一种用于高寒地区地下矿山进风井筒的防冻系统的制作方法

本发明属于矿山通风环保技术领域，具体涉及一种解决高寒地区矿山进风井筒冻井问题的系统，特别适用于通风系统通过进风井、副井进风的进风井筒防冻。

背景技术：

地下矿山进风井筒主要包括副井和进风井，在高海拔、寒冷地区的矿山，80％左右的地下矿山的进风井筒发生冻井灾害。地表寒冷低温空气沿进风井筒进入，遇到进风井筒低温岩温的降温冷却作用，冷空气在进风井筒壁面、井筒内电缆、管道等设备上冷凝结冰，严重影响了井筒内设备的正常运行，造成设备损伤，更重要的是受气温昼夜温差变化大(变化可达10℃以上)，晚上气温剧降，进风井筒内结冰速度加块，白天地表气温升高冰块又开始融化。壁面冰块状物融化脱落，形成高空坠落打击伤人，情况严重可能导致冰锥形状冰块砸人致死。因此，进风井筒冻井问题成为高寒地区地下矿山的重大安全隐患。

针对进风井筒冻井问题，传统技术是采用预热空气，分别在进风井筒地表设置加热装置，将部分地表冷空气预热后和冷空气混合，然后一同送入进风井筒。单纯地从防冻目的而不考虑经济成本是完全可以解决进风井筒的冻井问题的。但实际运行中，不难发现，分别在进风井、副井等进风井筒地表安装预热机组系，所处理的风量大、耗能大，尤其是对于副井地表的预热，副井处于工业场地，其预热机组安装位置受限，受副井内原有管道、电缆及提升设备的影响，存在供热风管安装空间不够。若采用直灌式(无供热风管)，不仅存在送风温度过高或送风风速过大影响上下井人员舒适感问题，而且因为混合热空气与井筒壁面沿途发生热湿交换，空气温度呈逐渐降低的趋势，使得下井人员从相对热环境变化到冷环境，而上井的人员从相对冷环境逐渐变化到热环境，上下井人员处于极不稳定的受限空间，加之空气潮湿，严重影响了上下井人员的职业卫生健康。

另外，高寒地区一般日变化温度较大，存在进风井筒反风现象，即进风井筒白天进风，晚上出风，而反风风流相对高于地表，若将该反风热量合理有效利用，显然可显著减少副井预热防冻能耗，或直接利用反风流蕴含的热量加热井筒壁面，防止进风井筒结冰，将大大降低预热机组能耗。

技术实现要素：

本发明的目的，就是针对高寒地区地下矿山副井、进风井的进风井筒在冬季存在的冻井灾害问题，以及现有技术方案存在着预热防冻能耗大、副井地表及井筒内安装空间位置受限、输送热空气过程影响人员热舒适、影响职业健康安全等技术问题以及反风流蕴含的可资利用热量潜能，而提供一种用于高寒地区地下矿山进风井筒的防冻系统，该系统可以根据高寒地区地下矿山昼夜温差变化导致通风系统风流方向变化特性，实现进风井筒的分昼夜时段的正常通风和反风状态防冻。

为实现本发明的上述目的，本发明一种用于高寒地区地下矿山进风井筒的防冻系统采用以下技术方案：

本发明一种用于高寒地区地下矿山进风井筒的防冻系统，是由预热机组、空气幕机组、环形射流风口、风机装置、风门、传感器、plc控制系统组合构成；所述的预热机组布置在进风井之井口地表，预热进风井地表部分冷空气，经热风管送入进风井的井筒内，热空气与从进风井地表未经预热的冷空气混合后沿进风井送入井下；所述的空气幕机组布置在副井之井口地表；所述的环形射流风口布置在副井的井筒内，形成水平射流空气幕，隔断副井的地表冷风进风流，其射流动力由空气幕机组提供，两者之间通过风管连接；所述的风机包括地表主扇、进风井联巷辅扇，进风井联巷辅扇安装在进风井联巷内，地表主扇安装在回风井的地表上，提供全矿通风系统动力，排出经过采场作业区后的井下污风；所述的风门包括进风井联巷风门、中段进风巷风门、中段回风巷风门，进风井联巷风门布置在进风井联巷内，中段进风巷风门布置在中段进风巷内，中段回风巷风门布置在中段回风巷内，均起到调控风流的作用；所述的传感器包括安装在预热机组出口的供风管上的一个风量传感器、一个风温传感器，以及安装在进风井联巷内的另一个风量传感器、另一个风温传感器，分别检测预热机组的实际供风风量和风温、进风井联巷的实际风量和风温；plc控制系统与各传感器连接，接收各传感器所采集的数据，并调节控制预热机组、空气幕机组、风机、风门的运行。

