巷幫截流式礦井降溫方法及降溫系統技術方案

本發明專利技術公開了一種巷幫截流式礦井降溫方法及降溫系統，使用該方法的礦井的進風大巷兩側間隔設有鉆場，軌道上下山和運輸上下山兩側間隔設有鉆場，在鉆場兩端施工定向鉆孔；第一步是使用制冷機組制備冷卻水并送入進風大巷；第二步是使冷卻水流過進風大巷兩側相鄰的鉆場之間的定向鉆孔；第三步是使冷卻水流過設置在軌道和運輸上下山兩側相鄰的鉆場之間的定向鉆孔；第四步是高溫水流至回風井處；第五步是地面泵站將水抽上地面后送入熱交換器，通過熱交換器降溫后的水重新進入制冷機組，再從第一步驟開始不斷循環運行。本發明專利技術還公開了實現上述方法的降溫系統。本發明專利技術的方法及系統降溫效果好、能夠調節各注水點的水流量，同時能夠有效利用地熱。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及地下降溫
，適用于地熱較強的高溫礦井，尤其涉及一種礦井降溫方法及降溫系統。
技術介紹
隨著礦井開采強度的增大，開采深度的延伸，地熱（地溫熱源）災害逐漸威脅著礦井生產，高溫礦井的數量也在不斷增加。繼礦井五大災害之后，地熱也逐漸成為煤礦安全生產的一大災害。礦井通風除了能夠供給井下新鮮風流、稀釋炮煙、瓦斯等有毒有害氣體外，還能有效排除采掘工作面熱量，維持舒適的工作環境，保障井下工作人員的身體健康和勞動安全。采掘工作面必須有足夠的風量，而礦井風量的調節幅度一般不大，根據巷道斷面的不同，風流速度都有一定的要求。對于高溫礦井來講，新鮮風流在進入采掘工作面之前經進風大巷或軌道和運輸上（下）山時已與巷道內的環境溫度發生熱交換，使得風流溫度增高，被加熱的風流難以攜帶采掘工作面的更多熱量，以至于采掘工作面溫度過高。前人的研究中，提出通風降溫、抽取地下熱水源、煤層注低溫水或冰、空氣壓縮制冷、巷道壁鋪設隔熱材料等礦井降溫方法。例如：通風降溫多數采用制冷機組或冷媒對進風氣流降溫，雖然有一定的效果，但由于礦井風流量大且無法循環使用，導致投入及運行費用過大，降溫效果有限。巷道壁鋪設隔熱材料方法降溫是在巷道的背板支護或壁后充填中加入隔熱材料，將巷道周壁圍巖對工作面的熱輻射“屏蔽”于巷道之外，以此來降低巷道內的環境溫度，如圍巖壓力過大，需要求隔熱材料具有抗壓強度高、傳熱系數低、體積密度小等特點，以至于使用的材料昂貴；另外，該技術也只是暫時延緩了圍巖對巷道的傳熱，并不能阻止圍巖對巷道的傳熱。因此，亟需找到一種投資小、收益大、便于礦上操作，并且能夠有效降低礦井環境溫度的方法。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種降溫效果好、能夠調節各注水點的水流量、操作簡便、投資少的巷幫截流式礦井降溫方法，在實現礦井降溫效果的同時能夠有效利用地熱。為實現上述目的，本專利技術提供了一種巷幫截流式礦井降溫方法，使用該方法的礦井的進風大巷兩側間隔設有鉆場，進風大巷連接有運輸上下山和軌道上下山，運輸上下山和軌道上下山的兩側均間隔設有鉆場；本專利技術的方法按以下步驟進行：第一步驟是使用制冷機組制備冷卻水，并通過保溫管將冷卻水由進風副井送入礦井內的進風大巷；相鄰鉆場之間設有若干排定向鉆孔，每排定向鉆孔設有若干列；連接在相鄰鉆場之間的各定向鉆孔形成一個注水點；注水點采用靜壓或者動壓注水；第二步驟是使冷卻水在沿進風大巷流過設置在進風大巷兩側相鄰的鉆場之間的定向鉆孔，冷卻水在定向鉆孔中流動時將地溫熱源與進風大巷隔開，并向進風大巷傳遞冷量；在此過程中進風大巷兩側的各鉆場分別被冷卻水冷卻；第三步驟是使冷卻水在沿運輸上下山和軌道上下山流動時流過設置在運輸上下山和軌道上下山兩側相鄰的鉆場之間的定向鉆孔，冷卻水在定向鉆孔中流動時將地溫熱源與運輸上下山和軌道上下山隔開，并向運輸上下山和軌道上下山傳遞冷量；第四步驟是冷卻水通過各處定向鉆孔流經回風上下山和回風大巷流至回風井處，冷卻水在定向鉆孔中流動時被地溫熱源加熱，溫度逐漸升高成為高溫水；高溫水流至回風井處，并通過地面泵站將高溫水抽至地面；第五步驟是設置在地表的地面抽水泵站將高溫水由回風井抽上地面后送入熱交換器，通過熱交換器得到降溫后的溫度較高的水重新進入制冷機組，再從第一步驟開始不斷循環運行。