CN209512604U - 一种用于煤矸石山深度移热的热管装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于煤矸石山深度移热的热管装置，它应用于煤矸石山自燃防治技术领域，其包括两端封闭的管体，所述管体的上端由连轴器封闭连接，管体的下端由钻头封闭连接，所述管体的内部从下到上依次设有蒸发段、绝热段和冷凝段，所述管体的蒸发段内设有吸热介质，所述吸热介质的容量为整个管体容量的35‑40%，所述蒸发段的外壁设有螺旋状的肋骨，本实用新型结构简单、设计新颖，实用价值高，其利用热管移热的技术，将热管在钻机的作用下钻入煤矸石内，将煤矸石的热量科学转移到外部，能够使矸石山的温度降低至80℃以下，彻底解决了煤矸石山自燃的问题，有大力推广的必要。

Description

一种用于煤矸石山深度移热的热管装置

技术领域

本实用新型涉及煤矸石山自燃防治技术领域，具体的说是一种用于煤矸石山深度移热的热管装置。

背景技术

我国是产煤量最大的国家。煤矸石是煤炭生产中的伴生物，随着煤矿开采强度的增大，煤矸石产量也随之增加。煤炭经过洗选后，煤矸石被分离出来，其中极小部分被用作建筑材料或作为回填材料复用于井下，绝大部分被堆放在煤矸石山上，长期堆放存在自燃问题。

煤矸石自燃释放大量的SO₂，CO₂，CO，H₂S等有害气体，严重污染周边环境，另外,煤矸石山自燃还会发生垮塌、爆炸等灾害事故，煤矸石山自燃危害极大，亟待解决。

目前，国家主要从降温、隔绝空气两个方面入手，采用深层注浆灭火、局部挖出冷却和深部注入惰性气体等方法来阻止煤矸石山自燃，效果显著，但存在适用范围小、易复燃、成本高、施工麻烦等局限。

近年来，我国对热管的应用和研究越来越广泛，资料显示，距离地面4-6米处矸石山的温度为200-400℃不等，绝大部分区域的温度为200℃左右，小部分区域的温度为350-400℃。根据矸石山温度分布情况以及热管的特性分析，热管技术适用于将矸石山的温度降低到80℃左右，避免矸石山自燃。

传统工艺都是先在煤矸石山钻孔，之后将热管下放到开好的钻孔内，这样，在热管下放到钻孔的过程中会有大量空气被带进煤矸石内，大量的空气与高温的煤矸石混合，反而为煤矸石的自燃创造了条件，该方法实施过程存在致命的弊端，亟待研发新方案。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种用于煤矸石山深度移热的热管装置，利用热管的技术原理，能深度提取煤矸石山内部的热量，降低其温度到着火点以下，彻底解决了煤矸石山的自燃问题，降低煤矸石山自燃带来的危害。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

本实用新型包括两端封闭的管体，所述管体的上端由连轴器封闭连接，管体的下端由钻头封闭连接，所述管体的内部从下到上依次设有蒸发段、绝热段和冷凝段，所述管体的蒸发段内设有吸热介质，所述吸热介质的容量为整个管体容量的35-40%，所述蒸发段的外壁设有螺旋状的肋骨。

本实用新型的进一步改进在于：所述连轴器和管体之间通过连接管连接，所述连接管内设有与管体连通的安全阀和球阀，所述安全阀和球阀上方连轴器的底部开设有与大气连通的通孔。

本实用新型的进一步改进在于：所述冷凝段的外壁设有具有增强散热功能的翅片。

本实用新型的进一步改进在于：所述冷凝段的外壁活动、封闭连接有圆环形的套管，所述套管的下端设有进水口，所述进水口与进水阀连接，套管的上端设有出水口，冷凝段外壁上的翅片设置在套管内设置的循环水中。

本实用新型的进一步改进在于：所述肋骨上开设凹槽，所述凹槽内设有温度传感器，所述温度传感器的输出端与控制器的输入端电连接，所述控制器的输出端与进水阀电连接。

本实用新型的进一步改进在于：所述管体内的吸热介质为高纯水，管体内的压力小于标准大气压，高纯水的汽化温度不高于50℃。

本实用新型的进一步改进在于：所述管体内压力为0.012MPa。

由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的有益效果是：

本实用新型结构简单、无污染、移热效率高，实用性强，其利用热管移热的技术原理，将热管的蒸发段埋入煤矸石中，热管蒸发段吸收煤矸石的热量，管内介质由液态变为气态，在管内上升进入到冷凝段，在冷凝段的周围通入循环水，循环水吸收冷凝段放出的热量，管内的介质由气态变为液态，在重力作用下回流到蒸发段，继续吸收煤矸石的热量，如此循环，不断地将煤矸石中的热量转移到外部，降低煤矸石山的温度到着火点以下，有效解决了煤矸石山自燃的问题。

