[發明專利]一種用于煤礦井下局部降溫的方法及其系統

無效

• 申請號: 201110109376.2
• 申請日: 2011-04-29
• 公開（公告）號: CN102140927A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發明（設計）人: 張昌;余剛;於一樂;王雪
• 申請（專利權）人: 武漢紡織大學;於一樂
• 主分類號: E21F3/00
• 分類號: E21F3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種用于煤礦井下局部降溫的方法及其系統，尤其是指一種空氣流膨脹減焓自力式煤礦井下局部降溫方法及其系統，屬于煤礦井下降溫領域。

背景技術

隨著煤礦礦井開采逐年加深，井下熱害日趨嚴重，有些掘進工作面的空氣干球溫度已超過30℃，相對濕度可達到100％。熱害已對礦工身體健康造成了危害，對礦井安全帶來威脅，極大地降低了勞動生產率，按照國家安全生產的規定，必須對煤礦井下實施降溫措施。

當采用隔絕熱源、加強通風等非制冷措施不足以消除井下熱害，或者技術經濟效果不佳時，一般可以考慮采用人工制冷降溫措施。人工制冷降溫措施按照制冷機的容量和設置位置可大致分為集中降溫和局部降溫方式。

集中降溫方式是利用固定在地表或井下的大型制冷機進行降溫的方式，即制冷機在豎井井口或井底冷卻全部進風的直接制冷方式和制冷機的冷水用送水管送往工作面附近與移動熱交換器配套，組成局部冷卻的分散制冷方式。但是集中降溫方式存在投資大、安裝維護困難、運輸過程冷損失大等缺點。

局部降溫方式是利用獨立移動式制冷機在各工作面實施局部降溫的方式，這種局部降溫方式投資較低、靈活方便。傳統的井下移動空調采用的就是局部降溫方式，但它還存在冷凝器易結垢、蒸發器易堵，等缺點，特別是冷凝熱的排放是一個在井下十分棘手的難題。以飛行器環境控制系統中渦輪冷卻技術為基礎發展而來的礦井局部降溫機，也是一種以壓縮空氣為動力來降低礦井掘進工作面環境溫度的局部降溫設備，該設備采用渦輪膨脹制冷，在正常供氣情況下，它能產生一股低溫氣流。但是該礦井局部降溫機還存在兩個缺點：(1)由于氣流中含有水分，這些水分在低溫下將轉化為冰粒，長期運行后會出現高速運轉的渦輪被冰粒打壞的現象，導致該降溫機不能長期穩定運行；(2)由于制冷量過小，因此難以滿足使整個掘進工作面區域的空氣干球溫度由32℃降到26℃以下的要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于煤礦井下局部降溫的方法及其系統，該系統不僅能夠克服傳統井下移動空調的缺點，而且能夠長期穩定運行，有效達到局部降溫要求。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種用于煤礦井下局部降溫的方法，其系統由地面部分和井下部分組成。地面部分由空氣壓縮機、冷卻器、油水分離器、穩壓器、蒸發式冷凝器和干燥塔組成。地面部分的任務是往井下輸送干燥的空氣流。工作時，井上空氣經空氣壓縮機壓縮后成為高溫高壓的氣體，經過冷卻器，在其中被冷卻水在定壓下冷卻，溫度降低到常溫，經過穩壓器后，然后經油水分離器分離掉空氣中的潤滑油和水分，再經過蒸發式冷凝器和硅膠干燥塔除去空氣中的水蒸汽。

井下部分由過濾器、調溫閥、回熱器、高壓水分離器、渦輪冷卻器、風機、混氣調節閥和散流器組成。經過干燥的空氣再經過過濾器過濾后，通過調溫閥進入渦輪冷卻器，在渦輪出口裝置一個回熱器，讓膨脹渦輪出口出來的低溫氣流與來自地面的常溫氣流在其中進行熱交換。經回熱器進一步被冷卻后的空氣流，在高壓水分離器里分離出液態水，再進入渦輪冷卻器在其中膨脹減焓降溫。通過混氣調節閥的作用，進行一次回風混合達到舒適溫度的氣流經風機加壓后由散流器送到在掘進面工作的礦工周圍。風機的動力來自渦輪膨脹功。

本發明的技術效果如下：

①與傳統的井下移動空調相比，其可靠性要高，傳統的井下移動空調冷凝器易結垢、蒸發器易堵，而該裝置設有油水分離器，可以分離掉空氣中的潤滑油和水分，以免污染干燥劑和影響系統的正常工作。空氣中的水分(包括水蒸氣)在低溫下結成冰粒時要放出大量潛熱，這將會減小渦輪的實際溫降效果。由于氣流在渦輪中的流速可高達超音速，冰粒在高速氣流的帶動下會打壞噴管環和葉輪，為此該裝置中不僅設有除去液體水的油水分離器，而且在穩壓器后面還應設有除去水蒸汽的蒸發式冷凝器和硅膠干燥塔。②與傳統的井下移動空調相比，其結構緊湊、單位體積內傳熱面積大、質量小、移動性好。③與傳統的井下移動空調相比，其可以通過調溫閥的調節功能，調節渦輪進出口的空氣流量和溫度，制冷量的大小可進行無級調節，使其降溫用冷可以根據需要靈活調節。④與傳統的井下移動空調相比，其風機的動力來自渦輪膨脹功，因此不需要消耗電能，在井下沒有安全隱患。⑤壓縮空氣同時也是制冷劑和載冷劑，直接用于掘進面區域降溫，所以降溫速度快，能量利用率高，對環境無污染。⑥與傳統的井下移動空調相比，一般情況下只需操作渦輪進口的調節閥門就可保證其進出口壓力的膨脹比來達到所需的低溫，制冷量便于調節，運行管理方便。⑦與傳統的井下移動空調相比，專用散流器能在井下工作人員周圍產生局部舒適小環境，冷量利用效果好。

附圖說明