所述熱交換器為設置在鍋爐供水管上的熱交換器或者地熱發電機的熱交換器。本專利技術的目的還在于提供一種實現上述巷幫截流式礦井降溫方法的巷幫截流式礦井降溫系統。為實現上述目的，本專利技術的巷幫截流式礦井降溫系統包括礦井通風系統和沿礦井通風巷道布設的循環水系統；所述礦井通風系統包括由地面向下設置的進風副井，進風副井下端與礦井的進風大巷相連通；進風大巷連接有運輸上下山和軌道上下山，運輸上下山連接工作面的進風順槽為工作面送風；工作面連接有回風上下山，回風上下山連接有回風大巷，回風大巷連接有豎向設置的回風井，回風井上端露于地表；所述循環水系統包括設置在地表的制冷機組，制冷機組連接有用于運送冷卻水的保溫管，保溫管沿進風副井通入礦井；所述運輸上下山和軌道上下山內分別設置有分支管路，所述回風大巷、回風上下山以及回風井內設置有回水管；軌道和運輸上下山兩側間隔設有鉆場；相鄰鉆場之間設有若干排巷幫定向鉆孔，每排定向鉆孔設有若干列；連接在相鄰鉆場之間的各定向鉆孔形成一個注水點；注水點采用靜壓或者動壓注水；進風大巷兩側間隔設有鉆場，運輸上下山和軌道上下山兩側間隔設有鉆場；同側相鄰的兩個鉆場之間設有若干排巷幫定向鉆孔，每排定向鉆孔設有若干列；連接在相鄰鉆場之間的各定向鉆孔形成一個注水點；注水點采用靜壓或者動壓注水；進風大巷、運輸上下山和軌道上下山一側的注水點相互串連形成第一條水路，進風大巷、運輸上下山和軌道上下山另一側的注水點相互串連形成第二條水路；以水流動的方向為前向，第一條水路和第二條水路中最后方注水點分別通過集中進水管連接保溫管且集中進水管上設有分流閥；第一條水路和第二條水路中最前方注水點的集中出水管連接分支管路；分支管路的前端連接回水管；回水管通過回風井通至地面；運輸上下山和軌道上下山兩側的各定向鉆孔的進水一端通過集中進水管連接分支管路且其出水一端通過集中出水管連接分支管路；回風井處的地表上設有用于將回水抽上地表的地面泵站，地面泵站的進水口連接所述回水管；地面泵站的出水口通過管路連接有熱交換器；熱交換器通過管路連接所述制冷機組。所述制冷機組的出水溫度為5℃－10℃；所述定向鉆孔的直徑為89毫米；所述熱交換器為地熱發電機或鍋爐的熱交換器；所述地熱發電機通過導線連接所述制冷機組并為制冷機組供電。在原理上，本專利技術是通過低溫循環水阻隔巷幫熱源傳入到進風巷中，避免進風風流受地熱影響溫度過高，有效降低進風巷道內的環境溫度，從而降低井下工作面、鉆場等場所的環境溫度。分流閥的設置，可以靈活調節各注水點的水流量，使各注水點能夠均衡地工作在最佳狀態。本專利技術工作時，冷卻水不停地循環流動，持續起到阻隔地溫熱源的作用。具體地，本專利技術的巷幫截流式礦井降溫方法及降溫系統主要利用制冷機組產生的低溫水，通過保溫管（保溫管能夠降低沿程的冷量損失）輸送至井下，將低溫水灌入到兩個鉆場內的連通定向鉆孔內，起到阻隔地溫熱源的作用，抑制高溫圍巖對進風大巷的風流傳熱，避免風流在進入工作面之前已被加熱，有效地降低采掘工作面溫度，相比以往鋪設隔熱材料、局部通風機制冷等方法更為經濟有效；同時由于定向鉆孔距離巷幫較近，又能起到傳遞冷量的作用，進一步防止進風大巷內的風流（新風）溫升過高。采用地熱發電機作為熱交換器時，地熱發電機所產生的電能又能夠為制冷機組所利用，實現余熱利用并降低制冷機組的能耗。采用其他熱交換器同樣可以利用水中的余熱，使本專利技術在防止礦下溫度過高的同時充分利用無污染、無消耗的地熱資源。附圖說明圖1是本專利技術的結構示意圖；1-進風副井、2-保溫管、3-進風大巷、4-定向鉆孔、5-運輸上下山、6-進風順槽、7-工作面、8-本文檔來自技高網...

