CN119826255A - 一种矿井热湿独立调控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿井热湿独立调控系统及方法，该系统包括通风系统；通风系统将矿井风流依次通入除尘系统、除湿系统、降温系统中，得到洁净低温低湿空气；热回收系统收集降温系统、除湿系统、除尘系统和矿井涌水收集装置中的余热；动力系统为降温系统、除湿系统、矿井涌水收集装置和除尘系统的水路循环提供循环动力，维持系统稳定运转；智能控制系统监测降温系统、除湿系统、除尘系统、热回收系统和通风系统的运行参数以及矿井参数，实现送风参数、运行参数及备用设备可调，并通过中央控制器实现安全预警。该系统及方法具备独立调控温度、湿度的能力，能够充分利用余热，系统能耗低。

Description

一种矿井热湿独立调控系统及方法

技术领域

本发明涉及矿井环境控制技术领域，具体涉及一种矿井热湿独立调控系统及方法。

背景技术

随着矿产资源开采深度的增加，井下温度和湿度不断升高，导致热舒适条件逐步恶化，热害问题为工程建设和人体机能带来了相当大的挑战。通过有效的温湿度调控，不仅能够提高开采效率，还能保障其工人健康，防止因高温高湿带来的潜在危险。

传统的矿井环境调控系统通常通过通风系统来降低温度和湿度，但这种方法往往存在以下问题：一是通风系统调节不够灵活，难以满足矿井内部不同区域对温湿度的独立需求；二是湿度控制通常与温度控制捆绑在一起，缺乏精准的独立调节能力；三是高能耗和维护成本高。

中国专利2017106129950公开了一种利用矿井低品位热能的分布式降温空气源热泵系统，该系统主要包括扩散塔、热泵机组和空气净化器，利用气-液相变换热原理，通过空气中的水雾与矿井回风直接换热，并结合空气压缩机实现矿井回风低品位热量及其他潜热的回收，从而为矿井降温和除湿提供冷量。然而，该系统存在热湿调控耦合问题，缺乏独立的调控能力，且余热利用形式较为单一，导致系统能耗较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矿井热湿独立调控系统及方法，该系统及方法具备独立调控温度、湿度的能力，并且能够充分利用余热，系统能耗低。

为实现上述目的，本发明一种矿井热湿独立调控系统，包括降温系统、除湿系统、冷却塔、矿井涌水收集装置、除尘系统、热回收系统、动力系统、智能控制系统、通风系统；通风系统将矿井风流依次通入除尘系统、除湿系统、降温系统中，其中进入除尘系统中的是含尘高温高湿空气，通过除尘系统处理后输出洁净中温高湿空气并进入除湿系统，经过除湿系统处理后输出洁净中温低湿空气，并进入降温系统中，经过降温系统处理后得到洁净低温干燥空气；冷却塔为降温系统压缩制冷循环降温的备用设备，保证降温系统正常运行；热回收系统采用间接换热的方式，收集降温系统、除湿系统、除尘系统和矿井涌水收集装置中的余热，利用低品位能源，实现溶液再生和制冷剂降温；动力系统为降温系统、除湿系统、矿井涌水收集装置和除尘系统的水路循环提供循环动力，维持系统稳定运转；智能控制系统监测降温系统、除湿系统、除尘系统、热回收系统和通风系统的运行参数以及矿井参数，实现送风参数、运行参数及备用设备可调，并通过中央控制器实现安全预警；

所述降温系统包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、空气冷却器；除湿系统包括溶液除湿装置、溶液再生装置、浓溶液箱、稀溶液箱、溶液加热装置；除尘系统包括喷淋除尘装置、喷淋水收集装置；热回收系统包括稀溶液-制冷剂换热器、浓溶液-制冷剂换热器、矿井涌水余热回收装置、除尘水余热回收装置、溶液热交换器；动力系统包括冷却水泵、稀溶液泵、浓溶液泵、矿井水泵、喷淋水泵；智能控制系统包括电磁阀I～电磁阀XIV、管道温度传感器I～管道温度传感器V、风管温度传感器I～风管温度传感器IV、风管湿度传感器I～风管湿度传感器IV；通风系统包括矿井新风风机、矿井回风风机、电动蝶阀、送风静压传感器、新风风机控制器、回风静压传感器、回风风机控制器、送风风管和回风风管。

作为本发明进一步的方案：所述降温系统内部管道所采用的介质为制冷剂，其在该系统内按照相应的制冷循环原理进行工作，以实现制冷功能；除湿系统内部管道的介质为除湿溶液，依靠除湿溶液的特性来对空气进行除湿操作；矿井涌水收集装置内部管道介质为矿井涌水，在其装置内参与相应热量传递过程；除尘系统内部介质为除尘水溶液，利用除尘水溶液与含尘空气相互作用，实现去除空气中灰尘的目的；这四个装置的水路循环彼此独立。

