一种利用矿井回风热能的矿井降温和供热系统的制作方法

本实用新型涉及一种利用矿井回风热能的矿井降温和供热系统，属于矿井热害治理技术领域。

背景技术：

随着我国煤炭需求的增加，浅部资源的逐渐减少，矿井开采深度的不断提高，矿井热害问题凸显。井下高温高湿的气候环境产生过高的热应力，影响人体的热平衡，使人感到不舒适，甚至导致工作人员中暑，导致事故率增加，且生产率降低，严重影响煤炭安全生产。

为改善矿井内的劳动环境，提高劳动效率和安全效益，在使用通风降温不能有效解决热害问题时必须采用机械制冷降温的方法实现矿井降温，从而有效降低矿井热害问题造成的影响。

目前矿井降温方法通常采用集中式降温系统，即在地面或井下设置制冷机组，制出低温冷冻水，将低温冷冻水通过管路输送到使用地点，最终通过安设的井下使用地点的空气冷却器对进入工作面的空气进行降温除湿，达到改善作业地点空气环境的目的。这种系统可以起到一定的降温效果，但矿井占地面积大且用冷地点分散，集中布置制冷站将导致冷水输送管路过长，到达用冷地点后冷水输送管内的冷冻水温升较大，导致降温效果不能满足要求。

热害矿井除了有制冷需求外，还有建筑采暖、井筒防冻以及供职工洗浴的生活热水的热能需求，目前国内大部分煤矿工业场所需的热能均是由燃煤锅炉提供。这种传统的供热方式不仅会消耗大量的不可再生能源，同时还会排放大量的温室气体和有害污染物，影响大气环境，是目前我国雾霾天气形成的主要原因之一。为有效保护环境，国家大力推进清洁能源和可再生能源的使用，并大力提倡余热与废热资源的利用。

矿井回风的温度全年基本恒定，受外界气候的影响很少，是一种良好的低温热源。因此，矿井回风中蕴涵大量的低位热能资源。若该余热资源加以利用，必将推进煤矿的节能减排工作，具有良好的经济和社会效益。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种能够排放和提取矿井回风热能的矿井降温和供热的系统，夏季可以实现矿井通风降温除湿，冬季可以满足矿井洗浴、井口防冻或地面建筑供热的需求。

本实用新型的第一个目的是提供一种利用矿井回风热能的矿井降温和供热系统，包括设置在地面的动力机房、副井口换热站、进风井筒、井下巷道、工作面、矿井回风井、矿井通风机、扩散塔、回风换热站；所述矿井通风机形成负压将处理后的地面空气抽入井下；所述动力机房包括热泵机组、水泵和管网，所述热泵机组包括蒸发器和冷凝器；动力机房设置在副井口换热站和回风换热站之间；热泵机组的蒸发器与副井口换热站之间通过管网连接形成循环回路；热泵机组的冷凝器与回风换热站内的换热器之间通过管网连接形成循环回路。

在本实用新型的一种实施方式中，所述扩散塔从回风换热站内通过，与回风换热站一体化设计或改造而成。

在本实用新型的一种实施方式中，所述副井口换热站与井口构筑物一体化设计或改造而成。

在本实用新型的一种实施方式中，所述副井口换热站内安装有副井口换热器。

在本实用新型的一种实施方式中，所述回风换热站与矿井通风机房一体化设计或改造而成。

在本实用新型的一种实施方式中，所述回风换热站内安装有回风换热器。

在本实用新型的一种实施方式中，当系统制冷模式运行时，热泵机组制备的冷冻水，通过管道输送至副井口换热站，地面空气与副井口换热站内空气换热器发生热交换，经降温除湿后进入井下；系统产生的冷凝热通过回风换热站换热器与矿井回风换热后散发到室外大气中，无需设置冷凝器进行冷凝。

在本实用新型的一种实施方式中，当系统制热模式运行时，热泵机组制备的热水通过管道输送至副井口换热站，加热矿井的进风空气，使矿井入井空气满足标准要求；系统冷源侧的冷冻水通过管道输送至回风换热站，与其中的换热器发生热交换，从矿井回风提取热能后返回动力机房，无需设置冷凝器。

在本实用新型的一种实施方式中，副井口进出口位置的构筑物进行延伸一定的长度，并安装封闭门，系统运行时保持闭锁，减少井口房的漏风，提高系统的降温除湿效果。

在本实用新型的一种实施方式中，所述副井口换热站和回风换热站的外围护结构设置有聚氨酯发泡保温板作为保温层。

在本实用新型的一种实施方式中，所述热泵机组采用高效离心式或螺杆式机组，以提高系统的运行能效。

在本实用新型的一种实施方式中，本系统利用矿井回风的热能实现夏季矿井降温和冬季供热。

本实用新型的有益效果：

1、由于系统选用热泵机组，夏季系统制冷工况运行时，利用矿井回风散发系统运行产生的冷凝热，提供矿井降温所需的冷量。冬季制热运行时，从矿井回风提取热能，提供井口防冻、洗浴或地面建筑所需的热量。由于矿井回风温度恒定，系统运行的效率较高。

