矿井全通风井下降温及井筒保温系统

462 编辑：中冶有色技术网来源：济南玖盈节能科技有限公司

2024-01-11 11:43:34

权利要求书： 1.一种矿井全通风井下降温及井筒保温系统，包括高温段冷水机组、余热水源、低温段热泵机组、喷淋换热器、表冷器、挡液板、风道和引风机，其中：所述喷淋换热器左侧上方开有进风口以供环境空气进入，内部上侧设有喷淋管和填料区，下侧设有集水槽，右侧上部与风道连接，所述水冷机组和余热水源分别在上端通过送水管与喷淋换热器内的喷淋管连接，在下端通过回水管与喷淋换热器下部连接；所述表冷器和挡液板均设置在风道内部且左右紧贴设置，表冷器下部设有凝水盘，凝水盘下侧设有排水管，低温段热泵机组上、下端分别通过送水管和回水管与表冷器连接；

所述风道自喷淋换热器向右延伸，紧邻喷淋换热器右侧的上端开有旁通进风口，风道在旁通进风口右侧分为两条支路，分别为第一支路和第二支路，第一支路与原风道同向延伸，设有旁通除雾器，此条支路在旁通除雾器右侧向下弯折与第二支路汇合，第二支路自分叉口向下之后向右延伸，将表冷器、挡液板和凝水盘包含其中，再向右延伸与第一支路汇合，风道汇合后沿第二支路方向向右延伸，并开设排风口，排风口与井筒房直接连接，排风口处设有引风机。

2.如权利要求1所述的矿井全通风井下降温及井筒保温系统，其特征是，所述余热水源为矿井水、乏风喷淋水、空压机冷却水、瓦斯发电冷却水或瓦斯抽放冷却水中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的矿井全通风井下降温及井筒保温系统，其特征是，所述高温段冷水机组和余热水源与送水管和回水管连接处设有阀门。

4.如权利要求1所述的矿井全通风井下降温及井筒保温系统，其特征是，所述旁通进风口处设有喷淋换热器旁通风阀，风道在第一支路和第二支路分叉与旁通除雾器之间设有表冷器旁通风阀。

5.如权利要求1所述的矿井全通风井下降温及井筒保温系统，其特征是，所述风道安装旁通除雾器处设有检修口。

6.如权利要求1所述的矿井全通风井下降温及井筒保温系统，其特征是，所述喷淋管为金属管，下侧安装有喷头，将水洒入填料区中。

7.如权利要求6所述的矿井全通风井下降温及井筒保温系统，其特征是，所述喷头为雾化喷头。

8.如权利要求1所述的矿井全通风井下降温及井筒保温系统，其特征是，所述集水槽右侧设有溢水口。

9.如权利要求1所述的矿井全通风井下降温及井筒保温系统，其特征是，所述高温段冷水机组和余热水源的回水管在喷淋换热器的一端设置在集水槽处。

10.如权利要求1所述的矿井全通风井下降温及井筒保温系统，其特征是，所述喷淋换热器和表冷器对应的回水管分别在中段设有高温段循环泵和低温段循环泵。

说明书：矿井全通风井下降温及井筒保温系统技术领域[0001] 本实用新型涉及煤矿井下温度控制领域，具体涉及一种矿井全通风井下降温及井筒保温系统。背景技术[0002] 对于矿井内温度控制，目前主要有五种方式，一是冰系统，即通过地面制冰机获得冰水或流化冰，通过管道送至井下，然后在井下融化成5℃左右的冷水，输送至工作面降温，回水一般和矿井水一同排至地面。由于蒸发温度较低，所以制冰降温系统能耗较高；此外冰的流动性差，冰融水不回收，进一步增加了系统能耗及水耗。这种技术因系统复杂、能耗高，逐步被淘汰。二是井下集中制冷冷水系统，即在井下开辟制冷硐室，安置制冷机组，蒸发器产出的5 10℃的冷水送至工作面降温，冷凝器产出的热水通过管道送至地面冷却塔。由于~冷凝器需要承压，所以其换热性能大大削弱，造成制冷能效也比较低；此外由于井下防爆要求较高，工作环境较差，为了保证系统工作稳定性，制冷机组造价成本非常高。三是承压换热系统，即在地面获得-10℃ 0℃的乙二醇溶液，通过管道送至井下承压换热器，冷却从工~