作为本发明进一步的方案：所述冷凝器的一端通过管道依次连接管道温度传感器I、膨胀阀、及空气冷却器的输入端，空气冷却器的输出端与浓溶液-制冷剂换热器的第一输入端相连，浓溶液-制冷剂换热器的第一输出端与压缩机的输入端连接，压缩机的输出端与稀溶液-制冷剂换热器第一输入端连接，稀溶液-制冷剂换热器的第一输出端与冷凝器相连，冷凝器上方的输出端通过电磁阀I与冷却塔的一端相连，冷却塔的另一端依次通过冷却水泵、电磁阀III与冷凝器的一输入端相连，该输入端与冷凝器上方的输出端之间连接电磁阀II；浓溶液-制冷剂换热器的第二输出端与浓溶液箱的一端相连，浓溶液箱的另一端通过电磁阀XIII与溶液除湿装置的输入端相连；溶液除湿装置的输出端通过稀溶液泵与溶液热交换器的第一输入端相连，溶液热交换器的第一输出端设置有管道温度传感器III，该输出端分成两路，一路通过电磁阀X与除尘水余热回收装置的第一输入端相连，另一路通过电磁阀XI与稀溶液-制冷剂换热器的第二输入端连接；除尘水余热回收装置的第一输出端上依次设置电磁阀XII管道温度传感器II后分成两路，一路通过电磁阀VIII与矿井涌水余热回收装置的第一输入端相连，另一路通过电磁阀VII连接在电磁阀XI与稀溶液-制冷剂换热器的第二输入端支路上；矿井涌水余热回收装置的第一输出端通过电磁阀VI与稀溶液-制冷剂换热器的第二输入端相连；喷淋除尘装置的输出端依次连接管道温度传感器IV、喷淋水泵，最终与除尘水余热回收装置的第二输入端相连，除尘水余热回收装置的第二输出端与喷淋水收集装置相连；矿井涌水余热回收装置的第二输出端与矿井涌水收集装置的一端相连，矿井涌水收集装置的另一端依次通过矿井水泵、管道温度传感器V、电磁阀IX与矿井涌水余热回收装置的第二输入端相连；稀溶液-制冷剂换热器的第二输出端分成两路，一路通过电磁阀IV与稀溶液箱的输入端相连，另一路通过电磁阀V依次与溶液加热装置、稀溶液箱的输入端相连；稀溶液箱的输出端通过电磁阀XIV与溶液再生装置的输入端相连；溶液再生装置的输出端通过浓溶液泵与溶液热交换器的第二输入端相连，溶液热交换器的第二输出端与浓溶液-制冷剂换热器的第二输入端相连。

作为本发明进一步的方案：所述送风风管从左至右依次连接新风入口、喷淋除尘装置、溶液除湿装置、空气冷却器、矿井新风风机和送风口；喷淋除尘装置、溶液除湿装置、空气冷却器间气路相通，新风入口处设置电动蝶阀、风管温度传感器I、风管湿度传感器I；送风口处设置风管温度传感器II、风管湿度传感器II，矿井新风风机与新风风机控制器连接，在送风口与矿井新风风机的后方连接送风静压传感器；

所述回风管道从右至左依次连接回风口、溶液再生装置、矿井回风风机、排风口；回风口处设置风管湿度传感器III、风管温度传感器III，排风口处设置有风管温度传感器IV、风管湿度传感器IV，矿井回风风机与回风风机控制器连接，在排风口与矿井回风风机的后方连接回风静压传感器。

作为本发明进一步的方案：所述除湿系统采用的除湿溶液为氯化锂和氯化钙1:1混合溶液，除湿溶液装置采用锌镍合金材料。

一种矿井热湿独立调控系统的调控方法，冷凝器将制冷剂进行降温处理后，通过管道进入膨胀阀，然后进入空气冷却器中对矿井风流进行降温处理，再进入浓溶液-制冷剂换热器后进入压缩机中完成压缩过程形成高温制冷剂，再进入稀溶液-制冷剂换热器后进入冷凝器内完成整个压缩制冷循环；冷却塔作为冷凝器的冷端输入，对压缩制冷循环的制冷剂进行降温处理；管道温度传感器I监测制冷剂温度是否达到运行需求，若未达到需求，通过打开电磁阀I、电磁阀III，采用冷却塔降温，并通过调节电磁阀II调节冷却水流量，实现冷却水降温可调。

作为本发明进一步的方案：除湿系统与热回收系统相结合，完成除湿溶液再生，溶液除湿装置输入端为浓溶液，输出端为稀溶液，对空气进行除湿处理；溶液再生装置输入端为浓溶液，输出端为浓溶液，通过稀溶液泵和浓溶液泵提供溶液除湿再生循环动力；溶液除湿装置输出端的稀溶液经过稀溶液泵进入溶液热交换器中与溶液再生装置输出端的浓溶液进行热量交换，浓溶液为热源，实现一次余热回收；溶液热交换器输出的稀溶液进入除尘水余热回收装置中与喷淋除尘装置输出的喷淋溶液进行二次余热回收，喷淋溶液为热源；除尘水余热回收装置输出的溶液一部分进入矿井涌水余热回收装置中与矿井涌水装置进行三次余热回收；处理后的稀溶液进入稀溶液-制冷剂换热器中完成四次余热回收，得到高温稀溶液；高温稀溶液通过电磁阀IV进入稀溶液箱后，再进入溶液再生装置完成溶液再生，获得高温浓溶液；高温浓溶液经过浓溶液泵依次进入溶液热交换器和浓溶液—制冷剂换热器完成热交换得到符合要求的浓溶液，浓溶液进入浓溶液箱储存，通过电磁阀XIII控制进入溶液除湿装置，进行空气除湿成为稀溶液，该稀溶液最后作为溶液除湿装置的输出端，进入稀溶液泵，完成溶液除湿—再生的闭式循环；

管道温度传感器II用于监测除湿溶液温度；当热回收系统无法满足所需工况时，智能控制系统控制开启电磁阀V，使稀溶液进入溶液加热装置，使除湿溶液满足所需再生温度；通过控制电磁阀XIII和电磁阀XIV，控制除湿溶液流量，满足不同湿负荷下的除湿要求。

