CN210829360U - 一种采煤工作面全风量降温系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采煤工作面全风量降温系统，属于矿井热害治理技术领域。包括冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、进风空气冷却装置、回风空气冷却装置、工作面、进风巷、总回风巷及其相应的管道组成。本实用新型在矿井下布置冷水机组，由冷水机组制备的冷冻水通过管路输送到进风巷处的进风空气冷却装置，对进入工作面前的空气进行降温除湿处理。同时回风空气冷却装置安装在矿井的总回风巷，利用矿井回风与冷却水进行热交换排放系统冷凝热。与现有技术相比，可以在整体上改善矿井内的热环境，同时进风空气冷却装置和回风空气冷却装置无需动力驱动，无需建冷却塔。具有明显的经济效益和社会效益。

Description

一种采煤工作面全风量降温系统

技术领域

本实用新型涉及一种采煤工作面全风量降温系统，属于矿井热害治理技术领域。

背景技术

随着矿井开采深度的增加，矿井高温热害问题越来越严重。井下高温高湿的气候条件，不仅损害工人的身体健康，而且会降低劳动生产率，使事故率上升，严重影响煤矿的安全生产。为改善矿井内的劳动环境，提高劳动效率和安全效益，对于热害严重的矿井必须采用机械制冷降温的方法实现矿井降温，改善矿井的作业环境，降低矿井热害问题造成的影响。

目前矿井降温方法通常采用集中式冷水系统降温，在地面或井下设置制冷机组，制出低温冷冻水，将冷冻水通过管路输送到使用地点，最终通过安设的井下使用地点的空气冷却装置对进入工作面的空气进行降温除湿，达到改善作业地点空气环境的目的。集中式冷水系统可以起到一定的降温效果，但矿井占地面积大且用冷地点分散，集中布置制冷站将导致冷水输送管路过长，到达用冷地点后冷水输送管内的冷冻水温升较大，导致降温效果不能满足要求；同时目前采煤工作面设置的空气冷却装置大都安装防爆风机等动力设备，造成投资大幅上升，运行费用高，存在安全隐患，而且无法实现对工作面的全风量降温，也存在降温效果不佳的问题。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种采煤工作面全风量降温系统。本实用新型的系统把冷水机组布置在井下，冷水机组制备的冷冻水通过管道到达进风空气冷却装置，在对进入工作面前的空气降温后，通过另一冷冻水管道回到冷水机组。冷水机组通过冷凝器把热量传到冷却水中，冷却水通过冷却水管道到达回风空气冷却装置，通过回风空气冷却装置散热，之后冷却水通过另一冷却水管道回到冷水机组，形成循环。

本实用新型提供的一种采煤工作面全风量降温系统，包括冷水机组、进风空气冷却装置和回风空气冷却装置；进风空气冷却装置和回风空气冷却装置分别与冷水机组相连；所述冷水机组包括冷凝器、压缩机、蒸发器和节流阀，所述冷凝器和蒸发器均包括两条通道，冷凝器的第一通道、压缩机、蒸发器的第一通道和节流阀依次相连形成回路；

所述进风空气冷却装置安装在采煤工作面进风巷内，所述进风空气冷却装置包括前风门、后风门、位于前风门上的过人前门、位于后风门上的过人后门、空冷器、冷冻水进水管和冷冻水出水管，所述前风门、后风门和空冷器依次远离采煤工作面，所述空冷器安装在靠近采煤工作面进风巷两侧的壁面处，所述冷冻水进水管和冷冻水出水管的一端分别与空冷器的进水口和出水口相连，所冷冻水进水管和冷冻水出水管的另一端分别与蒸发器的第二通道的两端相连；所述空冷器靠近采煤工作面进风巷中轴线的一侧安装有导流板，所述导流板的一端与前风门相连，另一端通过挡板与距离其最近的采煤工作面进风巷的壁面相连；

所述回风空气冷却装置安装在总回风巷中，所述回风空气冷却装置包括多个回冷器，所述多个回冷器通过冷却水进水管并联连接，所述回冷器的出水汇集至冷却水回水管，且冷凝器的第二通道的管道两端分别与冷却水进水管和冷却水回水管相连。

在本实用新型的一种实施方式中，所述冷水机组的蒸发器通过冷冻水进水管和冷冻水出水管与空冷器相连形成循环回路，对进入工作面前的空气进行降温除湿处理，冷冻水进水管靠近蒸发器处安装有冷冻水泵。

