[發明專利]一種利用回風的深部采場通風制冷系統

在審

• 申請號: 202011145008.9
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN114483151A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 崔崢;劉昱;邵衛
• 申請（專利權）人: 山東高等技術研究院;山東大學
• 主分類號: E21F3/00
• 分類號: E21F3/00;E21F1/00;E21F17/18
• 代理公司: 青島仟航知識產權代理事務所(普通合伙) 37289
• 代理人: 紀尚旭

本發明提供了一種利用回風的深部采場通風制冷系統，其特征在于，包括風井、回風空冷塔、制冷機組、采場空冷器，新鮮風由風井輸入到礦井中，然后回風經過回風空冷塔進行熱交換，空冷塔中冷卻的熱水與制冷機組的蒸發端進行熱交換，制冷機組的制冷劑被冷卻后與來自采場空冷器的熱水進行熱交換，對來自空冷器的熱水進行冷卻，來自空冷器中熱水冷卻后進入采場空冷器中，對進入采場空冷器中的空氣進行冷卻，冷卻后的空氣輸送到采場中，從而完成采場環境降溫的效果。本發明使用回風系統提供冷量代替了水冷塔系統，避免了供水困難和水污染的問題。

技術領域

本發明涉及深部金屬礦采場降溫技術領域，具體設計一種利用回風的深部金屬礦采場通風降溫系統，可有效降低礦井下的環境溫度，減少井上制冷系統的高壓換熱設備，提高系統的安全性和穩定性。

背景技術

深井采礦過程中，井下熱環境惡化問題十分突出。隨著礦井采深度增加，進入深部之后，礦山工作面開始受高溫影響，這不僅制約礦山的安全生產建設，也威脅礦工的身體健康。我國《金屬非金屬礦山安全規程》規定：生產礦井采掘工作面空氣溫度不得超過26℃，機電設備硐室的空氣溫度不得超過30℃，當上述兩工作地點的空氣溫度超過30℃和34℃時必須停止作業。與此同時，由于工藝過程的需要，采礦過程會產生大量溫度穩定的礦井廢水。以某黃金礦井為例，現有的深井作業區（深度＞500m）主要以通風冷卻為主，井下溫度高（29℃），相對濕度大（＞96%），冷卻效果差，熱環境非常惡劣。為保證礦井安全生產和職工身體健康，必須針對性地采取有效措施，降低環境溫度，治理高溫熱害。

國內外采用的深井冷卻技術有：布置通風系統、工人冷卻服、在井上、井下增設制冷機等。存在的問題有：通風系統隨著作業深度的增加效果變差；工人冷卻服成本高，作業過程并不方便；井下制冷機存在排熱困難，以空氣為散熱介質導致降溫效果差、運行費用高等問題。

利用流體誘導傳熱元件振動實現強化換熱是被動強化換熱的一種形式，可將換熱器內對流體振動誘導的嚴格防止轉變為對振動的有效利用，使傳動元件在低流速下的對流換熱系數大幅度的提高，并利用振動抑制傳熱元件表面污垢，減低污垢熱阻，實現復合強化傳熱。

換熱器及其相關技術經過近幾十年的迅速發展，取得了令人鼓舞的進步，然而一些長期未能解決的問題更加凸現出來。換熱器內流體誘導振動和傳熱表面積垢，是世界公認的亟待解決的突出問題。流體誘導振動會導致劇烈的噪聲與傳熱管束的損壞，傳熱管束表面積垢會造成巨大的能量與資源損失。在換熱器內完全防止管束振動是不可能的，而通過增加傳熱管束的強度來防止振動從而避免管束的損壞與噪聲，并不總是有效的。利用流體誘導傳熱管束的振動實現強化換熱是無源強化換熱的一種形式，通過對振動的有效利用，可在實現強化換熱的同時抑制傳熱表面積垢，降低污垢熱阻，實現復合強化換熱。

我國金屬礦資源開采已轉向深部，隨著開采深度的不斷增加和采掘機械化程度的提高，礦井熱害日益嚴重，對安全高效生產將產生嚴重影響，成為金屬礦行業亟待解決的重大科技問題。井下高溫、高濕的工作環境會使人感到不舒適，從而降低勞動生產率，增大事故率，影響礦井的安全生產。人在高溫條件下從事繁重體力勞動時，如果周圍環境的冷卻能力不足以吸收人體散發的熱量，就會使人體產熱量和散熱量之間的熱平衡受到破壞，從而引起人體不良的生理、心里反應，過高的熱環境可以使人體的溫度調節機能失調。

深井熱害是礦山深部開采的關鍵問題，制約著金屬礦山的深部開采能力。在井下熱害治理方面，通風技術因其作用范圍廣、運行維護成本低，是熱害防治的首選技術。與此同時，隨著千米以下礦山開采深度的增加，通風系統冷卻能力將接近極限，通風降溫已無法解決深部開采面臨的熱害問題，因而需要發展制冷通風技術。但是礦井深度大、井下換熱環境復雜，中央空調系統投資費用高，不靈活，無法對礦山復雜的工況做出快速反應，水冷塔系統供水管路鋪設長度長，壓差大，在深部礦山使用有較大供水困難，并且地下水往往水質較差，在使用冷卻水制冷過程中容易造成冷卻裝置堵塞和污染，不便于維護，同時縮短設備使用壽命。因此傳統的制冷系統已不能滿足礦井生產需求。