作为本发明进一步的方案：热回收系统与智能控制系统相结合实现多个热回收装置灵活转换；溶液热交换器的第一输出端设置管道温度传感器III，监测稀溶液温度，管道温度传感器IV监测喷淋水温度，管道温度传感器V监测矿井涌水温度；若稀溶液温度低于喷淋水温度和矿井涌水温度，且喷淋水温度低于矿井涌水温度，则开启电磁阀VI、电磁阀VIII电磁阀X、电磁阀XII，关闭电磁阀VII、电磁阀XI，使稀溶液依次进入除尘水余热回收装置和矿井涌水余热回收装置，完成除湿溶液预热过程；若稀溶液温度低于喷淋水温度和矿井涌水温度，而喷淋水温度高于矿井涌水温度，则开启电磁阀VII、电磁阀X、电磁阀XII，关闭电磁阀VI、电磁阀VIII、电磁阀XI，使稀溶液依次进入除尘水余热回收装置中完成稀溶液预热，跳过矿井涌水余热回收装置；若稀溶液温度高于喷淋水温度且低于矿井涌水温度，则关闭电磁阀X、电磁阀XII，开启电磁阀VI、电磁阀VII、电磁阀VIII、电磁阀XI，使稀溶液直接进入矿井涌水余热回收装置中完成稀溶液预热，跳过除尘水余热回收装置；若稀溶液温度高于喷淋水温度和矿井涌水温度，则开启电磁阀XI，关闭电磁阀VI、电磁阀VII、电磁阀VIII、电磁阀IX、电磁阀X、电磁阀XII，使稀溶液直接进入稀溶液－制冷剂换热器中，跳过除湿溶液预热过程。

作为本发明进一步的方案：智能控制系统和通风系统相结合，实现送风参数控制；通过风管温度传感器I、风管温度传感器II收集温度数据，上传至中央处理器并判断是否符合送风温度需求，通过控制电动蝶阀和矿井新风风机控制送风量；通过风管湿度传感器I、风管湿度传感器II收集湿度数据由中央处理器判断是否符合送风需求并通过电磁阀XIII和电磁阀XIV控制溶液流量；通过风管湿度传感器III、风管湿度传感器IV，判断是否需要采用溶液加热装置，通过控制电磁阀IV和电磁阀V控制溶液浓度，通过控制对稀溶液进行加热以满足需求，使送风湿度满足标准。

与现有技术相比，本发明实现除尘、除湿、降温一体化处理，实现送风满足洁净低温干燥需求，保证井下作业环境，并利用智能控制系统监测降温系统、除湿系统、除尘系统、热回收系统和通风系统的运行参数以及矿井参数，实现送风参数、运行参数及备用设备可调，使系统具备独立调控温度、湿度的能力，并通过中央控制器实现安全预警。利用热回收系统收集降温系统、除湿系统、除尘系统和矿井涌水收集装置中的余热，实现溶液再生和制冷剂降温，充分利用余热，多级热回收技术，实现低品位热源利用，有效降低了系统的能耗，节约了成本。结合智能监测，实现热回收设备使用顺序灵活转换。

附图说明

图1是本发明的矿井热湿独立调控系统的原理图。

图2是本发明中的矿井热湿独立调控水路循环的结构示意图。

图3是本发明中的矿井热湿独立调控系统送风原理示意图。

图4是本发明中的矿井热湿独立调控系统回风原理示意图。

图5是本发明中的智能控制系统调控原理图。

图中：1-降温系统；101-压缩机；102-冷凝器；103-膨胀阀；104-空气冷却器；2-除湿系统；201-溶液除湿装置；202-溶液再生装置；203-浓溶液箱；204-稀溶液箱；205-溶液加热装置；3-冷却塔；4-矿井涌水收集装置；5-除尘系统；501-喷淋除尘装置；502-喷淋水收集装置；6-热回收系统；601-稀溶液－制冷剂换热器；602-浓溶液－制冷剂换热器；603-矿井涌水余热回收装置；604-除尘水余热回收装置；605-溶液热交换器；7-动力系统；701-冷却水泵；702-稀溶液泵；703-浓溶液泵；704-矿井水泵；705-喷淋水泵；8-智能控制系统；801-电磁阀I；802-电磁阀II；803-电磁阀III；804-电磁阀IV；805-电磁阀V；806-电磁阀VI；807-电磁阀VII；808-电磁阀VIII；809-电磁阀IX；810-电磁阀X；811-电磁阀XI；812-电磁阀XII；813-电磁阀XIII；814-电磁阀XIV；815-管道温度传感器I；816-管道温度传感器II；817-管道温度传感器III；818-管道温度传感器IV；819-管道温度传感器V；820-风管温度传感器I；821-风管温度传感器II；822-风管温度传感器III；823-风管温度传感器IV；824-风管湿度传感器I；825-风管湿度传感器II；826-风管湿度传感器III；827-风管湿度传感器IV；9-通风系统；901-矿井新风风机；902-矿井回风风机；903-电动蝶阀；904-送风静压传感器；905-新风风机控制器；906-回风静压传感器；907-回风风机控制器；908-送风风管；909-回风风管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2所示，一种矿井热湿独立调控系统，包括降温系统1、除湿系统2、冷却塔3、矿井涌水收集装置4、除尘系统5、热回收系统6、动力系统7、智能控制系统8、通风系统9；通风系统9将矿井风流依次通入除尘系统5、除湿系统2、降温系统1中，通过处理获取洁净、低温、干燥空气，各个系统风道相连，保障空气处理流程顺畅；其中，进入除尘系统5中的是含尘高温高湿空气，通过除尘系统5处理后输出洁净中高温高湿空气并进入除湿系统2，经过除湿系统2处理后输出洁净中温低湿空气，并进入降温系统1中，经过降温系统1处理后得到洁净低温干燥空气。降温系统1内部管道所采用的介质为制冷剂，其在该系统内按照相应的制冷循环原理进行工作，以实现制冷功能；除湿系统2内部管道的介质为除湿溶液，依靠除湿溶液的特性来对空气进行除湿操作；矿井涌水收集装置4内部管道介质为矿井涌水，在其装置内参与相应热量传递过程；除尘系统5内部介质为除尘水溶液，利用除尘水溶液与含尘空气相互作用，实现去除空气中灰尘的目的；这四个装置的水路循环彼此独立。冷却塔3为降温系统1压缩制冷循环降温的备用设备，保证降温系统1正常运行；热回收系统6采用间接换热的方式，收集降温系统1、除湿系统2、除尘系统5和矿井涌水收集装置4中的余热，利用低品位能源，实现溶液再生和制冷剂降温；动力系统7为降温系统1、除湿系统2、矿井涌水收集装置4和除尘系统5的水路循环提供循环动力，维持系统稳定运转；智能控制系统8监测降温系统1、除湿系统2、除尘系统5、热回收系统6和通风系统9的运行参数以及矿井参数，实现送风参数、运行参数及备用设备可调，并通过中央控制器实现安全预警。

