[發明專利]一種高地溫地質隧道降溫系統及應用方法

在審

• 申請號: 201910988640.0
• 申請日: 2019-10-17
• 公開（公告）號: CN110552733A
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發明（設計）人: 李世海;高之然;張一鳴
• 申請（專利權）人: 河北工業大學;中科前衍(深圳)工程科學發展有限公司
• 主分類號: E21F3/00
• 分類號: E21F3/00
• 代理公司: 12210 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 付長杰

1.一種高地溫地質隧道降溫系統，其特征在于：包括儲水沸騰裝置、氣體排熱裝置及多個導水導氣裝置，多個導水導氣裝置的進出口依次串聯，遠離工作面的導水導氣裝置的出氣口連接氣體排熱裝置的入口，靠近工作面的導水導氣裝置的出水口和進氣口連接儲水沸騰裝置的進水口和出氣口，儲水沸騰裝置靠近工作面附近的巖壁安裝，多個導水導氣裝置沿隧道長度方向依次布置；

所述導水導氣裝置包括注水口、導水管、導氣管、第一隔熱板；導水管固定在第一隔熱板上，導水管的進水口連接注水口，在導水管的上方的第一隔熱板上通過導氣管固定卡固定有導氣管，導氣管沿隧道長度方向布置；所述第一隔熱板固定在隧道的巖壁上；

所述儲水沸騰裝置包括沸騰箱、第二隔熱板；所述沸騰箱通過第二隔熱板固定在工作面附近的隧道巖壁上，沸騰箱下部設有沸騰箱進水口，沸騰箱進水口通過相關管路及導水管連接頭連接相鄰的導水導氣裝置的導水管出水口，沸騰箱的上部設有沸騰箱出氣口，沸騰箱出氣口通過相關管路及導氣管連接頭連接相鄰的導水導氣裝置的導氣管的進氣口；

所述氣體排熱裝置包括抽氣泵、排熱管、散熱箱，抽氣泵的進氣端連接相鄰導水導氣裝置的導氣管出氣口，抽氣泵的出氣端通過排熱管連接排熱管接口，排熱管接口連接散熱箱；所述散熱箱放置在隧道的地面上，抽氣泵固定在導氣管末端的隧道巖壁上。

2.根據權利要求1所述的隧道降溫系統，其特征在于：所述導水導氣裝置中的導水管直徑小于導氣管直徑。

3.根據權利要求1所述的隧道降溫系統，其特征在于：所述導水導氣裝置中第一隔熱板設置為固定尺寸，多組相同導水導氣裝置的第一隔熱板插接在一起，相應管道之間利用接頭連接。

4.根據權利要求1所述的隧道降溫系統，其特征在于：所述沸騰箱上安裝有壓力表。

5.根據權利要求1所述的隧道降溫系統，其特征在于：散熱箱中放置冰塊。

6.根據權利要求1所述的隧道降溫系統，其特征在于：所述系統設置在隧道內部靠近工作面10m的范圍內。

7.一種權利要求1所述的隧道降溫系統的應用方法，該方法的步驟是；

1)計算出任意壓力及溫度狀態下水蒸發為1m³水蒸氣所要吸收的熱量，總結出溫度、壓力、水蒸發為1m³水蒸氣所要吸收的熱量之間的對應關系，并列表；

2)根據列表中的溫度數據和水蒸發為1m³水蒸氣所要吸收的熱量數據，進行函數擬合，得到1m³水蒸氣所要吸收的熱量與溫度數據的關系式，對于該關系式在初始環境溫度t1和目標環境溫度t2之間進行積分，得到式(3)，

其中，K為蒸發1m³水蒸氣環境溫度從t₁下降到t₂時吸收的熱量；

3)再計算蒸發1m³水蒸氣使得環境溫度從t₁下降到t₂時，所能影響隧道內局部空氣體積；結合隧道施工空間總體積、步驟2)計算的K值以及從初始環境溫度t₁下降到目標溫度t₂所需時間，設定抽氣泵的對應額定功率；

同時查步驟1)的列表找到目標環境溫度t所對應的目標壓強，進而確定儲水沸騰裝置內部所需要達到的目標氣壓；

將冷水從遠離工作面的導水導氣裝置的注水口注入，使冷水在導水管內流通，并在其流動過程中吸收熱量，最終流向儲水沸騰裝置中的沸騰箱；利用氣體排熱裝置中抽氣泵抽取沸騰箱內部空氣，使得沸騰箱內氣壓降低，導致沸騰箱內水的沸點降低；水從導水管流向沸騰箱時液面蒸發面積迅速增大，加之氣壓降低，導致水開始沸騰，吸收大量的熱。