在本实用新型的一种实施方式中，进风空气冷却装置中除去挡板之外，其余部件不与采煤工作面进风巷的壁面相连。

在本实用新型的一种实施方式中，进风空气冷却装置和回风空气冷却装置为无动力空气冷却装置，即无需动力驱动的装置，其余管道布置与普通换热器一致。

在本实用新型的一种实施方式中，所述空冷器上的换热管优选采用椭圆管道，管道采用竖放，即长轴与进风巷纵截面平行，短轴与进风巷纵截面垂直，这样更有利于换热。

在本实用新型的一种实施方式中，所述前风门、后风门用于阻挡热风直接进入工作面，两道门不可同时打开，当有物料车到达时，前风门先打开，物料车全部进入后，前风门关闭，后风门打开，物料车通过后，后风门关闭。

在本实用新型的一种实施方式中，所述过人前门、过人后门在有工人经过时打开，两道门不可同时打开，工人到达时，先开启过人前门，工人进入后，过人前门关闭，再打开过人后门，工人通过后，过人后门关闭。

在本实用新型的一种实施方式中，所述前风门、后风门、过人前门、过人后门优选自动开关的门。

在本实用新型的一种实施方式中，所述导流板用于引导热风从两端的空冷器经过，换热后再从采煤工作面进风巷的巷道两侧流入工作面。

在本实用新型的一种实施方式中，所述导流板靠近采煤工作面进风巷中轴线的一侧安装有过滤器，所述过滤器用于阻止空气中的粉尘进入空冷器表面，避免影响其换热效率，同时提高进入工作面的空气质量；其中，过滤器的一端与前风门相连，另一端通过挡板与距离其最近的采煤工作面进风巷的壁面相连。

在本实用新型的一种实施方式中，所述空冷器左右两侧各有多个喷淋装置，其中，靠近采煤工作面进风巷中轴线一侧的喷淋装置位于导流板远离采煤工作面进风巷中轴线的一侧，主要用于对表冷器进行清洗，以保证装置的处理空气的效率。

在本实用新型的一种实施方式中，导流板、空冷器、过滤器、喷淋装置均安装在采煤工作面进风巷靠近壁面的两侧，可避免阻碍物料车及工人通行。

在本实用新型的一种实施方式中，所述冷水机组的冷凝器通过冷却水进水管和冷却水出水管与回冷器相连形成循环回路，所述冷却水进水管靠近冷凝器处安装有冷却水泵。

在本实用新型的一种实施方式中，所述回冷器的个数可以根据实际需求来设置，例如为了冷量利用充分，可以放置多个回冷器。

在本实用新型的一种实施方式中，所述回风空气冷却装置安装在总回风巷中，利用矿井回风对冷却水进行散热处理。

在本实用新型的一种实施方式中，从冷凝器出来的冷却水经过冷却水泵后到达回风空气冷却装置，从冷却水进水管进入回冷器，与矿井回风换热后从冷却水回水管出来，经过管道回到冷凝器中。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型系统中的冷水机组布置在采区内部，冷水机组与空冷器和回冷器连接的冷冻水和冷却水管路距离较短，冷损小，可提高工作面的降温除湿效果；

(2)进风空气冷却装置和回风空气冷却装置为无动力换热装置，不需配置防爆风机，即可实现空气冷却，不仅可以降低投资和运行费用，而且可以提高系统的安全性，减少系统的维护工作量；

(3)本实用新型的进风空气冷却装置的布置可实现工作面全风量降温，相较现有技术中的非全风量降温，能够明显的提高降温除湿效果；

(4)本实用新型的进风冷却装置的表冷器等安装在进风巷的两侧，同时风门可自动开启关闭，既可以保证工作面降温效果又不会妨碍物料车及工人的通行。

(5)本实用新型的系统处理可把工作面进风巷温度30℃，湿度90％的空气处理为温度小于20℃，相对湿度小于80％的空气。

(6)本实用新型采用无动力回风空冷装置可不必安装冷却塔，在实现系统冷凝热排放的同时节约投资和运行费用。

附图说明

图1为本实用新型的一种实施方式中的一种采煤工作面全风量降温系统的示意图。

图2是本实用新型一种实施方式中的系统中的进风空气冷却装置的平面图。

图1～2中：1—冷水机组，2—冷凝器，3—压缩机，4—蒸发器，5—节流阀， 6—冷冻水泵，7—冷却水泵，8—进风空气冷却装置，9—采煤工作面进风巷，10 —工作面，11—总回风巷，12—回风空气冷却装置，13—回冷器，14—冷却水进水管，15—冷却水出水管，16—冷冻水进水管，17—喷淋装置，18—冷冻水出水管，19—导流板，20—过滤器，21—过人前门，22—后风门，23—前风门，24 —过人后门，25—空冷器，26—挡板。