如图2至图4所示，降温系统1包括压缩机101、冷凝器102、膨胀阀103、空气冷却器104；除湿系统2包括溶液除湿装置201、溶液再生装置202、浓溶液箱203、稀溶液箱204、溶液加热装置205；除尘系统5包括喷淋除尘装置501、喷淋水收集装置502；热回收系统6包括稀溶液-制冷剂换热器601、浓溶液-制冷剂换热器602、矿井涌水余热回收装置603、除尘水余热回收装置604、溶液热交换器605；动力系统7包括冷却水泵701、稀溶液泵702、浓溶液泵703、矿井水泵704、喷淋水泵705；智能控制系统8包括电磁阀I801～电磁阀XIV814、管道温度传感器I815～管道温度传感器V819、风管温度传感器I820～风管温度传感器IV823、风管湿度传感器I824～风管湿度传感器IV827；通风系统9包括矿井新风风机901、矿井回风风机902、电动蝶阀903、送风静压传感器904、新风风机控制器905、回风静压传感器906、回风风机控制器907、送风风管908和回风风管909。

除湿系统2采用溶液除湿方式，除湿溶液为氯化锂和氯化钙1:1混合溶液，减少结晶并提高溶液除湿效率，除湿溶液装置采用锌镍合金减少溶液腐蚀。

如图2所示，水路循环包括冷凝器102，冷凝器102的一端通过管道依次连接管道温度传感器I815、膨胀阀103、及空气冷却器104的输入端，空气冷却器104的输出端与浓溶液-制冷剂换热器602的第一输入端相连，浓溶液-制冷剂换热器602的第一输出端与压缩机101的输入端连接，压缩机101的输出端与稀溶液-制冷剂换热器601第一输入端连接，稀溶液-制冷剂换热器601的第一输出端与冷凝器102相连，冷凝器102上方的输出端通过电磁阀I801与冷却塔3的一端相连，冷却塔3的另一端依次通过冷却水泵701、电磁阀III803与冷凝器102的一输入端相连，该输入端与冷凝器102上方的输出端之间连接电磁阀II802；浓溶液-制冷剂换热器602的第二输出端与浓溶液箱203的一端相连，浓溶液箱203的另一端通过电磁阀XIII813与溶液除湿装置201的输入端相连；溶液除湿装置201的输出端通过稀溶液泵702与溶液热交换器605的第一输入端相连，溶液热交换器605的第一输出端设置有管道温度传感器III817，该输出端分成两路，一路通过电磁阀X810与除尘水余热回收装置604的第一输入端相连，另一路通过电磁阀XI811与稀溶液-制冷剂换热器601的第二输入端连接；除尘水余热回收装置604的第一输出端上依次设置电磁阀XII812、管道温度传感器II816后分成两路，一路通过电磁阀VIII808与矿井涌水余热回收装置603的第一输入端相连，另一路通过电磁阀VII807连接在电磁阀XI811与稀溶液-制冷剂换热器601的第二输入端支路上；矿井涌水余热回收装置603的第一输出端通过电磁阀VI806与稀溶液-制冷剂换热器601的第二输入端相连；喷淋除尘装置501的输出端依次连接管道温度传感器IV818、喷淋水泵705，最终与除尘水余热回收装置604的第二输入端相连，除尘水余热回收装置604的第二输出端与喷淋水收集装置502相连；矿井涌水余热回收装置603的第二输出端与矿井涌水收集装置4的一端相连，矿井涌水收集装置4的另一端依次通过矿井水泵704、管道温度传感器V819、电磁阀IX809与矿井涌水余热回收装置603的第二输入端相连；稀溶液-制冷剂换热器601的第二输出端分成两路，一路通过电磁阀IV804与稀溶液箱204的输入端相连，另一路通过电磁阀V805依次与溶液加热装置205、稀溶液箱204的输入端相连；稀溶液箱204的输出端通过电磁阀XIV814与溶液再生装置202的输入端相连；溶液再生装置202的输出端通过浓溶液泵703与溶液热交换器605的第二输入端相连，溶液热交换器605的第二输出端与浓溶液-制冷剂换热器602的第二输入端相连。