附图说明

图1是本实用新型的剖视结构示意图；

图2是本实用新型温度控制工作原理图。

其中，1、钻头；2、温度传感器；3、蒸发段；4、肋骨；5、绝热段；6、进水阀；7、进水口；8、冷凝段；9、翅片；10、套管；11、连轴器；12、出水口；13、管体；14、连接管；15、球阀；16、安全阀；17、通孔；18、控制器。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步详细说明：

一种用于煤矸石山深度移热的热管装置，如图1和图2所示，是一种导热性能极高的传热元件，其通过在全封闭真空管内液体的蒸发与凝结来传递热量，热管移热过程即为介质在热管蒸发段3吸收热量，在热管冷凝段8放出热量的过程。热管深度移热是利用热管内的介质将煤矸石山中的积热转移出来，降低煤矸石温度至着火点以下，阻碍煤矸石山自燃。

如图1所示，其包括两端封闭的管体13，所述管体13的上端由连轴器11封闭连接，管体13的下端由钻头1封闭连接，这样，在管体13被压入煤矸石的时候，只需要将连轴器11与钻机的动力轴连接，在钻机的作用下，由钻头1带动整个管体13被压入煤矸石内，以降低煤矸石的温度，防止其自燃，更重要的是，有效避免了传统方法在开孔和管体13下放过程中带入起助燃作用的空气，彻底解决了煤矸石的自燃。

所述连轴器11和管体13之间通过连接管14连接，所述连接管14内设有与管体13连通的安全阀16，所述安全阀16为自动阀，当管体13内蒸汽压力大于超过规定值时，该安全阀16自动打开向外排气，排出的蒸汽通过通孔17排向大气，所述通孔17开设在安全阀16和球阀15上方连轴器11的底部且与大气连通。所述连接管14内还设有与管体13连通的球阀15，通过所述球阀15从管体13内抽取空气，使管体13内呈负压环境，在压差的作用下将液体吸热介质吸入管体13内，然后关闭球阀15。所述连接管14的设置不仅起到连接连轴器11和管体13的作用，还能对连接管14内设置的安全阀16和球阀15起到保护的作用。

所述管体13的内部从下到上依次设有蒸发段3、绝热段5和冷凝段8，所述管体13的总长度为7.5米，外径约63毫米,内径约50毫米,蒸发段3的长度为4.5米，冷凝段的长度为2米，绝热段的长度为1米。所述蒸发段3的外壁设有螺旋状的肋骨4，使蒸发段3的外侧管壁形成钻杆螺纹，利于将管体13下部的蒸发段3在底部钻头1的带动下被压入煤矸石中，有效避免蒸发段3在钻入过程中混入起助燃作用的空气，降低煤矸石自燃的几率。

所述管体13内设有吸热介质，所述吸热介质设置在管体13的蒸发段3内，所述吸热介质为高纯水，水的容量为整个管体13容量的35-40%。当蒸发段3被埋入煤矸石后，蒸发段3内的高纯水吸收周围高温煤矸石的热量，蒸发段3内的水温升高由液态变为气态，在管体13内上升至冷凝段8，冷凝段8处环境温度远低于蒸汽的温度，在冷凝段8处气态的介质释放热量变成液态粘附在管体13的内壁，在重力作用下回流到蒸发段3继续吸收煤矸石的热量，如此循环，不断地将煤矸石中的热量转移到外部，最终将煤矸石内热量被转移，达到降低煤矸石山温度的目的，有效避免了煤矸石的自燃。

为保证冷凝段8的降温效果，在冷凝段8的外壁设有具有强化散热功能的翅片9，可增大换热面积，提高换热效率。在热管移热的初期需要移出的热量较多时，需要在冷凝段8的外壁连接一环形的套管10，套管10内设有起吸热、降温作用的介质循环水，所述套管10的下端设有进水口7，所述进水口7与进水阀6连接，通过进水阀6的开度大小控制套管10内水流的流速大小，满足冷凝段8的吸热降低介质温度的要求，套管10的上端设有出水口12，冷却水下进上出带走热管冷凝段8处放出的热量。出水口12可与取暖用户连接满足用户取暖的要求。这样，一方面煤矸石山的温度降低，避免了煤矸石山自燃带来的危害，另一方面煤矸石山放出的热量通过移热得以合理利用，一举两得，而且，该移热过程节能环保、经济实用，有必要大力推广。

冷凝段8外壁上的翅片9设置在套管10内设置的循环水中。当初始温度较高时，增大套管10内循环水的流速降低冷凝段8处的热量，如果散热量过大还可以通过其它附加散热设备的方式将热量散去，当热管工作一段时间需要散去的热量减少时，可降低冷凝段8外壁的套管10内循环水的流速，也可以直接拆除套管10，通过冷凝段8的外壁和外壁上设置的翅片9利用自然通风的方式将热量散失到大气中。利用空气与热管之间的自然对流换热，无需消耗过多的人力和物力资源，即可以实现煤矸石山的降温，有效解决煤矸石山的自燃问题。

