CN112796818A - 一种局部通风与制冷联合的高温掘进巷道排热降温系统 - Google Patents
一种局部通风与制冷联合的高温掘进巷道排热降温系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种局部通风与制冷联合的高温掘进巷道排热降温系统，人工制冷降温系统由制冷机组(1)、送风局扇(2)、送风风筒(3)顺序组合构成，局部通风系统由排风局扇(4)、排风风筒(5)连接构成；风温传感器(11)安装在距离送风风筒(3)的出口200～500mm处，粉尘传感器(12)安装在距离排风局扇(4)入口300～500mm处；PLC控制系统(6)自动控制制冷机组(1)、送风局扇(2)、排风局扇(4)的开、停及变频运行。本发明集通风与制冷降温联合排热降温于一体，具有气流组织通畅，降温快、降温幅度大的优点，可实现高温掘进巷道作业的动态实时性按需通风及降温。
Description
技术领域
本发明属于矿山通风与降温技术领域，具体涉及一种局部通风与制冷联合的高温掘进巷道排热降温系统，可以广泛用于地下矿山开采中高温掘进巷道作业时的高温热害治理，改善作业环境。
背景技术
掘进巷道作业过程中，因无法形成贯通风流，掘进工作面进、回风风流线路处于同一通道，新风与污风相互影响，严重影响矿山通风环境。当遇到高温掘进巷道作业时，掘进工作面作业环境进一步恶化。针对高温掘进工作面的排热降温问题，传统方法是采用局扇强化局部通风，通过布置局扇加强风流流动，依靠风流快速流动减少炮烟、粉尘滞留时间，促进新鲜风流与巷道内空气的冷热交换，创造相对安全的通风作业环境。但是，一般地，掘进巷道作业地点处于全矿通风系统全压作用区域的末端，风压动力较小导致供风量不足，风流流动缓慢，冷热交换后空气降温幅度也不大，难以创造满足作业人员职业呼吸健康的作业环境。部分矿山企业针对高温掘进巷道采用了人工制冷降温系统，仅简单地采用人工制冷降温机组，不能充分考虑通风气流组织，忽视局部通风气流组织对人工制冷降温效果的有益促进作用，导致人工制冷降温实际应用效果不佳，且运行成本相对局部通风要高出很多，让很多企业失去使用人工制冷降温系统的信心，最后不得不选择单一的局部通风，作业环境仍未能得到有效改善。
针对高温掘进巷道作业环境改善问题，经检索有关文献，尚未发现采用通风与降温相结合应用于高温掘进巷道排热降温的系统,部分制冷技术仅停留在实验装置模拟，如中国专利申请201810141382.8公开了一种深部矿井模拟掘进工作面降温试验装置，包括模拟掘进工作面主体结构、进回风系统、降温系统、数据采集及控制系统；其中，在所述模拟掘进工作面主体结构上设置有所述进回风系统和所述降温系统，并通过数据采集及控制系统，实现深部矿井模拟掘进工作面降温试验。但至今未见运用到工程实践的技术方案，与实际工程实用存在差距。还有仅采用单一通风或者局部隔热方法，如中国专利ZL2012102583354公开的“掘进巷道隔热分流排热降温方法”，在巷道周壁一定尺寸、沿巷道掘进方向设置仿巷道周壁形状并具有密闭性的隔热板，其排热降温效果不仅受隔热板自身热力学性能影响，并容易受到巷道淋水、粉尘积聚等显著降低隔热效果的外部因素影响，且投入成本高。
发明内容
本发明的目的就是针对现有单一局部通风、制冷技术以及局部隔热等方法在高温掘进巷道的排热降温方面存在的不足，而提供一种系统结构简单、气流组织通畅，降温快、降温幅度大的局部通风与制冷联合的高温掘进巷道排热降温系统。
为实现本发明的上述目的，本发明一种局部通风与制冷联合的高温掘进巷道排热降温系统采用以下技术方案：
本发明一种局部通风与制冷联合的高温掘进巷道排热降温系统，在掘进巷道的一侧设有进风巷，在掘进巷道的另一侧设有回风巷，其特点是它还设有人工制冷降温系统、局部通风系统、PLC控制系统、风温传感器、粉尘传感器：