冷凝器102将制冷剂进行降温处理后，通过管道进入膨胀阀103，然后进入空气冷却器104中对矿井风流进行降温处理，再进入浓溶液-制冷剂换热器602后进入压缩机101中完成压缩过程形成高温制冷剂，再进入稀溶液-制冷剂换热器601后进入冷凝器102内完成整个压缩制冷循环。冷却塔3作为冷凝器102的冷端输入，对压缩制冷循环的制冷剂进行降温处理。管道温度传感器I815监测制冷剂温度是否达到运行需求，若未达到需求，通过打开电磁阀I801、电磁阀III803，采用冷却塔3降温，并通过调节电磁阀II802调节冷却水流量，实现冷却水降温可调。

除湿系统2与热回收系统6相结合，完成除湿溶液再生，溶液除湿装置201输入端为浓溶液，输出端为稀溶液，对空气进行除湿处理；溶液再生装置202输入端为浓溶液，输出端为浓溶液，通过稀溶液泵702和浓溶液泵703提供溶液除湿再生循环动力。溶液除湿装置201输出端的稀溶液经过稀溶液泵702进入溶液热交换器605中与溶液再生装置202输出端的浓溶液进行热量交换，浓溶液为热源，实现一次余热回收；溶液热交换器605输出的稀溶液进入除尘水余热回收装置604中与喷淋除尘装置501输出的喷淋溶液进行二次余热回收，喷淋溶液为热源；除尘水余热回收装置604输出的溶液一部分进入矿井涌水余热回收装置603中与矿井涌水装置4进行三次余热回收；处理后的稀溶液进入稀溶液-制冷剂换热器601中完成四次余热回收，得到高温稀溶液；高温稀溶液通过电磁阀IV804进入稀溶液箱204后，再进入溶液再生装置202完成溶液再生，获得高温浓溶液；高温浓溶液经过浓溶液泵703依次进入溶液热交换器605和浓溶液—制冷剂换热器602完成热交换得到符合要求的浓溶液，浓溶液进入浓溶液箱203储存，通过电磁阀XIII813控制进入溶液除湿装置201，进行空气除湿成为稀溶液，该稀溶液最后作为溶液除湿装置201的输出端，进入稀溶液泵702，完成溶液除湿—再生的闭式循环。其中浓溶液通过处理预冷有利于提高除湿效率，稀溶液通过预热处理有利于提高再生效率。

除湿系统2与智能控制系统8相结合，保证除湿系统运行参数满足需求。管道温度传感器II816，用于监测除湿溶液温度；当热回收系统6无法满足所需工况时，智能控制系统8控制开启电磁阀V805，使稀溶液进入溶液加热装置205，使除湿溶液满足所需再生温度。通过控制电磁阀XIII813和电磁阀XIV814，控制除湿溶液流量，满足不同湿负荷下的除湿要求。

矿井涌水收集装置4与矿井水泵704相连通，由矿井水泵704提供动力送至矿井涌水余热回收装置603，矿井涌水余热回收装置603对除湿溶液进行加热，经加热后的矿井涌水再回流至矿井涌水收集装置4，进而完成矿井水热回收工作。

除尘系统5包括喷淋水，喷淋水通过喷淋除尘装置501对含尘风流进行处理，喷淋水收集进入除尘水余热回收装置604中完成余热回收后进入喷淋水收集装置502中，除尘系统5为开式回路。

热回收系统6与智能控制系统8相结合实现多个热回收装置灵活转换。溶液热交换器605的第一输出端设置管道温度传感器III817，监测稀溶液温度，管道温度传感器IV818监测喷淋水温度，管道温度传感器V819监测矿井涌水温度。若稀溶液温度低于喷淋水温度和矿井涌水温度，且喷淋水温度低于矿井涌水温度，则开启电磁阀VI806、电磁阀VIII808电磁阀X810、电磁阀XII812，关闭电磁阀VII807、电磁阀XI811，使稀溶液依次进入除尘水余热回收装置604和矿井涌水余热回收装置603，完成除湿溶液预热过程；若稀溶液温度低于喷淋水温度和矿井涌水温度，而喷淋水温度高于矿井涌水温度，则开启电磁阀VII807、电磁阀X810、电磁阀XII812，关闭电磁阀VI806、电磁阀VIII808、电磁阀XI811，使稀溶液依次进入除尘水余热回收装置604中完成稀溶液预热，跳过矿井涌水余热回收装置603；若稀溶液温度高于喷淋水温度且低于矿井涌水温度，则关闭电磁阀X810、电磁阀XII812，开启电磁阀VI806、电磁阀VII807、电磁阀VIII808、电磁阀XI811，使稀溶液直接进入矿井涌水余热回收装置603中完成稀溶液预热，跳过除尘水余热回收装置604；若稀溶液温度高于喷淋水温度和矿井涌水温度，则开启电磁阀XI811，关闭电磁阀VI806、电磁阀VII807、电磁阀VIII808、电磁阀IX809、电磁阀X810、电磁阀XII812，使稀溶液直接进入稀溶液－制冷剂换热器601中，跳过除湿溶液预热过程。