【技術保護點】
巷幫截流式礦井降溫方法，使用該方法的礦井的進風大巷兩側間隔設有鉆場，進風大巷連接有運輸上下山和軌道上下山，運輸上下山和軌道上下山的兩側均間隔設有鉆場；其特征在于按以下步驟進行：第一步驟是使用制冷機組制備冷卻水，并通過保溫管將冷卻水由進風副井送入礦井內的進風大巷；相鄰鉆場之間設有若干排定向鉆孔，每排定向鉆孔設有若干列；連接在相鄰鉆場之間的各定向鉆孔形成一個注水點；注水點采用靜壓或者動壓注水；第二步驟是使冷卻水在沿進風大巷流過設置在進風大巷兩側相鄰的鉆場之間的定向鉆孔，冷卻水在定向鉆孔中流動時將地溫熱源與進風大巷隔開，并向進風大巷傳遞冷量；在此過程中進風大巷兩側的各鉆場分別被冷卻水冷卻；第三步驟是使冷卻水在沿運輸上下山和軌道上下山流動時流過設置在運輸上下山和軌道上下山兩側相鄰的鉆場之間的定向鉆孔，冷卻水在定向鉆孔中流動時將地溫熱源與運輸上下山和軌道上下山隔開，并向運輸上下山和軌道上下山傳遞冷量；第四步驟是冷卻水通過各處定向鉆孔流經回風上下山和回風大巷流至回風井處，冷卻水在定向鉆孔中流動時被地溫熱源加熱，溫度逐漸升高成為高溫水；高溫水流至回風井處，并通過地面泵站將高溫水抽至地面；第五步驟是設置在地表的地面抽水泵站將高溫水由回風井抽上地面后送入熱交換器，通過熱交換器得到降溫后的溫度較高的水重新進入制冷機組，再從第一步驟開始不斷循環運行。...

【技術特征摘要】
1.巷幫截流式礦井降溫方法，使用該方法的礦井的進風大巷兩側間隔設有鉆場，進風大巷連接有運輸上下山和軌道上下山，運輸上下山和軌道上下山的兩側均間隔設有鉆場；
其特征在于按以下步驟進行：
第一步驟是使用制冷機組制備冷卻水，并通過保溫管將冷卻水由進風副井送入礦井內的進風大巷；相鄰鉆場之間設有若干排定向鉆孔，每排定向鉆孔設有若干列；連接在相鄰鉆場之間的各定向鉆孔形成一個注水點；注水點采用靜壓或者動壓注水；
第二步驟是使冷卻水在沿進風大巷流過設置在進風大巷兩側相鄰的鉆場之間的定向鉆孔，冷卻水在定向鉆孔中流動時將地溫熱源與進風大巷隔開，并向進風大巷傳遞冷量；在此過程中進風大巷兩側的各鉆場分別被冷卻水冷卻；
第三步驟是使冷卻水在沿運輸上下山和軌道上下山流動時流過設置在運輸上下山和軌道上下山兩側相鄰的鉆場之間的定向鉆孔，冷卻水在定向鉆孔中流動時將地溫熱源與運輸上下山和軌道上下山隔開，并向運輸上下山和軌道上下山傳遞冷量；
第四步驟是冷卻水通過各處定向鉆孔流經回風上下山和回風大巷流至回風井處，冷卻水在定向鉆孔中流動時被地溫熱源加熱，溫度逐漸升高成為高溫水；高溫水流至回風井處，并通過地面泵站將高溫水抽至地面；
第五步驟是設置在地表的地面抽水泵站將高溫水由回風井抽上地面后送入熱交換器，通過熱交換器得到降溫后的溫度較高的水重新進入制冷機組，再從第一步驟開始不斷循環運行。
2.根據權利要求1所述的巷幫截流式礦井降溫方法，其特征在于：所述熱交換器為設置在鍋爐供水管上的熱交換器或者地熱發電機的熱交換器。
3.實現權利要求1中所述巷幫截流式礦井降溫方法的巷幫截流式礦井降溫系統，其特征在于：包括礦井通風系統和沿礦井通風巷道布設的循環水系統；
所述礦井通風系統包括由地面向下設置的進風副井，進風副井下端與礦井的進風大巷...

【專利技術屬性】
技術研發人員：魏建平，李波，劉勇，尚顯光，徐向宇，張宏圖，秦恒潔，賈炳，
申請(專利權)人：河南理工大學，
類型：發明
國別省市：河南;41