具体实施方式

实施例1

如图1～2所示，本实用新型的采煤工作面全风量降温系统包括冷水机组1、进风空气冷却装置8和回风空气冷却装置12；所述冷水机组1包括冷凝器2、压缩机3、蒸发器4和节流阀5，所述冷凝器2和蒸发器4均包括两条通道，冷凝器2的第一通道、压缩机3、蒸发器4的第一通道和节流阀5依次相连形成回路，进风空气冷却装置8和回风空气冷却装置12分别与冷水机组1的蒸发器4的第二通道和冷凝器2的第二通道相连；

进风空气冷却装置8安装在采煤工作面进风巷9内，进风空气冷却装置8 沿远离工作面10方向依次包括有后风门22、位于后风门22上的过人后门24、前风门23、位于前风门23上的过人前门21以及空冷器25，空冷器25的长边与采煤工作面进风巷9的延伸方向平行，冷冻水进水管16和冷冻水出水管18分别与蒸发器4的第二通道的两端相连，且穿过空冷器25，用于冷却热风，其中，冷冻水进水管16安装有冷冻水泵6，从采煤工作面进风巷9的壁面到中轴线方向依次安装有喷淋装置17、空冷器25、喷淋装置17、导流板19和过滤器20，导流板19和过滤器20的一端与前风门23相连，另一端通过挡板26与距离其最近的工作面进风巷9的壁面相连，进风空气冷却装置8中除去挡板26之外，其余部件不与采煤工作面进风巷9的壁面相连；

回风空气冷却装置12安装在总回风巷11中，所述回风空气冷却装置12包括多个回冷器13，所述多个回冷器13通过冷却水进水管14并联连接，所述回冷器13的出水汇集至冷却水回水管15，且冷凝器2的第二通道的管道两端分别与冷却水进水管14和冷却水回水管15相连，冷却水进水管14安装有冷却水泵。

优选的，导流板19用于引导热风从两端的空冷器25经过，换热后再从采煤工作面进风巷9的巷道两侧流入工作面。

优选的，所述过滤器20用于阻止空气中的粉尘进入空冷器表面，避免影响其换热效率，同时提高进入工作面的空气质量

优选的，所述空冷器25上的换热管优选采用椭圆管道，管道采用竖放，即长轴与进风巷纵截面平行，短轴与进风巷纵截面垂直，这样更有利于换热。

优选的，所述前风门23、后风门22用于阻挡热风直接进入工作面，两道门不可同时打开，当有物料车到达时，前风门23先打开，物料车全部进入后，前风门23关闭，后风门22打开，物料车通过后，后风门22关闭。过人前门21、过人后门24在有工人经过时打开，两道门不可同时打开，工人到达时，先开启过人前门21，工人进入后，过人前门21关闭，再打开过人后门24，工人通过后，过人后门24关闭。

优选的，喷淋装置17主要用于对表冷器进行清洗，以保证装置的处理空气的效率。

其中，导流板19、空冷器25、过滤器20、喷淋装置17均安装在采煤工作面进风巷9靠近壁面的两侧，可避免阻碍物料车及工人通行。

本实用新型采煤工作面全风量降温系统的使用原理：

通过冷水机组1中的蒸发器4中介质蒸发吸热使得冷冻水管道16中的冷冻水的水温下降，冷冻水由冷冻水泵驱动进入到空冷器25内部的换热管内流动，热风经过过滤器20过滤后通过导流板进入到空冷器25的换热管的外表面，与其换热管内的冷冻水进行换热，使得热空气降温除湿，降温除湿后的空气再从采煤工作面进风巷9的巷道两侧流入工作面10，使得采煤工作面10的空气温度降低；空冷器25与工作面进风巷道内热空气换热后使换热管内的冷冻水温度升高，通过冷冻水出水管18进入蒸发器4的第二通道，并与蒸发器内的介质进行换热冷冻水竖纹下降，冷冻水由冷冻水泵驱动进入冷冻水进水管16并进入到空冷器25 的换热管内，与热空气进行换热，以此循环。

通过冷水机组1中的冷凝器2中介质冷凝放热使得冷却水管道14中的冷却水的水温上升，冷却水由冷却水水泵驱动进入到回冷器13内部的换热管内流动，回风巷道中空气与回冷器13内部的换热管道进行换热，使换热管道内的冷却水温度降低，并沿冷却水出水管15输送至冷凝器2的第二通道内与冷凝器2内的介质进行换热使其水温上升，换热后的冷却水由冷却水泵驱动进入冷却水进水管 14再次进入到回冷器13的换热管道内进行换热，以此循环。

当有物料车到达时，前风门23先打开，物料车全部进入后，前风门23关闭，后风门22打开，物料车通过后，后风门22关闭。过人前门21、过人后门24在有工人经过时打开，两道门不可同时打开，工人到达时，先开启过人前门21，工人进入后，过人前门21关闭，再打开过人后门24，工人通过后，过人后门24 关闭，从而实现热风全部经过空冷器处理的目的。