所述的环形射流风口绕副井一圈水平安装，距离地表1-2m，形成用以隔断副井之地表冷风进风流的水平射流空气幕。

所述的进风井联巷辅扇、进风井联巷风门依次布置在进风井联巷内的进风一侧，安装在进风井联巷内的另一个风量传感器、另一个风温传感器位于进风井联巷内的出风一侧。

所述的安装在进风井联巷内的进风井联巷辅扇的出口风流动压可以抑制副井的进风量，并相对增加进风井的进风量，所增加的风量在数值上不少于因副井被环形射流风口形成水平射流空气幕隔断所减少的风量。

本发明一种用于高寒地区地下矿山进风井筒的防冻系统在实际使用中，根据高寒地区地下矿山的昼夜温差的变化导致通风系统的风流方向变化特点，按照如下方法实现进风井筒的分昼夜时段的正常通风和反风状态的防冻：

1)白天正常通风状态，通过plc控制系统开启进风井联巷辅扇、地表主扇、预热机组、空气幕机组，打开进风井联巷风门、中段进风巷风门、中段回风巷风门，此时副井的地表进风受环形射流风口所形成的空气幕所隔断截流以及进风井联巷辅扇的出口正压反作用，在副井、副井石门至副井石门与进风井联巷的交叉口段保持微量的冷风流流动，从而避免了大量地表冷风下行遇到副井的低温井筒避免而发生结冰冻井现象；预热机组预热后的热空气与从进风井的地表进风混合后升温，混合后热空气沿进风井下行冷却吸收热量被降温，但混合空气温度始终高于空气的凝固点温度，从而防止了空气在进风井的井筒壁面结冰，混合风流继续沿进风井联巷、中段进风巷、采场作业区、中段回风巷流动，最后经回风井流出地表。

上述“在副井、副井石门至副井石门与进风井联巷的交叉口段保持微量的冷风流流动”之“微量”是指保持原有风量的10％-30％，“原有风量”是指矿山不上本发明一种用于高寒地区地下矿山进风井筒的防冻系统情况下的风量。

2)夜间反风状态，受高寒地区昼、夜温差变化所导致的通风系统自然反风以及可以人为进行风机反转反风的特点，根据各矿山实际情况，按照自然反风、人为反风两种方式进行：

①自然反风：由plc控制系统强制关闭地表主扇、进风巷联巷辅扇、预热机组以及空气幕机组，打开中段回风巷风门与中段进风巷风门，关闭进风巷联巷风门，让反风风流按照回风井、中段回风巷、采场作业区、中段进风巷、副井石门、副井的通风线路流动，经采场作业区的风流温度升高，副井井筒内的反风流温度高于空气的凝固点温度，从而避免了若不进行反风情况下的副井井筒内冷空气的结冰冻害；

②人为反风：若采用自然反风，仍无法解决副井井筒冻害问题，再选择人为反风方式；夜间反风状态，由plc控制系统开启地表主扇，关闭进风巷联巷辅扇、空气幕机组以及预热机组，打开中段回风巷风门与中段进风巷风门，关闭进风巷联巷风门，让反风风流按照回风井、中段回风巷、采场作业区、中段进风巷、副井石门、副井的通风线路流动，经采场作业区的风流温度升高，副井井筒内的反风流温度高于空气的凝固点温度，从而避免了若不进行反风情况下的副井井筒内冷空气的结冰冻害，从而避免了若不进行反风情况下的副井井筒内冷空气的结冰冻害。