通风系统9中包括矿井送风模式分和矿井回风模式，如图3所示，矿井送风模式包括送风风管908，送风风管908从左至右依次连接新风入口、喷淋除尘装置501、溶液除湿装置201、空气冷却器104、矿井新风风机901和送风口；喷淋除尘装置501、溶液除湿装置201、空气冷却器104间气路相通，喷淋除尘装置501对除尘高温高湿风流进行除尘处理并实现一次降温，形成洁净中温高湿风流，再进入溶液除湿装置201中进行除湿处理并实现二次降温，形成洁净中温干燥风流，同时通过一次降温的中温风流有利于提高溶液除湿效率；新风入口处设置电动蝶阀903、风管温度传感器I820、风管湿度传感器I824；送风口处设置风管温度传感器II821、风管湿度传感器II825，矿井新风风机901与新风风机控制器905连接，在送风口与矿井新风风机901的后方连接送风静压传感器904。

如图4所示，矿井回风模式包括回风管道909，回风管道909从右至左依次连接回风口、溶液再生装置202、矿井回风风机902、排风口；回风口处设置风管湿度传感器III826、风管温度传感器III822，排风口处设置有风管温度传感器IV823、风管湿度传感器IV827，矿井回风风机902与回风风机控制器907连接，在排风口与矿井回风风机902的后方连接回风静压传感器906。

如图1至4所示，智能控制系统8中包括安全预警部分、中央控制器、多个传感器、控制器，其中传感器布置在矿井和热湿处理设备的关键位置(如工作面、运输通道、通风系统进出口、制冷剂管道和溶液管道等)，通过实时监测矿井内不同区域的温度和湿度控制矿井环境，通过监测管道温度控制设备运行。传感器所采集的数据通过无线通信技术实时传输至中央控制单元，形成一个覆盖整个矿井的环境监测网络。中央控制器对矿井内环境数据进行分析和处理，对温度和湿度设备进行独立调节，并将所采集温湿度数据进行历史记录与趋势分析，为矿井的长期环境调控提供科学依据，根据预设标准对矿井温度湿度进行控制与预警。

智能控制系统8和通风系统9相结合，实现送风参数控制。通过风管温度传感器I820、风管温度传感器II821收集温度数据，上传至中央处理器并判断是否符合送风温度需求，通过控制电动蝶阀903和矿井新风风机901控制送风量。通过风管湿度传感器I824、风管湿度传感器II825收集湿度数据由中央处理器判断是否符合送风需求并通过电磁阀XIII813和电磁阀XIV814控制溶液流量；通过风管湿度传感器III826、风管湿度传感器IV827，判断是否需要采用溶液加热装置205，通过控制电磁阀IV804和电磁阀V805控制溶液浓度，通过控制对稀溶液进行加热以满足需求，使送风湿度满足标准。

如图5所示，各种传感器收集数据，上传至中央处理器，通过控制中心判断是否符合安全需求，若不满足安全需求，切断除尘系统5、除湿系统2和降温系统1电源，通过控制电动蝶阀903、新风风机控制器905；回风风机控制器907，加快排风，并启用备用风机，同时做出安全处理。

Claims (9)

1.一种矿井热湿独立调控系统，其特征在于，包括降温系统(1)、除湿系统(2)、冷却塔(3)、矿井涌水收集装置(4)、除尘系统(5)、热回收系统(6)、动力系统(7)、智能控制系统(8)、通风系统(9)；通风系统(9)将矿井风流依次通入除尘系统(5)、除湿系统(2)、降温系统(1)中，其中进入除尘系统(5)中的是含尘高温高湿空气，通过除尘系统(5)处理后输出洁净中温高湿空气并进入除湿系统(2)，经过除湿系统(2)处理后输出洁净中温低湿空气，并进入降温系统(1)中，经过降温系统(1)处理后得到洁净低温干燥空气；冷却塔(3)为降温系统(1)压缩制冷循环降温的备用设备，保证降温系统(1)正常运行；热回收系统(6)采用间接换热的方式，收集降温系统(1)、除湿系统(2)、除尘系统(5)和矿井涌水收集装置(4)中的余热，利用低品位能源，实现溶液再生和制冷剂降温；动力系统(7)为降温系统(1)、除湿系统(2)、矿井涌水收集装置(4)和除尘系统(5)的水路循环提供循环动力，维持系统稳定运转；智能控制系统(8)监测降温系统(1)、除湿系统(2)、除尘系统(5)、热回收系统(6)和通风系统(9)的运行参数以及矿井参数，实现送风参数、运行参数及备用设备可调，并通过中央控制器实现安全预警；

所述降温系统(1)包括压缩机(101)、冷凝器(102)、膨胀阀(103)、空气冷却器(104)；除湿系统(2)包括溶液除湿装置(201)、溶液再生装置(202)、浓溶液箱(203)、稀溶液箱(204)、溶液加热装置(205)；除尘系统(5)包括喷淋除尘装置(501)、喷淋水收集装置(502)；热回收系统(6)包括稀溶液-制冷剂换热器(601)、浓溶液-制冷剂换热器(602)、矿井涌水余热回收装置(603)、除尘水余热回收装置(604)、溶液热交换器(605)；动力系统(7)包括冷却水泵(701)、稀溶液泵(702)、浓溶液泵(703)、矿井水泵(704)、喷淋水泵(705)；智能控制系统(8)包括电磁阀I(801)～电磁阀XIV(814)、管道温度传感器I(815)～管道温度传感器V(819)、风管温度传感器I(820)～风管温度传感器IV(823)、风管湿度传感器I(824)～风管湿度传感器IV(827)；通风系统(9)包括矿井新风风机(901)、矿井回风风机(902)、电动蝶阀(903)、送风静压传感器(904)、新风风机控制器(905)、回风静压传感器(906)、回风风机控制器(907)、送风风管(908)和回风风管(909)。