为了精确控制热管降温效果，在蒸发段3的外壁上设置的肋骨4处开设凹槽，所述凹槽内装设温度传感器2，将温度传感器2装入凹槽内可有效避免管体13在钻入过程中损坏温度传感器2。所述温度传感器2为热电偶、热电阻等，在蒸发段3肋骨4处每间隔一米安装一个热电偶，可实时测量煤矸石的即时温度，掌握热管降温情况，对热管周围煤矸石温度实时监测，以便采取更好的降温措施。

如图2所示，所述温度传感器2的输出端与控制器18的输入端电连接，所述控制器18的输出端与进水阀6电连接。在测得的初始温度较高时，控制器18可控制进水阀6的开度变大，以增大套管10内的介质水的流速，使冷凝段8处放出的热量以最大的速度降低，当测得蒸发段3处的温度较低时，控制器18控制进水阀6的开度变小直至关闭，此时采取自然降温即可。

将管体13内装入高纯水，并抽取一定的空气，使管体13内的大气压小于标准大气压，保证管体13内水的汽化温度在50℃以下，最好控制其真空度为0.012MPa左右，然后将管体13的上端由连轴器11封闭连接。

众所周知，大气压与水的沸点成正比，大气压越大，水的沸点就越高，当大气压在0.012MPa时，水的沸点为50℃，也就是管体13内的水在吸收周围煤矸石的热量温度升高至50℃时就沸腾有液态变为气态上升，这样1千克的汽化上升到冷凝段8处变为液态可放热2500千焦，可深度提取煤矸石内的热量。水在50℃汽化能将周围煤矸石的温度有效降低到80℃以下，彻底解决了煤矸石自燃的问题。首次利用降低水沸点的方法深度提取煤矸石内部的热量，并将该热量转移进行再度合理利用。该设计科学合理，投资少，实用价值高，有大力推广的必要。

在实施过程中，先将管体13的底部用钻头1密封，顶部安装球阀15和安全阀16，打开球阀15抽取管体13内的空气，使管体13内呈负压，在压差的作用下将高纯水吸入管体13内，吸入的水量约为6千克，然后关闭球阀15，球阀15不再卸下，在球阀15和安全阀16外焊接一连接管14，通过所述连接管14将连轴器11与管体13连接在一起，所述连接管14还能起到保护球阀15和安全阀16的作用。所述安全阀16的设置可保证管体13内蒸汽压力值在规定范围内正常工作。将连轴器11与钻机的动力轴固定连接，在钻机的作用下依次通过连轴器11、连接管14将管体13顺利压入煤矸石山中，完成煤矸石内热量的有效转移。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种用于煤矸石山深度移热的热管装置，其特征在于：包括两端封闭的管体（13），所述管体（13）的上端由连轴器（11）封闭连接，管体（13）的下端由钻头（1）封闭连接，所述管体（13）的内部从下到上依次设有蒸发段（3）、绝热段（5）和冷凝段（8），所述管体（13）的蒸发段（3）内设有吸热介质，所述吸热介质的容量为整个管体（13）容量的35-40%，所述蒸发段（3）的外壁设有螺旋状的肋骨（4）。

2.根据权利要求1所述的一种用于煤矸石山深度移热的热管装置，其特征在于：所述连轴器（11）和管体（13）之间通过连接管（14）连接，所述连接管（14）内设有与管体（13）连通的安全阀（16）和球阀（15），所述安全阀（16）和球阀（15）上方连轴器（11）的底部开设有与大气连通的通孔（17）。

3.根据权利要求2所述的一种用于煤矸石山深度移热的热管装置，其特征在于：所述冷凝段（8）的外壁设有具有增强散热功能的翅片（9）。

4.根据权利要求3所述的一种用于煤矸石山深度移热的热管装置，其特征在于：所述冷凝段（8）的外壁活动、封闭连接有圆环形的套管（10），所述套管（10）的下端设有进水口（7），所述进水口（7）与进水阀（6）连接，套管（10）的上端设有出水口（12），冷凝段（8）外壁上的翅片（9）设置在套管（10）内设置的循环水中。

5.根据权利要求1所述的一种用于煤矸石山深度移热的热管装置，其特征在于：所述肋骨（4）上开设凹槽，所述凹槽内设有温度传感器（2），所述温度传感器（2）的输出端与控制器（18）的输入端电连接，所述控制器（18）的输出端与进水阀（6）电连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于煤矸石山深度移热的热管装置，其特征在于：所述管体（13）内的吸热介质为高纯水，管体（13）内的压力小于标准大气压，高纯水的汽化温度不高于50℃。

7.根据权利要求6所述的一种用于煤矸石山深度移热的热管装置，其特征在于：所述管体（13）内压力为0.012MPa。