本发明一种用于高寒地区地下矿山进风井筒的防冻系统采用以上技术方案后，具有以下积极效果：

(1)合理调控进风井和副井的进风量，设置空气幕隔断副井冷风进风量，并设置进风井联巷辅扇调控进风井的进风量，既满足通风需风量要求，又经济合理的解决副井井筒冻井问题，克服了现有技术中副井预热系统安装位置受限、输送热空气过程影响人员热舒适与产生职业健康安全等技术缺点；

(2)结合高寒地区昼夜温差变化所导致的通风系统风流方向变化，采用本发明装置，合理有序地利用了矿井反风流所蕴含的热量用于副井井筒的防冻，显著减少预热系统的预热能耗，符合绿色环保节能矿山建设；

(3)合理设置风机与风门布局，规划通风线路，设置plc控制系统，自动控制风机、风门、预热机组和空气幕机组的开启与关闭，实现了高寒地区地下矿山进风井筒分昼夜时段的正常通风和反风状态的防冻。

附图说明

图1是本发明一种用于高寒地区地下矿山进风井筒的防冻系统的结构布置示意图。

附图标记为：1-副井；2-进风井；3-进风井联巷；4-副井石门；5-中段进风巷；6-采场作业区；7-中段回风巷；8-回风井；9-进风井联巷辅扇；10-进风井联巷风门；11-中段进风巷风门；12-中段回风巷风门；13-地表主扇；14-plc控制系统；15-预热机组；16-风量传感器；17-风温传感器；18-空气幕机组；19-环形射流风口。

具体实施方式

为更好地描述本发明，下面结合附图对本发明一种用于高寒地区地下矿山进风井筒的防冻系统作进一步详细说明。

由图1所示的本发明一种用于高寒地区地下矿山进风井筒的防冻系统的结构布置示意图看出，副井1、进风井2、回风井8竖向布设，中段进风巷5水平布设，副井石门4、进风井联巷3倾斜布设，副井1与中段进风巷5之间通过副井石门4连通，进风井2与与中段进风巷5之间通过进风井联巷3连通，从中段进风巷5给入的新鲜分流进入到采场作业区6，经过采场作业区6后的井下污风由中段回风巷7、回风井8排出。本发明一种用于高寒地区地下矿山进风井筒的防冻系统，是由预热机组15、空气幕机组18、环形射流风口19、风机装置、风门、传感器、plc控制系统14组合构成；所述的预热机组15布置在进风井2之井口地表，所述的空气幕机组18布置在副井1之井口地表；所述的环形射流风口19布置在副井1的井筒内，环形射流风口19绕副井1一圈水平安装，距离地表1-2m，形成用以隔断副井1之地表冷风进风流的水平射流空气幕。所述的风机包括进风井联巷辅扇9、地表主扇13，进风井联巷辅扇9安装在进风井联巷3内，其出口风流动压可以抑制副井1的进风量，并相对增加进风井2的进风量，所增加的风量在数值上不少于因副井1被环形射流风口19隔断所减少的风量，以满足矿井总的进风量要求；地表主扇13安装在回风井8地表上，提供全矿通风系统动力，排出经过采场作业区6后的井下污风。所述的风门包括进风井联巷风门10、中段进风巷风门11、中段回风巷风门12，进风井联巷风门10布置在进风井联巷3内，中段进风巷风门11布置在中段进风巷5内，中段回风巷风门12布置在中段回风巷7内，均起到调控风流的作用；所述的传感器包括安装在预热机组15出口的供风管上的一个风量传感器16、一个风温传感器17，以及安装在进风井联巷3内的另一个风量传感器16、另一个风温传感器17，分别检测预热机组15的实际供风风量和风温、进风井联巷3的实际风量和风温，确保总的进风量满足采取作业区6的作业人员呼吸、采区通风排热排尘以及排炮烟等通风需要；plc控制系统14与各传感器连接，接收各传感器所采集的数据，并调节控制预热机组15、空气幕机组18、风机、风门的运行。进风井联巷辅扇9、进风井联巷风门10依次布置在进风井联巷3内的进风一侧，安装在进风井联巷3内的另一个风量传感器16、另一个风温传感器17位于进风井联巷3内的出风一侧。