2.根据权利要求1所述的一种矿井热湿独立调控系统，其特征在于，所述降温系统(1)内部管道所采用的介质为制冷剂，其在该系统内按照相应的制冷循环原理进行工作，以实现制冷功能；除湿系统(2)内部管道的介质为除湿溶液，依靠除湿溶液的特性来对空气进行除湿操作；矿井涌水收集装置(4)内部管道介质为矿井涌水，在其装置内参与相应热量传递过程；除尘系统(5)内部介质为除尘水溶液，利用除尘水溶液与含尘空气相互作用，实现去除空气中灰尘的目的；这四个装置的水路循环彼此独立。

3.根据权利要求1所述的一种矿井热湿独立调控系统，其特征在于，所述冷凝器(102)的一端通过管道依次连接管道温度传感器I(815)、膨胀阀(103)、及空气冷却器(104)的输入端，空气冷却器(104)的输出端与浓溶液-制冷剂换热器(602)的第一输入端相连，浓溶液-制冷剂换热器(602)的第一输出端与压缩机(101)的输入端连接，压缩机(101)的输出端与稀溶液-制冷剂换热器(601)第一输入端连接，稀溶液-制冷剂换热器(601)的第一输出端与冷凝器(102)相连，冷凝器(102)上方的输出端通过电磁阀I(801)与冷却塔(3)的一端相连，冷却塔(3)的另一端依次通过冷却水泵(701)、电磁阀III(803)与冷凝器(102)的一输入端相连，该输入端与冷凝器(102)上方的输出端之间连接电磁阀II(802)；浓溶液-制冷剂换热器(602)的第二输出端与浓溶液箱(203)的一端相连，浓溶液箱(203)的另一端通过电磁阀XIII(813)与溶液除湿装置(201)的输入端相连；溶液除湿装置(201)的输出端通过稀溶液泵(702)与溶液热交换器(605)的第一输入端相连，溶液热交换器(605)的第一输出端设置有管道温度传感器III(817)，该输出端分成两路，一路通过电磁阀X(810)与除尘水余热回收装置(604)的第一输入端相连，另一路通过电磁阀XI(811)与稀溶液-制冷剂换热器(601)的第二输入端连接；除尘水余热回收装置(604)的第一输出端上依次设置电磁阀XII(812)、管道温度传感器II(816)后分成两路，一路通过电磁阀VIII(808)与矿井涌水余热回收装置(603)的第一输入端相连，另一路通过电磁阀VII(807)连接在电磁阀XI(811)与稀溶液-制冷剂换热器(601)的第二输入端支路上；矿井涌水余热回收装置(603)的第一输出端通过电磁阀VI(806)与稀溶液-制冷剂换热器(601)的第二输入端相连；喷淋除尘装置(501)的输出端依次连接管道温度传感器IV(818)、喷淋水泵(705)，最终与除尘水余热回收装置(604)的第二输入端相连，除尘水余热回收装置(604)的第二输出端与喷淋水收集装置(502)相连；矿井涌水余热回收装置(603)的第二输出端与矿井涌水收集装置(4)的一端相连，矿井涌水收集装置(4)的另一端依次通过矿井水泵(704)、管道温度传感器V(819)、电磁阀IX(809)与矿井涌水余热回收装置(603)的第二输入端相连；稀溶液-制冷剂换热器(601)的第二输出端分成两路，一路通过电磁阀IV(804)与稀溶液箱(204)的输入端相连，另一路通过电磁阀V(805)依次与溶液加热装置(205)、稀溶液箱(204)的输入端相连；稀溶液箱(204)的输出端通过电磁阀XIV(814)与溶液再生装置(202)的输入端相连；溶液再生装置(202)的输出端通过浓溶液泵(703)与溶液热交换器(605)的第二输入端相连，溶液热交换器(605)的第二输出端与浓溶液-制冷剂换热器(602)的第二输入端相连。

4.根据权利要求1所述的一种矿井热湿独立调控系统，其特征在于，所述送风风管(908)从左至右依次连接新风入口、喷淋除尘装置(501)、溶液除湿装置(201)、空气冷却器(104)、矿井新风风机(901)和送风口；喷淋除尘装置(501)、溶液除湿装置(201)、空气冷却器(104)间气路相通，新风入口处设置电动蝶阀(903)、风管温度传感器I(820)、风管湿度传感器I(824)；送风口处设置风管温度传感器II(821)、风管湿度传感器II(825)，矿井新风风机(901)与新风风机控制器(905)连接，在送风口与矿井新风风机(901)的后方连接送风静压传感器(904)；

所述回风管道(909)从右至左依次连接回风口、溶液再生装置(202)、矿井回风风机(902)、排风口；回风口处设置风管湿度传感器III(826)、风管温度传感器III(822)，排风口处设置有风管温度传感器IV(823)、风管湿度传感器IV(827)，矿井回风风机(902)与回风风机控制器(907)连接，在排风口与矿井回风风机(902)的后方连接回风静压传感器(906)。

