专利名称：一种用于煤矿井下局部降温的方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于煤矿井下局部降温的方法及其系统，尤其是指一种空气流膨 胀减焓自力式煤矿井下局部降温方法及其系统，属于煤矿井下降温领域。
背景技术：
随着煤矿矿井开采逐年加深，井下热害日趋严重，有些掘进工作面的空气干球温 度已超过30°C，相对湿度可达到100%。热害已对矿工身体健康造成了危害，对矿井安全带 来威胁，极大地降低了劳动生产率，按照国家安全生产的规定，必须对煤矿井下实施降温措 施。当采用隔绝热源、加强通风等非制冷措施不足以消除井下热害，或者技术经济效 果不佳时，一般可以考虑采用人工制冷降温措施。人工制冷降温措施按照制冷机的容量和 设置位置可大致分为集中降温和局部降温方式。集中降温方式是利用固定在地表或井下的大型制冷机进行降温的方式，即制冷机 在竖井井口或井底冷却全部进风的直接制冷方式和制冷机的冷水用送水管送往工作面附 近与移动热交换器配套，组成局部冷却的分散制冷方式。但是集中降温方式存在投资大、安 装维护困难、运输过程冷损失大等缺点。局部降温方式是利用独立移动式制冷机在各工作面实施局部降温的方式，这种局 部降温方式投资较低、灵活方便。传统的井下移动空调采用的就是局部降温方式，但它还 存在冷凝器易结垢、蒸发器易堵，等缺点，特别是冷凝热的排放是一个在井下十分棘手的难 题。以飞行器环境控制系统中涡轮冷却技术为基础发展而来的矿井局部降温机，也是一种 以压缩空气为动力来降低矿井掘进工作面环境温度的局部降温设备，该设备采用涡轮膨胀 制冷，在正常供气情况下，它能产生一股低温气流。但是该矿井局部降温机还存在两个缺 点(1)由于气流中含有水分，这些水分在低温下将转化为冰粒，长期运行后会出现高速运 转的涡轮被冰粒打坏的现象，导致该降温机不能长期稳定运行；( 由于制冷量过小，因此 难以满足使整个掘进工作面区域的空气干球温度由32°C降到^rc以下的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于煤矿井下局部降温的方法及其系统，该系统不仅 能够克服传统井下移动空调的缺点，而且能够长期稳定运行，有效达到局部降温要求。为达到上述目的，本发明的技术方案如下一种用于煤矿井下局部降温的方法，其系统由地面部分和井下部分组成。地面部 分由空气压缩机、冷却器、油水分离器、稳压器、蒸发式冷凝器和干燥塔组成。地面部分的任 务是往井下输送干燥的空气流。工作时，井上空气经空气压缩机压缩后成为高温高压的气 体，经过冷却器，在其中被冷却水在定压下冷却，温度降低到常温，经过稳压器后，然后经油 水分离器分离掉空气中的润滑油和水分，再经过蒸发式冷凝器和硅胶干燥塔除去空气中的 水蒸汽。
井下部分由过滤器、调温阀、回热器、高压水分离器、涡轮冷却器、风机、混气调节 阀和散流器组成。经过干燥的空气再经过过滤器过滤后，通过调温阀进入涡轮冷却器，在涡 轮出口装置一个回热器，让膨胀涡轮出口出来的低温气流与来自地面的常温气流在其中进 行热交换。经回热器进一步被冷却后的空气流，在高压水分离器里分离出液态水，再进入涡 轮冷却器在其中膨胀减焓降温。通过混气调节阀的作用，进行一次回风混合达到舒适温度 的气流经风机加压后由散流器送到在掘进面工作的矿工周围。风机的动力来自涡轮膨胀 功。本发明的技术效果如下①与传统的井下移动空调相比，其可靠性要高，传统的井下移动空调冷凝器易结 垢、蒸发器易堵，而该装置设有油水分离器，可以分离掉空气中的润滑油和水分，以免污染 干燥剂和影响系统的正常工作。空气中的水分(包括水蒸气)在低温下结成冰粒时要放出 大量潜热，这将会减小涡轮的实际温降效果。由于气流在涡轮中的流速可高达超音速，冰粒 在高速气流的带动下会打坏喷管环和叶轮，为此该装置中不仅设有除去液体水的油水分离 器，而且在稳压器后面还应设有除去水蒸汽的蒸发式冷凝器和硅胶干燥塔。②与传统的井 下移动空调相比，其结构紧凑、单位体积内传热面积大、质量小、移动性好。③与传统的井 下移动空调相比，其可以通过调温阀的调节功能，调节涡轮进出口的空气流量和温度，制冷 量的大小可进行无级调节，使其降温用冷可以根据需要灵活调节。④与传统的井下移动空 调相比，其风机的动力来自涡轮膨胀功，因此不需要消耗电能，在井下没有安全隐患。⑤压 缩空气同时也是制冷剂和载冷剂，直接用于掘进面区域降温，所以降温速度快，能量利用率 高，对环境无污染。⑥与传统的井下移动空调相比，一般情况下只需操作涡轮进口的调节阀 门就可保证其进出口压力的膨胀比来达到所需的低温，制冷量便于调节，运行管理方便。⑦ 与传统的井下移动空调相比，专用散流器能在井下工作人员周围产生局部舒适小环境，冷 量利用效果好。