实施例2

某采煤工作面，宽度为200m，断面的平均周长为14m，平均原始岩温40℃，围岩的不稳定换热系数为0.003856kW/(m2·℃)，采面的供风量为1500m3/min，在未采取降温措施之前假设采煤工作面进风干球温度为30℃，相对湿度为80％，回风流的干球温度为36℃，相对湿度为100％；在采取降温措施后，处理后风流的干球温度为26℃，相对湿度为90％。经计算工作面的冷负荷为2000kW。按照实施例1的方式安装采煤工作面全风量降温系统，其中，回冷器13的个数是15个，安装在总回风巷；空冷器的个数为8台，平均安装在采煤工作面进风巷9的巷道两侧，换热器的进风温度30℃，相对湿度80％，经过空冷装置降温除湿后处理后的空气温度为20℃，相对湿度90％，工作面进风温度26℃以下，空冷装置的风阻为 28Pa。能够满足工作面的温度要求。可见，通过无动力换热器处理后的空气状态均达到了设计要求，实现了全风量降温效果，达到治理高温热害的目的。此外表明本实用新型所涉及的采煤工作面全风量降温系统与方法，满足了工作面的降温要求，实现了无噪音、无成本运行。

Claims (8)

1.一种采煤工作面全风量降温系统，其特征在于，包括冷水机组(1)、进风空气冷却装置(8)和回风空气冷却装置(12)；进风空气冷却装置(8)和回风空气冷却装置(12)分别与冷水机组(1)相连；

所述冷水机组(1)包括冷凝器(2)、压缩机(3)、蒸发器(4)和节流阀(5)，所述冷凝器(2)和蒸发器(4)均包括两条通道，冷凝器(2)的第一通道、压缩机(3)、蒸发器(4)的第一通道和节流阀(5)依次相连形成回路；

所述进风空气冷却装置(8)安装在采煤工作面进风巷(9)内，所述进风空气冷却装置(8)包括前风门(23)、后风门(22)、位于前风门(23)上的过人前门(21)、位于后风门(22)上的过人后门(24)、空冷器(25)、冷冻水进水管(16)和冷冻水出水管(18)，所述前风门(23)、后风门(22)和空冷器(25)依次远离采煤工作面(10)，所述空冷器(25)安装在靠近采煤工作面进风巷(9)两侧的壁面处，所述冷冻水进水管(16)和冷冻水出水管(18)的一端分别与空冷器(25)的进水口和出水口相连，所述冷冻水进水管(16)和冷冻水出水管(18)的另一端分别与蒸发器(4)的第二通道的两端相连；所述空冷器(25)靠近采煤工作面进风巷(9)中轴线的一侧安装有导流板(19)，所述导流板(19)的一端与前风门(23)相连，另一端通过挡板(26)与距离其最近的采煤工作面进风巷(9)的壁面相连；

所述回风空气冷却装置(12)安装在总回风巷(11)中，所述回风空气冷却装置(12)包括多个回冷器(13)，所述多个回冷器(13)通过冷却水进水管(14)并联连接，所述回冷器(13)的出水进入冷却水回水管(15)，且冷凝器(2)的第二通道的管道两端分别与冷却水进水管(14)和冷却水回水管(15)相连。

2.根据权利要求1所述的一种采煤工作面全风量降温系统，其特征在于，所述进风空气冷却装置(8)和回风空气冷却装置(12)为无动力换热装置。

3.根据权利要求2所述的一种采煤工作面全风量降温系统，其特征在于，所述空冷器(25)上的换热管采用椭圆管道，管道采用竖放，即长轴与进风巷纵截面平行，短轴与进风巷纵截面垂直。

4.根据权利要求1所述的一种采煤工作面全风量降温系统，其特征在于，所述导流板(19)靠近采煤工作面进风巷(9)中轴线的一侧安装有过滤器(20)。

5.根据权利要求1所述的一种采煤工作面全风量降温系统，其特征在于，所述空冷器(25)左右两侧各有多个喷淋装置(17)，其中，靠近采煤工作面进风巷(9)中轴线一侧的喷淋装置(17)位于导流板(19)远离采煤工作面进风巷(9)中轴线的一侧。

6.根据权利要求1所述的一种采煤工作面全风量降温系统，其特征在于，所述冷却水进水管(14)靠近冷凝器(2)处安装有冷却水泵(7)。

7.根据权利要求1所述的一种采煤工作面全风量降温系统，其特征在于，所述冷冻水进水管(16)靠近蒸发器(4)处安装有冷冻水泵(6)。

8.根据权利要求1所述的一种采煤工作面全风量降温系统，其特征在于，所述回冷器(13)的个数不限。

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