作面返回的冷水，乙二醇溶液温度升至10 15℃后返回地面，由制冷设备降温。和制冰系统~

相比，承压换热系统可以有效解决冰的流动性问题及冰融水回收问题，但因其蒸发温度仍较低，且承压换热器存在较大的换热损失，能耗也比较高。四是压力交换系统，即在地面获得4 7℃的冷水，通过管道送至井下的压力交换系统，通过压力交换系统，将冷水势能转移~

到从工作面返回的冷水回水中，从而减小冷水回水送至地面所消耗的水泵增压能耗，同时然后减小的冷水在工作面压力，降低空冷器承压。针对热害严重的高温矿井，除工作面需要制冷外，为方便人员、交通设备安全，巷道也需要降温，这就涉及到第五种井下降温方式：全通风井下降温及井筒保温系统。这种系统是在地面井筒附近安装表冷器等降温设备，采用地面集中热泵站产出的7 12℃冷水，夏季把环境高温空气降温至20℃左右，再送入矿井，改~

善巷道工作环境。冬季，则采用热泵站产出的40 45℃热水，把环境空气加热至2℃以上，实~

现井筒保温。

[0003] 针对全通风条件下矿井温度控制，已有相关研究成果。例如专利ZL201410798462.2、专利ZL201220652875.6、专利ZL 201520042146.2、专利ZL

201520042739.9和专利ZL201520108515.3等。这些技术仍存在一些不足，例如，采用无动力方式，需要配置非常大的表冷器。由于井筒房进风口是不规则的，向井架、绞绳、井筒进出口无法全封闭，所以始终有部分环境空气未经表冷器直接进入井筒，造成降温效果下降，甚至产生露滴，影响设备、人员安全。再如冬季井筒保温，由于井筒保温仅要求2℃以上，庞大的无动力表冷器换热量过大，不仅造成能量浪费，还会因进风温度过高损失天然冷源对井下热害的缓解，如果控制表冷器热水流量或温度实现精准调节，在低温天气又会造成盘管冻结，损坏表冷器。另外，采用表冷器对全通风进行降温或井筒保温，夏季降温时需要7℃以下的冷水，热泵（或制冷机）能耗仍较高；冬季保温时，像矿井常见的乏风喷淋换热水（10 20~

℃）、矿井水（20 30℃），不能直接用于表冷器热源，必须通过热泵提取升温。

~

[0004] 如何解决这些在当前全通风井下降温及井筒保温系统存在的问题，未见相关研究。实用新型内容

[0005] 本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种矿井全通风井下降温及井筒保温系统，可进行主动送风无需封闭井筒房便能防止环境空气直接进入井筒，较现有温度控制系统降温和保温所需能耗均明显降低，同时可保证不因温度控制系统给矿井造成新的安全隐患。[0006] 为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：[0007] 一种矿井全通风井下降温及井筒保温系统，包括高温段冷水机组、余热水源、低温段热泵机组、喷淋换热器、表冷器、挡液板、风道和引风机，其中：[0008] 所述喷淋换热器左侧上方开有进风口以供环境空气进入，内部上侧设有喷淋管和填料区，下侧设有集水槽，右侧上部与风道连接，所述水冷机组和余热水源分别在上端通过送水管与喷淋换热器内的喷淋管连接，在下端通过回水管与喷淋换热器下部连接；所述表冷器和挡液板均设置在风道内部且左右紧贴设置，表冷器下部设有凝水盘，凝水盘下侧设有排水管，低温段热泵机组上、下端分别通过送水管和回水管与表冷器连接；[0009] 所述风道自喷淋换热器向右延伸，紧邻喷淋换热器右侧的上端开有旁通进风口，风道在旁通进风口右侧分为两条支路，分别为第一支路和第二支路，第一支路与原风道同向延伸，设有旁通除雾器，此条支路在旁通除雾器右侧向下弯折与第二支路汇合，第二支路自分叉口向下之后向右延伸，将表冷器、挡液板和凝水盘包含其中，再向右延伸与第一支路汇合，风道汇合后沿第二支路方向向右延伸，并开设排风口，排风口与井筒房直接连接，排风口处设有引风机。[0010] 所述余热水源为矿井水、乏风喷淋水、空压机冷却水、瓦斯发电冷却水或瓦斯抽放冷却水中的一种或多种。[0011] 所述高温段冷水机组和余热水源与送水管和回水管连接处设有阀门，对接入喷淋换热器的水路进行控制。[0012] 所述旁通进风口处设有喷淋换热器旁通风阀，风道在第一支路和第二支路分叉与旁通除雾器之间设有表冷器旁通风阀。[0013] 所述风道安装旁通除雾器处设有检修口，方便操作人员安装拆卸旁通除雾器进行定期更换，保证除雾效果。[0014] 所述喷淋管为金属管，下侧安装有喷头，将水洒入填料区中。[0015] 所述喷头为雾化喷头，保证洒入填料区中的水雾均匀。[0016] 所述集水槽右侧设有溢水口，将空气冷凝形成的水引流出喷淋换热器。[0017] 所述高温段冷水机组和余热水源的回水管在喷淋换热器的一端设置在集水槽处。[0018] 所述喷淋换热器和表冷器对应的回水管分别在中段设有高温段循环泵和低温段循环泵。[0019] 本实用新型所使用的高温段冷水机组、低温段热泵机组、表冷器、挡液板、旁通除雾器等设备均为业内常用的现有设备，在此不再赘述。[0020] 本实用新型的有益效果是：[0021] 1、增加引风机，实现主动送风，所以无需封闭井筒房便能防止环境空气直接进入井筒；[0022] 2、夏季全通风降温工况，通过喷淋换热器，可以利用18 26℃的高温冷水，把环境~空气冷却至22℃左右，承担绝大部分空气凝结减湿、降温负荷，减少表冷器7 12℃的低温冷~

