一种高温矿井巷道联合支护与降温装置的制作方法

本发明涉及深井巷道支护及气温调节技术领域，尤其涉及一种高温矿井巷道联合支护与降温装置。

背景技术：

煤矿开采深度不断增大，深部的高地温直接导致矿井环境恶化形成热害，在深井开采过程中，高温环境严重危害工人身心健康，降低工作效率的同时增大了安全事故的风险。现今解决矿井热害问题主要思路有两种，一是采用隔热装置对围岩的热量进行阻隔；二是采用空冷器对巷道风流降温。以上两种思路采用的装置均无法主动对巷道围岩进行降温。对于高温巷道，影响其环境温度的主要因素之一是围岩温度分布情况，而围岩温度的降低能直接扩大巷道调热圈范围，更有利于对巷内环境温度的调节。本领域科研人员设计有公开号为CN103062854A，公开日期为2013-4-24的中国发明专利“热管锚杆空调装置”通过将锚杆换为高导热率的热管实现矿井四季温度的调节，但其仅适用于高寒地区的矿井气温调节，无法调节热害矿井巷道的温度。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本发明旨在根据主动进攻型思路提供一种矿井巷道联合支护与降温装置，用以解决目前被动治理矿井热害时降温效果不佳的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

利用中空锚杆支护形成稳定结构的同时直接对巷道围岩降温，通过中空锚杆内部注入的低温换热介质与巷道围岩发生热交换，降低围岩温度，进而降低巷道风流温度，达到巷道降温的目的。

一种高温矿井巷道联合支护与降温装置，主要包括中空锚杆、绝热管、隔离盘、输出软管、输入软管、隔热塞和锚杆托盘；

所述绝热管位于中空锚杆内部，绝热管将中空锚杆内腔分为换热腔和回流腔，换热腔和回流腔为同心圆结构，内圆为回流腔，外圆为换热腔，绝热管顶部有绝热管顶盘和四个绝热管通道，绝热管顶盘与中空锚杆固接，四个绝热管通道沿绝热管圆周方向均匀分布，绝热管通道使得回流腔与换热腔连通，绝热管底部嵌入隔离盘；

所述隔离盘使绝热管与输入软管和输出软管密封连接，输入软管嵌入隔离盘与换热腔与连通，输出软管嵌入隔离盘与回流腔与连通。

所述高温矿井巷道联合支护与降温装置能够保证巷道安全稳定，保证巷道内温度适宜生产工作，同时能够阻隔结构外热量影响巷内气流温度。绝热管嵌入隔离盘，能够保证绝热管尾部换热腔与回流腔内的换热介质不互相渗漏，同时隔离盘能够起到固定绝热管的作用。为了保证换热过程中换热介质的流量，同时考虑到绝热管在实际使用过程中要承受一定的拉力，因此设置四个绝热管通道沿绝热管圆周方向均匀分布，保证绝热管承受一定拉力的同时保持换热介质的流量。

进一步地，所述中空锚杆外径为30mm，内径为16mm，长度为3000mm。

进一步地，所述绝热管外径为11mm，内径为6mm。

更进一步地，所述绝热管顶部绝热管顶盘直径为16mm，长度为50mm，绝热管通道与绝热管顶部的距离为60-70mm，绝热管通道的直径为3mm。

进一步地，所述隔离盘至中空锚杆末端除输入软管和输出软管以外的空间由隔热塞密封，隔离盘的直径为16mm，厚度为30mm。

采用隔热塞充填密封隔离盘至中空锚杆末端除输入软管和输出软管以外的空间，能够避免发生额外的热交换，保证换热效果。

更进一步地，所述输出软管和输入软管均为绝热管道。

绝热管道能够保证输入软管内部热量或输出软管内部冷量不发生散失。

再进一步地，所述输出软管和输入软管的内径为2mm，外径为3mm。

本发明还提供一种使用所述高温矿井巷道联合支护与降温装置的方法：制冷装置内的低温换热介质通过输入软管持续注入到换热腔内，换热腔内的换热介质顺序与中空锚杆、锚固剂和岩壁发生热交换，换热介质到达绝热管顶端之后通过绝热管通道进入回流腔，回流腔内的换热介质通过输出软管回流进入制冷装置。

本发明有益效果如下：

与现有技术相比较，本发明根据锚杆支护且与巷道围岩密实相接的特点，设计中空锚杆空腔及其结构，通过输入换热介质与杆体周围岩体发生热交换，达到降低围岩温度的目的，且能保证巷道围岩的稳定。与空冷器和隔热材料调节巷道温度的方法相比，本发明能主动降低巷道围岩的温度并保证巷道的稳定支护。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为高温矿井巷道联合支护与降温装置结构剖面图。

图2为图1径向旋转90°结构剖面图。

图3为绝热管结构示意图。

图4为图1中a—a处剖面示意图。

图5为隔离盘径向剖面示意图。

其中：1-中空锚杆，2-绝热管，2-1-绝热管顶盘，2-2-绝热管通道，3-回流腔，4-换热腔，5-隔离盘，6-输出软管，7-输入软管，8-隔热塞，9-锚杆托盘。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

如图1所示，一种高温矿井巷道联合支护与降温装置，主要包括中空锚杆1、绝热管2、隔离盘5、输出软管6、输入软管7、隔热塞8和锚杆托盘9。掘进工作面在完成支护工作50m之后，即布置输入管道与输出管道，连接制冷装置，并分别与中空锚杆的输入软管7和输出软管6进行连接。隔离盘与绝热管互相嵌入10mm，以保证绝热管尾部换热腔与回流腔内的换热介质不互相渗漏，同时隔离盘起到固定绝热管的作用。管路贯通之后，通过输入软管7持续输入低温换热介质，本实施例中低温换热介质为水，输入温度为10℃，流量0.053L/s。换热介质通过输入软管7进入换热腔4，换热介质顺序与中空锚杆1、锚固剂和岩壁发生热交换，换热介质到达绝热管2顶端之后通过绝热管通道2-2进入回流腔3，回流腔3内的换热介质通过输出软管6回流进入制冷装置。

综上所述，本发明实施例提供了一种高温矿井巷道联合支护与降温装置，在实现热害矿井巷道安全支护的同时，能有效降低高温巷道围岩温度，进而降低巷道内环境温度。与现有技术相比较，本发明可实现热害矿井巷道的长久支护与降温，所用的中空锚杆完全能保证支护强度，通过有效利用锚杆空腔来实现与围岩的换热，经过持续的低温换热介质供应，可有效降低围岩温度，适用范围广。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。