随工作面推移改变制冷地点。本发明提供的热害治理系统及方法，资金投入少、结构简单，可按实际情况更改降温地点，便于维护管理，可从多角度对高温区域进行降温，降温效果明显，并可将产生的水进行利用，变废为宝。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿矿井热害治理领域，尤其涉及一种井下采煤工作面热害治理系统及方法。
背景技术
随着社会发展对矿产资源需求量的日益增加，进入深部开采已经成为我国煤矿行业发展的必然趋势。然而，煤矿开采深度的不断增大会使得矿井地温升高，同时空气自压缩热、围岩散热、机械设备散热等显著增加，导致矿井内部产生高温热害。由于热害不仅严重危害工人的身心健康，同样威胁着煤矿安全生产。因此防治井下热害，改善井下作业环境显得尤为必要。
现有的矿井热害治理手段，一般采取非制冷降温方法和制冷降温方法两种。非制冷降温方法即包括通风降温、减少热源等措施；制冷降温方法即包括安装制冷机、空调系统等措施。专利CN201711335427.7公布了一种冰冻矸石充填采煤矿井降温方法，其通过在地面投料井口处建立冰矸房，将冰冻矸石投入井筒下部投料仓后经皮带输送机送至工作面，利用充填在采空区内冰冻矸石的冷凝作用来有效实现降低工作面温度，具有一定的治理热害作用，但其所述的一种冰冻矸石充填采煤矿井降温方法需要投入大量资金，工程量巨大。专利201710017712.8公布了一种热害矿井巷道支护降温系统及方法，其通过制冷装置向中空降温锚杆持续供应低温换热介质，与巷道围岩发生热交换，降低巷道内空气温度，具有一定的从根本上抑制围岩放热导致空气温度升高的作用，但其所述的一种热害矿井巷道支护降温系统及方法需要制作特殊的锚杆，使得此设备投入的成本较高，而且围岩应力变化可能会导致中空降温锚杆变形、损伤，又因为其插在围岩内，导致系统日常维护十分困难。专利CN201810870163.3公布了高温高湿矿井的井下掘进巷道降温除湿系统，其通过将巷道用隔离体分成内外两个部分，利用通风系统进行降温除湿作业，具有一定的改善掘进工作面环境的作用，但其所述的高温高湿矿井的井下掘进巷道降温除湿系统需要依靠通风系统，通过增加额外的通风设备，导致通风系统的负担增大。
综上所述，目前的降温技术虽然在一定程度上降低了工作面、巷道内的空气温度，但也存在着缺陷，针对井下热害治理，需要一种对通风设备要求低、投入成本低、便于维护且降温效果明显的治理系统。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的不足和问题，本发明的目的在于提供一种井下采煤工作面热害治理系统及方法；为了降低井下温度，改善工人作业环境，减少事故发生频率，提高安全生产水平，减少矿井热害的危险；提供一种安全可靠、操作简单、便于维护、对通风系统依赖低、降温效果优良的，适用于高温矿井热害治理的系统及方法。
为实现上述目的，一种井下采煤工作面热害治理系统及方法，依靠原有的注氮管路，该系统包括用于隔绝巷道周围围岩向巷道内传热的隔温层，压缩机，制冷管路体系，温度传感器，可变频的制冷设备、集水设施，过滤装置和移动设施；可根据工作环境温度需求通过可变频制冷设备实现矿井降温，通过集水设施辅助井下用水系统，提高矿井热害的治理效果。
所述的隔温层包括隔温材料和防水层；其中，所述隔温材料设于巷道壁面，用于隔绝围岩和巷道之间的传热；防水层设在隔温材料外部，防止因巷道内湿度过大导致隔温材料失效。
所述的制冷管路体系，由注氮管道、温度传感器及可变频的制冷设备组成；其中，注氮管道材质为奥氏体不锈钢+聚氨酯发泡，聚氨酯发泡保冷层厚度一般取100mm，并进行防锈处理。
所述的压缩机设置在回风巷道，将氮气通过电机运转带动活塞压缩成为液体；液氮经过保冷措施的注氮管道流入可变频的制冷设备。
所述的可变频制冷设备由电机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器构成，液氮流入制冷设备，通过冷凝器形成液体冷媒，液体冷媒通过膨胀阀后进入蒸发器，压力减小，气化吸热，同时使蒸发器周围空气变冷；制冷设备与注氮管路相连，依靠温度传感器调节流入管内的液氮的温度，时刻改变工作环境所需的温度。
所述温度传感器，由热敏电阻器、PVC导线和铁氟龙导线组成；温度传感器是依靠精度高、可靠性好的热敏电阻器与PVC、铁氟龙导线相连，用绝缘、导热和防水的材料组成所需形状，根据实际情况设在可变频制冷机前端，时刻检测温度变化。
所述的集水设施包括导流装置和集水槽，因制冷体系降温导致井内水蒸气凝结成的水珠通过导流装置流入集水槽，可用于矿井降尘，也可用于井下用水系统。
所述的过滤装置包括机械过滤器和活性炭过滤器，其中机械过滤器即为压力式过滤器，材质为不锈钢，滤料为石英砂或无烟煤等；活性炭过滤器以活性炭做为滤料，罐体为不锈钢或者玻璃钢；经过过滤装置的水也可用于井下避险用水。
所述的移动设备包括升降装置和移动装置，可根据实际情况进行水平和竖直方向的移动；升降装置包括平行连杆机构、固定板和推动装置，移动装置包括四个可锁住万向轮。
其中，可变频制冷设备通过止逆阀与注氮管路相连；止逆阀包括阀瓣、阀座，由金属制成，在金属上镶嵌皮革或合成覆盖面；工作原理依靠液氮流动自动开、闭阀瓣，用来防止液氮倒流，密封性好；且每隔一段距离设置一个连接阀，方便进行制冷地点的变更。
其中，三通阀不仅用于检查管路但其情况，还可用于与移动设备的连接；便于系统的拆卸和日常维护。
