一种矿井井口防冻系统及防冻方法与流程

本发明涉及矿井地面防冻技术领域，具体说是一种矿井井口防冻系统及防冻方法。

所述矿井井口防冻系统及防冻方法可应用于平峒井口的地面和/或斜井井口的地面。

背景技术：

矿井是形成地下矿藏(例如煤矿)生产系统的井巷、硐室、装备、地面建筑物和构筑物的总称。有时把矿山地下开拓中的斜井、竖井、平硐等也称为矿井。

所述平硐是具有一端通达地表出口的水平巷道，铺设有运输线路，巷道内具有3％-7％的坡度，以保证列车和地下水流的运行。

所述斜井是指其轴向与水平面成一定倾角的主要巷道，其功能与竖井相同，供提升矿石、废石、人员、设备、材料用。

所述平峒亦称为进风平峒，所述斜井亦称为进风斜井，可将其统称为进风井。

我国北方广大地区冬季气温较低，特别是在华北、东北等严寒地区，当气温下降到零度以下时，在平峒和斜井井口(指平峒井口和斜井井口)处，由于井下气流经过井口的洞顶区域时和冷空气相遇，井下气流中的水蒸气容易凝结成冰，长时间如此导致井口的地面也会产生冰凌，威胁到进出的车辆和人员的安全。因此井口防冻(尤指井口的地面防冻)是煤矿冬季安全生产的一个重要保证，煤矿为解决这个问题，有专门的班组负责除冰保安全，耗费了大量的人力物力。

为防止冬季平峒和斜井井口结冰，保证生产和人员安全，根据《煤炭工业矿井设计规范》的要求，各进风井均应设置井口防冻装置，对入井空气进行加热，即采用热风防冻设备作为井口防冻装置。现有的热风防冻设备，包括但不限于：燃煤锅炉、燃气锅炉(燃气加热锅炉)、电热锅炉(电加热锅炉)或电热风机(电加热风机)，其中：

燃煤锅炉装机额定蒸发量：通常为4吨-10吨，换算成电功率2800千瓦-7000千瓦，

燃气锅炉装机额定蒸发量：通常为4吨-10吨，换算成电功率2800千瓦-7000千瓦；

电热锅炉装机功率：通常为1400千瓦-7000千瓦，

电热风机装机功率：通常为1400千瓦-7000千瓦。

由此可见，现有的热风防冻设备装机功率大，能源消耗巨大。

根据环保政策，在2020年底所有十吨以下烧煤锅炉必须改用清洁能源，所述清洁能源是指电或天然气。这意味着所有进风井配套设置的燃煤锅炉必须改为电热锅炉或者燃气锅炉，由此会产生高额的设备更换费用，基础设施费用和运行费用也需增大投入，生产成本大幅增加。

电热锅炉由于功率巨大，矿区矿井安装的变压器需要扩容，设备和基础设施投入大。

燃气锅炉需要燃气管道的铺设作为基础，但很多矿井在偏僻山区，通常不具备燃气管道的铺设条件，有铺设条件的也需投入巨额的铺设管道费用和更换设备费用。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种矿井井口防冻系统及防冻方法，通过将电能转换为热能的方式，直接对易结冰部位进行加热，有效防止结冰情况的出现，可及时消融结冰或积雪，防冻效果好，除冰雪效率高，热量损耗小，节电能力高，安装简单，承重性能好，使用寿命长，具备远程监控的能力，提升矿井安全性。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种矿井井口防冻系统，其特征在于，包括：

发热单元1，铺设于矿井井口易结冰部位或易积雪部位，所述发热单元1内部设有温度探头，用于采集发热单元1的发热温度；

电控单元2，与发热单元1通过电缆线连接，用于给发热单元1提供电力，所述电控单元2包括多个可控供电回路；

所述可控供电回路通过数据收发模块4控制其通断；

温度采集模块3，与发热单元1内的温度探头通过电缆线连接，用于采集温度探头获取的温度数据；

配套有通讯模块5的数据收发模块4，与温度采集模块3电连接，用于获取发热单元1当前发热温度，与电控单元2电连接，用于发送可控供电回路通断控制指令，

所述通讯模块5用于与远端通讯，接收可控供电回路通断控制指令。

在上述技术方案的基础上，所述发热单元1为发热垫；

两个以上发热单元1，沿其长度方向或宽度方向并排设置，直接铺设于矿井井口易结冰部位或易积雪部位；

所述发热单元1，通过将电能转换为热能的方式，直接对易结冰部位或易积雪部位进行加热。

在上述技术方案的基础上，若干个发热单元1构成一组，接入同一个可控供电回路中，统一控制该组发热单元1的发热温度；

分组方式为以下任意之一：

同一组的若干个发热单元1，为左右相邻的发热单元1；

同一组的若干个发热单元1，为左右间隔的发热单元1；

最外侧的发热单元1单独接入一个可控供电回路，其余的发热单元1作为一组，接入同一个可控供电回路。

在上述技术方案的基础上，所述数据收发模块4包括cpu子模块，cpu子模块基于温度采集模块3获取的温度，与预设温度比较，生成可控供电回路通断控制指令，生成可控供电回路电信号变化控制指令；