所述的人工制冷降温系统位于掘进巷道内之进风巷口一侧布置，由制冷机组、送风局扇、送风风筒顺序组合构成，送风局扇布置在制冷机组的出口，将冷量以风量形式送出，送风风筒的进口与送风局扇相连接，送风风筒的出口距离掘进工作面3～7m；所述的送风风筒的长度，随掘进工作面的推进而顺延；
所述的局部通风系统位于掘进巷道内之回风巷口一侧布置，由排风局扇、排风风筒连接构成，排风局扇采用变频控制；排风局扇靠近掘进工作面布置，排风局扇距离掘进工作面5～10m，以避免爆破时飞石、爆破震动对排风局扇的损坏；排风风筒的出口位于回风巷内；所述的排风风筒的长度，随掘进工作面的推进而顺延；
所述的风温传感器安装在距离送风风筒的出口200～500mm处，自动监测掘进工作面区域的作业温度；所述的粉尘传感器安装在距离排风局扇入口300～500mm处，自动监测掘进工作面区域粉尘浓度；
所述的PLC控制系统位于掘进巷道内，PLC控制系统与风温传感器、粉尘传感器、制冷机组、送风局扇、排风局扇连接，PLC控制系统自动控制制冷机组、送风局扇、排风局扇的开、停及变频运行。风温传感器将采集风温数据传递给PLC控制系统，由PLC控制系统自动调节制冷机组的制冷量；粉尘传感器将采集粉尘浓度数据传递给PLC控制系统，由PLC控制系统自动调节排风局扇风量。
所述的送风风筒和排风风筒的长度，随掘进工作面的推进而顺延。排风局扇采用变频控制，风筒延长所增加的通风阻力通过PLC控制系统调节，满足排风排尘需要。
为便于制冷机组的移动，所述的制冷机组的底座设有滚轮；制冷机组采用直接蒸发式制冷技术制取冷风。
设进风巷风量为Q0，掘进工作面送风量为Q1，回风巷风量为Q2，则控制Q0≥Q1≥Q2，以维持掘进工作面区域微正压，掘进工作面区域处于新鲜冷风流环境，改善作业人员的呼吸环境。
本发明一种局部通风与制冷联合的高温掘进巷道排热降温系统的技术参数优化为：送风风筒的出口距离掘进工作面3.5～5.5m，排风局扇距离掘进工作面6～8m，Q0＝(1.11～1.22)Q1，Q1＝(1.05～1.10)Q2。研究表明，在上述技术参数的协同作用下，不仅通风排尘、降温效果好，而且气流组织通畅、气流阻力小，系统能耗低。
在爆破时间段，掘进工作面无人，此时PLC控制系统控制制冷机组停止运行,送风局扇继续运行，排风局扇工频运行，以利于掘进工作面区域内的粉尘快速排出。
本发明一种局部通风与制冷联合的高温掘进巷道排热降温系统综合了局部通风和人工制冷降温联合降温的优点，并易于被矿山企业运用实施，能较好地解决高温掘进巷道的高温热害。该系统采用了压抽混合式局部通风进行掘进巷道的通风排尘，兼有辅助通风方式降温，同时采用了人工制冷降温系统，制冷机组可根据需要便捷移动，并设置风温及粉尘监测系统，克服了单一局部通风降温缓慢、降温幅度受限的不足，系统简单、实用性强，具有气流组织通畅，降温快、降温幅度大的优点，可实现掘进巷道全过程作业的动态实时性按需通风及降温需求。
具体来说，本发明一种局部通风与制冷联合的高温掘进巷道排热降温系统采用以上技术方案后，具有以下积极效果：
(1)根据掘进巷道通风排尘、排炮烟、排粉尘需要，采用了局部通风系统，布设了送风局扇与排风局扇，构成压抽混合式局部通风方式，气流组织合理，能及时有效地排除掘进作业过程中产生的炮烟、粉尘，并对排风局扇进行变频控制,根据监测粉尘浓度自动调节排风局扇风量,爆破作业时间段排风局扇工频运行,迅速排除炮烟,确保通风安全生产；
(2)根据掘进巷道热湿交换需要，布置人工制冷降温系统，并优选移动式、直接蒸发式制冷降温机组，弥补单一局部通风降温幅度受限、降温缓慢的不足，根据监测风温自动调节制冷机组冷量,爆破作业时间段停止制冷机组运行,送风局扇保持运行，排风局扇以工频高速运行,防止爆破作业沿掘进巷道外排的高浓度炮烟、粉尘在制冷机组内部热交换器上的大量集聚降低制冷机组制冷效果；