2、由于系统的运行充分利用矿井通风机提供的动力，井口换热站和矿井回风热能利用装置，采取无动力源设计，可大大节约系统的运行能耗，具有显著的经济效益和环境效益。

3、系统通过设置矿井回风换热站与矿井通风机房一体化设计，矿井回风进入矿井回风换热站内，矿井回风与换热器内的冷却水或冷冻水进行热交换，从矿井回风提取热能用于系统供热；或向矿井回风中排放热量用于系统制冷。系统不需要设置用于排放冷凝热的冷却塔，用于系统排热和吸热的换热装置合二为一，将大大减少系统的投资费用。

4、副井口换热站和矿井回风利用装置设计通风阻力小于50Pa，不会对矿井通风系统产生影响，也不会影响矿井的反风运行，无需防爆，安全可靠性高。

5、由于本实用新型副井口换热站和矿井回风利用装置外围护结构设置有聚氨酯发泡保温板作为保温层，可以有效地减小热量损失，并能进一步隔绝噪音。

附图说明

图1为本实用新型的系统示意图；动力机房1、副井口换热站2、副井口换热器3、进风井筒4、井下巷道5、工作面6、矿井回风井7、矿井通风机8、扩散塔9、回风换热站10、回风换热器11、管网12、管网13。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本实用新型的保护范围有任何的限制作用。

实施例1

如图1所示，包括设置在动力机房1(热泵机组、水泵)、副井口换热站2、副井口换热器3、进风井筒4、井下巷道5、工作面6、矿井回风井7、矿井通风机8、扩散塔9、回风换热站10、回风换热器11。动力机房1设置地面靠近副井口换热站2和回风换热站10，副井口换热站与井口构筑物一体化设计或改造而成，副井口换热器3布置在副井口换热站2内；矿井回风换热站与矿井通风机房一体化设计或改造而成，回风换热器11布置在回风换热站10内；动力机房由热泵机组、水泵和管道及附件组成，热泵机组的蒸发器与副井口换热站内的换热器之间通过管网12连接形成循环回路；热泵机组的冷凝器与矿井回风换热站10内的换热器11之间通过管网13连接形成循环回路；

1、对于副井口换热站2由井口构筑物改造而成，在副井口进出口位置的构筑物进行延伸一定的长度，并安装封闭门，系统运行时保持闭锁，减少副井口换热器的漏风，确保地面空气与副井口换热器充分热交换，提高系统的降温除湿效果。

2、矿井回风换热站与矿井通风机房一体化设计，回风换热器布置在矿井回风换热站内，矿井回风进入换热站内与回风换热器发生热交换，提取或排放系统所需的热能。系统设计需要充分考虑系统运行不会对矿井通风系统运行和系统反风产生影响；

3、上述实施例中，为减少热量损失，副井口换热站和矿井回风换热站外壁可以设置由聚氨酯发泡保温板构成的保温层。

4、上述实施例中，热泵机组可采用高效离心式或螺杆式机组，以提高系统的运行能效。

5、副井口换热器和回风换热器采用无动力源设计，无需防爆，大大降低系统的运行费用，达到节能的目标。

本实用新型的系统运行，包括以下两种模式：

(1)制冷运行模式：系统制冷模式运行时，动力机房1内的热泵机组制备的冷冻水(5-7℃)，通过管道12输送至副井口换热站2，地面空气与井口换热站内换热器3发生热交换后温度下降，经由矿井通风机8形成的负压将处理后的空气抽入井下，调节井下气候，使其环境参数达到标准要求；热泵机组运行产生的冷凝热通过管道13输送至矿井回风换热站10内换热器11，与矿井回风发生换热后排放到大气中；

(2)制热运行模式：首先在动力机房1内通过阀门将系统切换至制热运行模式，系统制热运行时，系统的冷冻水通过管道13输送至矿井回风换热站10换热器11，矿井回风与换热器11发生热交换，吸收矿井回风中的热能，使冷冻水的温度上升，返回热泵机组；热泵机组制备的热水通过管道12输送至井口换热站2内换热站3，地面空气与换热器3发生热交换后温度上升，使井口进风空气大于2℃，满足井口防冻供热要求。

虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本实用新型，任何熟悉此技术的人，在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本实用新型的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。