图1是利用本发明提供的方法进行煤矿井下局部降温的系统组成示意图。图1中标号名称1、空气压缩机；2、冷却器；3、油水分离器；4、稳压器；5、蒸发式 冷凝器；6、干燥塔；7、过滤器；8、调温阀；9、回热器；10、高压水分离器；11、排水孔；12、涡 轮冷却器；13、风机；14、混气调节阀；15、散流器。
具体实施例方式下面结合附图1和一个实施例对本发明的一种用于煤矿井下局部降温的方法及 其系统作进一步说明。如图1所示，一种用于煤矿井下局部降温的方法及其系统，由井上部分和井下部 分组成。所述的地面部分由空气压缩机1、冷却器2、油水分离器3、稳压器4、蒸发式冷凝器 5、干燥塔6组成。井上空气经空气压缩机1压缩后成为高温高压的气体，经过冷却器2在 其中被冷却水在定压下冷却，温度降低到常温，然后经油水分离器3分离掉空气中的润滑 油和水分，经过稳压器4后，再经过蒸发式冷凝器5和干燥塔6除去空气中的水蒸气。
所述的井下部分由过滤器7、调温阀8、回热器9、高压水分离器10、涡轮冷却器12、 风机13、混气调节阀14、散流器15组成，将经过除湿后的干空气在过滤器7中除去其中的 固体杂质，通过调温阀8调节涡轮进出口空气的流量和温度。系统在涡轮出口装置一个回 热器9，让膨胀减焓出来的低温气流与来自地面的常温气流在其中进行热交换。经回热交换 器9进一步被冷却后的空气流，在高压水分离器10里分离出液态水，再进入涡轮冷却器12 在其中膨胀减焓降温，而液态水则经高压水分离器10底部的排水孔11排出。气流在回热 器9中减焓降温后，可以降低进入涡轮冷却器12的空气的温度，从而降低涡轮冷却器12出 口的空气温度，同时低温空气经回热交换器9也可提高进入风机13的空气温度。为了提高 系统的经济性，可通过混气调节阀14的作用，使井下空气进行一次回风混合，达到舒适温 度的气流经风机13加压后由散流器15送到在掘进面工作的矿工周围。本实施例应用的供气压力为0. 18 0. 22 (MPa)，耗气量为16. 6 20. 1 (m3/min)， 制冷量为大于23 (kff)，噪声小于85 (dB)，在正常供气情况下，它能迅速将掘进工作面区域 (小截面)里的矿工周围小环境的空气干球温度由32°C降到^TC以下，并且能够长期稳定 运行。利用本发明形成的空气流膨胀减焓自力式煤矿井下降温系统具有能够长期稳定 运行、降温效果明显、能耗低和体积小等优点。同时，井下降温部分的驱动力来自压缩空气 流，不用电、不产生静电和机械火花，安全性好无防爆问题，特别适合用于煤矿井下降温。
权利要求
1.一种用于煤矿井下局部降温的方法及其系统，其特征在于，整个系统由地面部分和 井下部分组成，井上空气经过地面部分后得到高压干燥空气流，然后流经井下部分得到可 用于井下局部降温的低温气流。
2.根据权利要求1所述的一种用于煤矿井下局部降温的方法及其系统，其特征在于， 地面部分依井上空气流经位置依次由空气压缩机、冷却器、油水分离器、稳压器、蒸发式冷 凝器和干燥塔组成。
3.根据权利要求1所述的一种用于煤矿井下局部降温的方法及其系统，其特征在于， 井下部分由过滤器、调温阀、回热器、高压水分离器、涡轮冷却器、风机、混气调节阀和散流 器组成，回热器安装在涡轮出口，高压水分离器安装在涡轮进口，井下空气与涡轮出口的低 温气流在风机进口前进行混气。
全文摘要
本发明公开了一种用于煤矿井下局部降温的方法及其系统，属于煤矿井下降温领域。整个系统由地面和井下部分组成，其中地面部分由空气压缩机、冷却器、油水分离器、稳压器、蒸发式冷凝器和干燥塔组成，井下部分由过滤器、调温阀、回热器、高压水分离器、涡轮冷却器、风机、混气调节阀和散流器组成。地面部分提供的干燥空气经过滤、调温后进入涡轮冷却器，在涡轮出口的回热器中与干燥空气进行热交换，经回热器冷却后的空气流，在高压水分离器里分离出液态水，再进入涡轮在其中膨胀减焓降温，然后经一次回风混合后经风机和散流器送到矿工周围。利用本发明形成的井下局部降温系统具有能够长期稳定运行、降温效果明显、能耗低和体积小等优点。
文档编号E21F3/00GK102140927SQ20111010937
公开日2011年8月3日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者余刚, 张昌, 於一乐, 王雪 申请人:於一乐, 武汉纺织大学