(3)优化合理布置局部通风和人工制冷降温系统，将排风局扇靠近掘进工作面布置,采用排风风筒将炮烟、粉尘排出，排风风筒直接延伸至回风巷，保证掘进巷的进排风风流相对隔离独立，不污染制冷机组的新风风源，将制冷机组出风采用送风局扇和送风风筒直接送至掘进工作面，减少冷量损耗和提高输冷效果；
(4)系统综合局部通风和制冷联合排热降温特点，具有气流组织通畅，降温快、降温幅度大的优点，并设置风温及粉尘监测，可实现高温掘进巷道作业的动态实时性按需通风及降温。
附图说明
图1是本发明一种局部通风与制冷联合的高温掘进巷道排热降温系统平面布置结构示意图。
附图标记为：1-制冷机组；2-送风局扇；3-送风风筒；4-排风局扇；5-排风风筒；6-PLC控制系统；7-进风巷；8-掘进巷道；9-回风巷；10-掘进工作面；11-风温传感器，12-粉尘传感器。
具体实施方式
为更好地描述本发明，下面结合附图对本发明一种局部通风与制冷联合的高温掘进巷道排热降温系统作进一步详细说明。
由图1所示的本发明一种局部通风与制冷联合的高温掘进巷道排热降温系统平面布置结构示意图看出，本发明一种局部通风与制冷联合的高温掘进巷道排热降温系统，在掘进巷道8的一侧设有进风巷7，在掘进巷道8的另一侧设有回风巷9，还设有人工制冷降温系统、局部通风系统、PLC控制系统6、风温传感器11、粉尘传感器12：
所述的人工制冷降温系统位于掘进巷道8内之进风巷7口一侧布置，由制冷机组1、送风局扇2、送风风筒3顺序组合构成，当掘进巷道8断面规格较小时，也可在掘进巷道8适当位置扩帮布置制冷机组1，制冷机组1的底座设有便于移动的滚轮，制冷机组1采用直接蒸发式制冷技术制取冷风；送风局扇2布置在制冷机组1的出口，将冷量以风量形式送出，送风风筒3的进口与送风局扇2相连接，送风风筒3的出口距掘进工作面10的垂直距离为3～7m，以3.5～5.5m范围为佳；所述的送风风筒3的长度，随掘进工作面10的推进而顺延。进风巷7提供掘进巷道8的新风，冷风由送风风筒3送出。送风风筒3的尺寸结合掘进巷道8的断面规格及送风距离确定，满足冷风输送和不影响掘进巷道8内的正常运输作业。
所述的局部通风系统位于掘进巷道8内之回风巷9口一侧布置，由排风局扇4、排风风筒5连接构成，排风局扇4采用变频控制；排风局扇4靠近掘进工作面10布置，排除掘进工作面10区域的爆破炮烟、凿岩粉尘，排风局扇4距掘进工作面10的垂直距离为5～10m，以6～8m为佳，既可以避免爆破时飞石、爆破震动对排风局扇的损坏，又能保证气流组织通畅；排风风筒5的出口位于回风巷9内，排出掘进巷道8的污风；所述的排风风筒5的长度，随掘进工作面10的推进而顺延。排风风筒5的尺寸根据掘进巷道8的断面规格尺寸及排风距离确定，满足排风和和不影响掘进巷道8内的正常运输作业。
所述的风温传感器11安装在距离送风风筒3的出口200～500mm处，自动监测掘进工作面10区域的作业温度；所述的粉尘传感器12安装在距离排风局扇4入口300～500mm处，自动监测掘进工作面10区域粉尘浓度；所述的PLC控制系统6位于掘进巷道8内，PLC控制系统6与风温传感器11、粉尘传感器12、制冷机组1、送风局扇2、排风局扇4连接，PLC控制系统6自动控制制冷机组1、送风局扇2、排风局扇4的开、停及变频运行。风温传感器11将采集风温数据传递给PLC控制系统6，由PLC控制系统6自动调节制冷机组1的制冷量；粉尘传感器12将采集粉尘浓度数据传递给PLC控制系统6，由PLC控制系统6自动调节排风局扇4的风量。送风风筒3、排风风筒5延长所增加的通风阻力通过PLC控制系统6调节，满足排风、排尘需要。
设进风巷7风量为Q0，掘进工作面10送风量为Q1，回风巷9风量为Q2，则控制Q0≥Q1≥Q2，维持掘进工作面区域微正压，掘进工作面区域处于新鲜冷风流环境，改善作业人员的呼吸环境；其优化参数为：Q0＝(1.11～1.22)Q1，Q1＝(1.05～1.10)Q2。
