基于封装相变材料微单元的深井降温系统的制作方法

本实用新型涉及深部开采矿井热害防治技术领域，特别是指一种基于封装相变材料微单元的深井降温系统。

背景技术：

随着我国金属工业生产规模持续扩大，浅部资源逐渐枯竭，矿山开采必须向深部发展，据统计我国已有1/3以上的有色金属矿山进入深井开采阶段。由于原岩温度随开采深度增加而不断升高，高温热害已成为深井开采普遍面临的灾害。高温高湿环境威胁工人身体健康，降低劳动生产率，增高事故率，还会加剧设备、设施的腐蚀，使电气线路绝缘程度下降，缩短设备、设施使用寿命。矿井热害已成为矿山向深井开采发展的重要制约因素，受到国内外采矿界的普遍关注。传统的矿井降温措施主要通过加大通风量，但随着开采深度的增加，热源构成愈来愈复杂，如围岩散热、空气自压缩放热、燃油机电设备散热、爆破放热、人体散热等。当风量增加到一定程度时，增风降温的效果就会减弱，通风的成本也大大增高，依靠通风降温的效率愈发低下，效果也越来越局限。纵观国内外对深井降温技术进行的大量探索，可分为人工制取冷水、制冰和空气压缩式制冷技术。南非姆波尼格金矿开拓深度已经达到4000米以上，深部岩体表面温度高达65℃，目前采用将冰浆加入管道循环制冷的技术为整座矿井降温，降温前工作面风温为55℃，降温后风温为28℃，降温效果明显，但存在输冷效率低、管道易出现故障等缺点；我国深井金属矿山目前广泛使用的降温技术主要是集中空调制冷技术，该技术存在运行能源耗费大等缺点。

相变材料是一类随温度变化而改变物理性质并能提供潜热的物质，在人类生活正在逐渐被广泛应用，并且未来将成为节能环保的最佳绿色环保载体。相变材料转变物理性质的过程称为相变过程，该过程中吸收或释放大量的潜热。利用相变材料的“固-液”相变过程进行热量储存及传输的技术叫做相变蓄热技术。该技术具有热量传输过程近似等温易控制、效率高、蓄热量大等优点，在建筑业、航空航天、空调节能等领域得到广泛应用，但在矿井热害治理领域尚无此类应用。应用于矿井降温选择与矿井环境温度相匹配的相变材料，可以克服冰浆输冷效率低的缺点。

技术实现要素：

本实用新型目的旨在克服国外已有成功经验的冰浆降温系统的成本高、效率低的缺点，由于冰-水相变温度过低，与深井环境温度不匹配，一大部分冷量在管道输送环节被白白消耗。本实用新型利用价格低廉并且与深井温度环境相匹配的相变材料载冷输送，减少输送过程中冷量的损失，提高冷量输送和利用效率，为实现这一目的，提供一种基于封装相变材料微单元的深井降温系统。

该系统包括制冷站、输冷管路、通风机、进风井、换热装置、回风井和封装相变材料微单元，制冷站位于地表，制冷站通过输冷管路与地下换热装置相连，进风井入口和回风井出口设置通风机，地下开采工作面、掘进工作面和机电硐室均设置换热装置，封装相变材料微单元置于输冷管路中。

其中，封装相变材料微单元表面设置散热沟槽，相变材料两端加装缓冲装置。

封装相变材料微单元使用高导热、耐腐蚀材料制作。

采用该基于封装相变材料微单元的深井降温系统进行深井降温的方法，具体如下：选择与矿井温度相匹配的相变材料制作封装相变材料微单元，在地表设置制冷站为封装相变材料微单元降温，输冷管路沿矿井通风线路敷设，封装相变材料微单元置于输冷管路内，通过水力输送至井下开采工作面、掘进工作面和机电硐室内换热装置，发生热交换为井下和硐室降温，封装相变材料微单元内的相变材料吸热发生相变，随后在输冷管路内被输送至地表制冷站，重新放热吸冷相变为固态，再进入输冷管路循环，从而达到为矿井降温的目的。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，利用低成本、与矿井环境温度匹配的相变储热材料输送冷量，降低输送过程中的冷量损失，减少冷量损失提高降温效率。创新性的利用封装微单元作为载体装载相变材料进入管路输送，提高输送效率同时避免相变材料腐蚀管路。

附图说明

图1为本实用新型的基于封装相变材料微单元的深井降温系统结构示意图；

图2为本实用新型的输冷管路示意图；

图3为本实用新型的封装相变材料微单元结构示意图。

其中：1-制冷站；2-输冷管路；3-通风机；4-进风井；5-开采工作面；6-换热装置；7-掘进工作面；8-机电硐室；9-回风井；10-封装相变材料微单元；11-相变材料；12-缓冲装置；13-散热沟槽。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型提供一种基于封装相变材料微单元的深井降温系统。

如图1所示，为该系统结构示意图，该系统中，制冷站1位于地表，制冷站1通过输冷管路2与地下换热装置6相连，进风井4入口和回风井9出口设置通风机3，地下开采工作面5、掘进工作面7和机电硐室8均设置换热装置6，封装相变材料微单元10置于输冷管路2中。

如图2和图3所示，封装相变材料微单元10置于输冷管路2中，封装相变材料微单元10表面设置散热沟槽13，相变材料11两端加装缓冲装置12。

实施例1：封装相变材料微单元及输送方式

封装相变材料微单元使用高导热、耐腐蚀材料制作，表面设置散热沟槽以提高热交换效率，两端缓冲装置防止其在管道输送中碰撞损坏。相变材料密封置于微单元内，不仅可以防止相变材料直接接触管道腐蚀内壁，还能够避免固态的相变材料直接在管道内输送磨损管道、堵塞管道。根据矿井温度范围和需冷量，选择合适的相变材料，表1为几种常用无机相变材料的相变温度和潜热。选用与矿井温度相匹配的相变材料可以降低输送过程中冷量损失率，提高输冷效率。

表1常用无机相变材料相变温度和潜热

实施例2：矿井降温工作过程

热交换主要通过井下高温采场和硐室内的热交换装置，相变材料在微单元内吸热由固态相变为液态，并释放出携带的冷量。随后被水力输送至地表制冷站，放热吸冷相变为固态，再次通过输冷管路进入井下高温区域降温。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。