有益效果
由于采用上述方案，本发明与现有技术相比具有以下优点：
（1）采用现有注氮管路，减少前期投入，且相对于水杂质少，不宜堵塞管路；
（2）不需要额外增添通风设施，对通风系统依赖低；
（3）通过隔绝热传递、辐射散热和除湿降温多方面多角度的对井下空气降温，改善作业环境；
（4）可通过温度传感器监控井下温度，实时调控制冷温度；
（5）集水系统可以收集利用由于降温凝结的水，用于井下除尘和辅助用水系统；
（6）整套系统可移动拆卸，便于改变需降温地点和日常维护。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明；
图1为高温矿井采煤工作面热害治理系统的结构示意图；
图2为高温矿井采煤工作面热害治理系统的位置示意图；
附图标记：1-隔温材料；2-防水层；3-注氮管路；4-压缩机；5-可变频制冷设备；6-温度传感器；7-止逆阀；8-导流装置；9-集水槽；10-过滤装置；11-移动设备；12-三通阀；13-可锁住万向轮；14-回风巷；15-工作面进风巷。
具体实施方式
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，所描述的实例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
本发明的目的是提供一种高温矿井采煤工作面热害治理系统，安全可靠，操作简单，便于维护，对通风系统依赖低，降温效果优良。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
一种高温矿井采煤工作面热害治理系统，如图1所示，隔温层包括隔温材料1和防水层2；隔温层用于隔绝巷道围岩向巷道内传热，隔温材料1为聚氨酯泡沫材质，设在巷道壁面，防水层2设在隔温材料表面，材质为聚氯乙烯，防止因巷道内湿度过大导致隔温材料失效。
如图1和2所示，压缩机4安设在回风巷14，因压缩气体产生的热量经回风巷道排出，压缩机4与注氮管路3相连，管道内运输的氮气经过压缩机4压缩为液体，通过注氮管路3流入可变频制冷设备5；注氮管路3采用材质为奥氏体不锈钢+聚氨酯发泡进行保冷措施，聚氨酯发泡保冷层厚度一般取100mm，并进行防锈处理。
如图1和2所示，通过温度传感器6，根据井下实时所需温度调节可变频制冷设备5；所述的可变频制冷设备5，与注氮管路3依靠止逆阀7相连，液氮通过冷凝器形成液体冷媒，液体冷媒通过膨胀阀后进入蒸发器，压力减小，气化吸热，同时使蒸发器周围空气变冷；实现工作面降温；注氮管路3、温度传感器6、止逆阀7和可变频制冷设备5共同构成了采煤工作面制冷体系，安设在工作面进风巷15。
如图1所示，导流装置8与集水槽9相连，通过制冷体系冷凝作用将井内水蒸气凝结成水珠；水珠经过导流装置8流入集水槽9，可用于井下除尘。集水槽9与过滤装置10相连，过滤后的水可用来在危急时刻使用。
如图1所示，移动设备11与可变频制冷设备5相连；可锁住万向轮13可使移动设备11水平移动，升降装置可使移动设备11竖直移动，同时也便于拆卸和日常维护。
本发明在现场具体实施运作的降温方法如下：压缩机4通过将氮气压缩成为液氮，液氮流经做过保冷措施的注氮管路3流入可变频制冷设备5，可变频制冷设备5通过蒸发器气化吸热，达到降温效果，并可根据温度传感器6实时调控制冷温度；由导流装置8和集水槽9组成的储水装置，一定程度上实现了除湿降温的效果，并可用于井下除尘等工作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明；同时，对于本领域的一般技术人员，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种井下采煤工作面热害治理系统及方法，包括用于矿井巷道的隔温层，其特征在于，所述隔温层包括安装在巷道壁面的隔温材料（1），隔温材料（1）外侧包有防水层（2）；
所述的压缩机（4）和可变频制冷设备（5）与注氮管路（3）相连，可变频制冷设备（5）由止逆阀（7）与注氮管路（3）相连，且前端连接温度传感器（6）；
所述的集水设施包括导流装置（8）、集水槽（9）和过滤装置（10）；
所述的移动设备（11）通过三通阀（12）与可变频制冷设备（5）连接。
2.根据权利要求1所述的一种井下采煤工作面热害治理系统及方法，其特征在于，所述的隔温材料（1）贴于巷道壁面，外侧包裹防水层（2）。
3.根据权利要求1所述的一种井下采煤工作面热害治理系统及方法，其特征在于，所述的压缩机（4）与可变频制冷设备（5）与注氮管路（3）相连，所述的压缩机（4）安设在回风巷，可变频制冷设备（5）通过止逆阀（7）与注氮管路（3）相连，安设在工作面进风侧。
4.根据权利要求1所述的一种井下采煤工作面热害治理系统及方法，其特征在于，所述的注氮管路（3）可选奥氏体不锈钢+聚氨酯发泡；温度传感器（6）连接在可变频制冷设备（5）前端。
5.根据权利要求1所述的一种井下采煤工作面热害治理系统及方法，其特征在于，导流装置（8）与集水槽（9）相连，过滤装置（10）位于集水槽（9）后端。
6.根据权利要求1所述的一种井下采煤工作面热害治理系统及方法，其特征在于，移动设备（11）通过三通阀（12）安装在制冷设备下面。
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