在爆破时间段，因爆破时段作业区域无人员滞留，PLC控制系统6控制制冷机组1停止运行,送风局扇2继续运行，减小爆破时间段高浓度粉尘、炮烟沿掘进巷道8外溢并吸附集聚于制冷机组1内换热盘管，影响制冷机组1的制冷降温效果。因爆破作业时，粉尘浓度瞬时达到最大，而作业人员撤离作业区域，为了快速排出炮烟等粉尘，在爆破作业时间段内，排风局扇4工频运行，以最大限度、最快地排出掘进工作面10区域的高浓度粉尘、炮烟。
本发明一种局部通风与制冷联合的高温掘进巷道排热降温系统已经在某热害矿山应用。表1是本发明应用后与无排热降温措施、单一局部通风、单一制冷措施的对比试验结果，表中数据是距离掘进工作面10分别距离5、10、15、20、25、30m的检测点风温测量结果。
表1本发明应用后与无通风及制冷降温措施的对比试验结果
从表1试验结果可以看出，采取单一局部通风措施，风温降温幅度1～2℃。应用本发明后，实现了高温掘进巷道作业的动态实时性按需通风及降温。相对无局部通风、无人工制冷措施，风温降温幅度4～5℃，取得了意想不到的技术效果，深受井下巷道掘进作业场所工人们的欢迎。
Claims (5)
1.一种局部通风与制冷联合的高温掘进巷道排热降温系统，在掘进巷道(8)的一侧设有进风巷(7)，在掘进巷道(8)的另一侧设有回风巷(9)，其特征在于它还设有人工制冷降温系统、局部通风系统、PLC控制系统(6)、风温传感器(11)、粉尘传感器(12)：
所述的人工制冷降温系统位于掘进巷道(8)内之进风巷(7)口一侧布置，由制冷机组(1)、送风局扇(2)、送风风筒(3)顺序组合构成，送风局扇(2)布置在制冷机组(1)的出口，将冷量以风量形式送出，送风风筒(3)的进口与送风局扇(2)相连接，送风风筒(3)的出口距离掘进工作面(10)3～7m；所述的送风风筒(3)的长度，随掘进工作面(10)的推进而顺延；
所述的局部通风系统位于掘进巷道(8)内之回风巷(9)口一侧布置，由排风局扇(4)、排风风筒(5)连接构成，排风局扇(4)采用变频控制；排风局扇(4)靠近掘进工作面(10)布置，排风局扇(4)距离掘进工作面(10)5～10m，排风风筒(5)的出口位于回风巷(9)内；所述的排风风筒(5)的长度，随掘进工作面(10)的推进而顺延；
所述的风温传感器(11)安装在距离送风风筒(3)的出口200～500mm处；所述的粉尘传感器(12)安装在距离排风局扇(4)入口300～500mm处；
所述的PLC控制系统(6)位于掘进巷道(8)内，PLC控制系统(6)与风温传感器(11)、粉尘传感器(12)、制冷机组(1)、送风局扇(2)、排风局扇(4)连接，PLC控制系统(6)自动控制制冷机组(1)、送风局扇(2)、排风局扇(4)的开、停及变频运行。
2.如权利要求1所述的一种局部通风与制冷联合的高温掘进巷道排热降温系统，其特征在于：所述的制冷机组(1)的底座设有便于移动的滚轮，制冷机组采用直接蒸发式制冷技术制取冷风。
3.如权利要求1或2所述的一种局部通风与制冷联合的高温掘进巷道排热降温系统，其特征在于：设进风巷(7)风量为Q0，掘进工作面(10)送风量为Q1，回风巷(9)风量为Q2，则控制Q0≥Q1≥Q2，以维持掘进工作面区域微正压，掘进工作面区域处于新鲜冷风流环境。
4.如权利要求3所述的一种局部通风与制冷联合的高温掘进巷道排热降温系统，其特征在于：所述送风风筒(3)的出口距离掘进工作面(10)3.5～5.5m，排风局扇(4)距离掘进工作面(10)6～8m，Q0＝(1.11～1.22)Q1，Q1＝(1.05～1.10)Q2。
5.如权利要求1或2所述的一种局部通风与制冷联合的高温掘进巷道排热降温系统，其特征在于：在爆破时间段，PLC控制系统(6)控制制冷机组(1)停止运行,送风局扇(2)继续运行，排风局扇(4)工频运行。
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