5.根据权利要求1所述的一种矿井热湿独立调控系统，其特征在于，所述除湿系统(2)采用的除湿溶液为氯化锂和氯化钙1:1混合溶液，除湿溶液装置采用锌镍合金材料。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种矿井热湿独立调控系统的调控方法，其特征在于，冷凝器(102)将制冷剂进行降温处理后，通过管道进入膨胀阀(103)，然后进入空气冷却器(104)中对矿井风流进行降温处理，再进入浓溶液-制冷剂换热器(602)后进入压缩机(101)中完成压缩过程形成高温制冷剂，再进入稀溶液-制冷剂换热器(601)后进入冷凝器(102)内完成整个压缩制冷循环；冷却塔(3)作为冷凝器(102)的冷端输入，对压缩制冷循环的制冷剂进行降温处理；管道温度传感器I(815)监测制冷剂温度是否达到运行需求，若未达到需求，通过打开电磁阀I(801)、电磁阀III(803)，采用冷却塔(3)降温，并通过调节电磁阀II(802)调节冷却水流量，实现冷却水降温可调。

7.根据权利要求6所述的调控方法，其特征在于，除湿系统(2)与热回收系统(6)相结合，完成除湿溶液再生，溶液除湿装置(201)输入端为浓溶液，输出端为稀溶液，对空气进行除湿处理；溶液再生装置(202)输入端为浓溶液，输出端为浓溶液，通过稀溶液泵(702)和浓溶液泵(703)提供溶液除湿再生循环动力；溶液除湿装置(201)输出端的稀溶液经过稀溶液泵(702)进入溶液热交换器(605)中与溶液再生装置(202)输出端的浓溶液进行热量交换，浓溶液为热源，实现一次余热回收；溶液热交换器(605)输出的稀溶液进入除尘水余热回收装置(604)中与喷淋除尘装置(501)输出的喷淋溶液进行二次余热回收，喷淋溶液为热源；除尘水余热回收装置(604)输出的溶液一部分进入矿井涌水余热回收装置(603)中与矿井涌水装置(4)进行三次余热回收；处理后的稀溶液进入稀溶液-制冷剂换热器(601)中完成四次余热回收，得到高温稀溶液；高温稀溶液通过电磁阀IV(804)进入稀溶液箱(204)后，再进入溶液再生装置(202)完成溶液再生，获得高温浓溶液；高温浓溶液经过浓溶液泵(703)依次进入溶液热交换器(605)和浓溶液—制冷剂换热器(602)完成热交换得到符合要求的浓溶液，浓溶液进入浓溶液箱(203)储存，通过电磁阀XIII(813)控制进入溶液除湿装置(201)，进行空气除湿成为稀溶液，该稀溶液最后作为溶液除湿装置(201)的输出端，进入稀溶液泵(702)，完成溶液除湿—再生的闭式循环；

管道温度传感器II(816)，用于监测除湿溶液温度；当热回收系统(6)无法满足所需工况时，智能控制系统(8)控制开启电磁阀V(805)，使稀溶液进入溶液加热装置(205)，使除湿溶液满足所需再生温度；通过控制电磁阀XIII(813)和电磁阀XIV(814)，控制除湿溶液流量，满足不同湿负荷下的除湿要求。

8.根据权利要求6所述的调控方法，其特征在于，热回收系统(6)与智能控制系统(8)相结合实现多个热回收装置灵活转换；溶液热交换器(605)的第一输出端设置管道温度传感器III(817)，监测稀溶液温度，管道温度传感器IV(818)监测喷淋水温度，管道温度传感器V(819)监测矿井涌水温度；若稀溶液温度低于喷淋水温度和矿井涌水温度，且喷淋水温度低于矿井涌水温度，则开启电磁阀VI(806)、电磁阀VIII(808)电磁阀X(810)、电磁阀XII(812)，关闭电磁阀VII(807)、电磁阀XI(811)，使稀溶液依次进入除尘水余热回收装置(604)和矿井涌水余热回收装置(603)，完成除湿溶液预热过程；若稀溶液温度低于喷淋水温度和矿井涌水温度，而喷淋水温度高于矿井涌水温度，则开启电磁阀VII(807)、电磁阀X(810)、电磁阀XII(812)，关闭电磁阀VI(806)、电磁阀VIII(808)、电磁阀XI(811)，使稀溶液依次进入除尘水余热回收装置(604)中完成稀溶液预热，跳过矿井涌水余热回收装置(603)；若稀溶液温度高于喷淋水温度且低于矿井涌水温度，则关闭电磁阀X(810)、电磁阀XII(812)，开启电磁阀VI(806)、电磁阀VII(807)、电磁阀VIII(808)、电磁阀XI(811)，使稀溶液直接进入矿井涌水余热回收装置(603)中完成稀溶液预热，跳过除尘水余热回收装置(604)；若稀溶液温度高于喷淋水温度和矿井涌水温度，则开启电磁阀XI(811)，关闭电磁阀VI(806)、电磁阀VII(807)、电磁阀VIII(808)、电磁阀IX(809)、电磁阀X(810)、电磁阀XII(812)，使稀溶液直接进入稀溶液－制冷剂换热器(601)中，跳过除湿溶液预热过程。

9.根据权利要求6所述的调控方法，其特征在于，智能控制系统(8)和通风系统(9)相结合，实现送风参数控制；通过风管温度传感器I(820)、风管温度传感器II(821)收集温度数据，上传至中央处理器并判断是否符合送风温度需求，通过控制电动蝶阀(903)和矿井新风风机(901)控制送风量；通过风管湿度传感器I(824)、风管湿度传感器II(825)收集湿度数据由中央处理器判断是否符合送风需求并通过电磁阀XIII(813)和电磁阀XIV(814)控制溶液流量；通过风管湿度传感器III(826)、风管湿度传感器IV(827)，判断是否需要采用溶液加热装置(205)，通过控制电磁阀IV(804)和电磁阀V(805)控制溶液浓度，通过控制对稀溶液进行加热以满足需求，使送风湿度满足标准。