水冷量消耗，由于高温高温段冷水机组制取18 26℃的冷水能耗小于低温低温段热泵机组~

制取7 12℃的冷水能耗，所以整个通风降温制冷能耗大幅降低；

~

[0023] 3、冬季井筒保温工况，通过喷淋换热器，可以利用5 25℃的低温余热水（如矿井~水，乏风喷淋水等），可以把环境空气加热至2℃以上，承担绝大部分空气加热负荷，减少表冷器35 50℃的热泵热水消耗，由于5 25℃低温余热水能耗远小于低温低温段热泵机组制~ ~

取35 50℃的热水能耗，所以整个井筒保温能耗大幅降低；同时通过余热水加热空气，可使~

表冷器避免低温冻结，增强井筒保温系统安全及煤矿生产安全。

附图说明[0024] 图1是本实用新型的结构示意图；[0025] 图2是本实用新型夏季全通风降温工况喷淋换热器、表冷器都工作时流程示意图；[0026] 图3是本实用新型冬季井筒保温工况喷淋换热器、表冷器都工作时流程示意图；[0027] 图4是本实用新型夏季全通风降温工况喷淋换热器工作、表冷器不工作时流程示意图；[0028] 图5是本实用新型冬季井筒保温工况喷淋换热器不工作、表冷器工作时流程示意图；[0029] 其中，1、低温段热泵机组；2、高温段冷水机组；3、余热水源；4、进风口；5、喷淋换热器；6、喷淋管；7、填料区；8、旁通进风口；9、喷淋换热器旁通风阀；10、表冷器旁通风阀；11、表冷器；12、挡液板；13、旁通除雾器；14、引风机；15、高温段循环泵；16、低温段循环泵；17、集水槽；18、溢水口；19、凝水盘；20、排水管；21、排风口；22、送水管；23、回水管；24、风道。具体实施方式[0030] 下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。[0031] 本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。[0032] 如图1所示，矿井全通风井下降温及井筒保温系统，包括高温段冷水机组2、余热水源3、低温段热泵机组1、喷淋换热器5、表冷器11、挡液板12、风道24和引风机14，其中：[0033] 所述喷热换热器5左侧上方开有进风口4以供环境空气进入，内部上侧设有喷淋管6和填料区7，填料区7中有空气经过时将空气进行降温或升温，底部设有集水槽17，右侧上部与风道24连接，所述高温段水冷机组2和余热水源3分别在上端通过送水管22与喷淋换热器5内的喷淋管6连接，在下端通过回水管23与集水槽17连接，所述送水管22和回水管23连接高温段冷水机组2和余热水源3处设有阀门；所述表冷器11和挡液板12均设置在风道24内部，表冷器11下方设有凝水盘19，凝水盘19下侧设有排水管20，低温段热泵机组1上、下端分别通过送水管22和回水管23与表冷器11连接；

[0034] 所述风道24自喷淋换热器5向右延伸，紧邻喷淋换热器5右侧的上端开有旁通进风口8，旁通进风口8内设置喷淋换热器旁通风阀9，风道24在旁通进风口8右侧分为两条支路，分别为第一支路和第二支路，第一支路与原风道24同向延伸，并设有表冷器旁通风阀10，表冷器旁通风阀10右侧设有旁通除雾器13，第一支路在旁通除雾器13右侧向下弯折与第二支路汇合，第二支路自分叉口向下之后向右延伸，将表冷器11、挡液板12和凝水盘19包含其中，再向右延伸与第一支路汇合，风道24汇合后沿第二支路方向向右延伸，并开设排风口21，排风口21与井筒房直接连接，排风口21处设有引风机14，实现主动送风，无需封闭井筒房便能防止环境空气进入井筒内部。

[0035] 所述余热水源3为矿井水、乏风喷淋水、空压机冷却水、瓦斯发电冷却水或瓦斯抽放冷却水中的一种或多种，有利于实现废物利用，达到节能环保的目的；所述喷淋换热器旁通风阀9、表冷器旁通风阀10通过人工控制开关，控制环境空气的进入通路，实现降温和保温效果；所述风道24安装旁通除雾器13处设有检修口，方便操作人员对旁通除雾器13的定期更换以保证除雾效果；所述喷淋管6为金属管，下侧安装有喷头，将水洒入填料区7中，所述喷头为雾化喷头；所述集水槽17右侧设有溢水口18，将空气冷凝形成的水引流出喷淋换热器5；所述高温段水冷机组2和余热水源3的回水管23在喷淋换热器5的一端设置在集水槽17处；所述喷淋换热器5和表冷器11对应的回水管23分别在中段设有高温段循环泵15和低温段循环泵16。

[0036] 如图2所示，夏季全通风降温工况，喷淋换热器旁通风阀9和表冷器旁通风阀10均处于关闭状态，高温段冷水机组2出口冷水经送水管22进入喷淋管6，经喷头喷洒入填料区7和经进风口4进入的空气进行换热，在填料区7内部，空气温度降低、水温度升高，升温后的水受重力作用向下流入集水槽17，经高温段回水管23由高温段循环泵15输送回高温段冷水机组2内部，空气温度降低时形成大量凝结水，通过溢水口18排出；低温段热泵机组1出口冷水，通过送水管22进入表冷器11，此时空气经风道24的第二支路进入表冷器11与冷水进行温度交换，此时空气温度降低形成的凝结水进入凝水盘19，由排水管20排出，表冷器11中温度升高的水经低温段回水管23由低温段循环泵16输送回低温段热泵机组1内部，冷却下来的空气受引风机14产生的压力通过排风口21进入井筒房，实现对矿井的降温作业。[0037] 如图3所示，冬季井筒保温工况，喷淋换热器旁通风阀9和表冷器旁通风阀10均处于关闭状态，余热水源3的低温余热水经送水管22进入喷淋管6，通过喷头喷洒入填料区7，与经进风口4进入的空气进行换热，在填料区7内部，空气温度升高、水温降低，降温后的水流入集水槽17，经高温段回水管23由高温段循环泵15输送回余热水源3内部；低温段热泵机组1出口热水，通过送水管22进入表冷器11，此时空气经过风道24的第二支路进入表冷器11与热水进行温度交换，表冷器11中温度降低的水经低温段回水管23由低温段循环泵16输送回低温段热泵机组1内部，升温的空气受引风机14产生的压力通过排风口21进入井筒房，实现对矿井的保温作业。[0038] 如图4所示，当喷淋换热器5工作、表冷器11不工作时，喷淋换热器旁通风阀9关闭、表冷器旁通风阀10打开，环境空气从进风口4进入，在喷淋换热器5内部经过填料区7、喷淋管6，离开喷淋换热器5后进入风道24，进入第一支路，经旁通除雾器13进入引风机14，然后送至排风口21进入井筒房。[0039] 如图5所示，当喷淋换热器5不工作、表冷器11工作时，喷淋换热器旁通风阀9打开，表冷器旁通风阀19关闭，环境空气从旁通进风口8进入风道24，进入第二支路，流经表冷器11和挡液板12，随后进入引风机14，送至排风口21进入井筒房。

[0040] 上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。