所述可控供电回路通断控制指令，用于供电回路通电或断电的切换控制，电控单元2根据可控供电回路通断控制指令，调整供电回路通电或断电，

所述可控供电回路电信号变化控制指令，用于调节供电回路的电压或电流信号，电压或电流的不同，决定了发热单元1的发热温度的增减，电控单元2根据可控供电回路电信号变化控制指令，调节供电回路的电压或电流信号。

在上述技术方案的基础上，还包括上位机6，与数据收发模块4远程通讯，用于远程控制各可控供电回路通断，用于远程获取发热单元1的发热温度；

所述上位机6接入物联网，实现云端智能管理控制。

在上述技术方案的基础上，在发热单元1上设有若干安装通孔，紧固件穿过通孔将发热单元1固定在地面上；

所述通孔沿着发热单元1周向边缘等间隔分布；

所述紧固件可为钢钎，或为螺栓螺母，或为u型栓。

在上述技术方案的基础上，所述发热单元1，包括：

发热芯层，用于在通电的情况下发热；

缓冲阻燃层，用于阻燃及承重缓冲；

所述发热芯层，为石墨电热片；所述缓冲阻燃层，为阻燃橡胶。

在上述技术方案的基础上，在发热芯层和缓冲阻燃层之间，还设有张力增强复合层，

所述张力增强复合层，包括：上下叠置的聚酯帆布层和耐热橡胶层；

所述发热芯层，包括若干发热基本单元，

多个发热基本单元构成一个发热分区，

每个发热分区接入电控单元的同一个可控供电回路中，通过数据收发模块4统一控制该发热分区的发热温度。

一种矿井井口防冻方法，其特征在于，采用上述任意之一所述矿井井口防冻系统，

将发热单元1，直接铺在矿井井口易结冰部位或易积雪部位，

所述发热单元1，通过将电能转换为热能的方式，直接对易结冰部位或易积雪部位进行加热，防止结冰情况的出现。

在上述技术方案的基础上，通过电控单元2，控制发热单元1的通电或断电或电压信号或电流信号，所述电压信号或电流信号用于调节发热单元1的发热温度；

通过温度采集模块3，采集发热单元1内的温度数据；

通过数据收发模块4，基于温度采集模块3获取的温度，与预设温度比较，生成可控供电回路通断控制指令，生成可控供电回路电信号变化控制指令。

本发明所述的矿井井口防冻系统及防冻方法，通过将电能转换为热能的方式，直接对易结冰部位进行加热，有效防止结冰情况的出现，可及时消融结冰或积雪，防冻效果好，除冰雪效率高，热量损耗小，节电能力高，安装简单，承重性能好，使用寿命长，具备远程监控的能力，提升矿井安全性。

本发明所述的矿井井口防冻系统及防冻方法，使用清洁能源(用电)，符合环保要求及国家政策，适用于因结冰或积雪影响生产的矿井，所述矿井井口防冻系统中的发热单元直接铺在井口易结冰部位，例如所述矿井井口防冻系统中的发热单元直接铺在井口路面结冰的部位(或者井口路面积雪的部位)，可以有效地防止路面结冰(或者防止路面积雪)，因为是直接加热容易产生冰凌的井口的地面，防冻效果好，除冰效率高，节电效果好。

所述易结冰部位尤指平峒井口的地面和/或斜井井口的地面，这些部位通常也是易积雪部位。以上所述易结冰部位，并非意在限定所述矿井井口防冻系统中的发热单元只能设置在该处使用，仅为示例性描述，根据矿井实际生产生活所需，其它易结冰部位或易积雪部位，只要满足使用安全，亦可使用本发明所述防冻系统及防冻方法。

本发明所述的矿井井口防冻系统及防冻方法，可将系统接入物联网，实现云端智能管理控制，便于矿井防冻信息的采集、管理，调控更为高效便捷。

附图说明

本发明有如下附图：

附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：

图1本发明所述矿井井口防冻系统的实施例一的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。所述详细说明，为结合本发明的示范性实施例做出的说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

如图1所示，本发明所述的矿井井口防冻系统，包括：

发热单元1，铺设于矿井井口易结冰部位或易积雪部位，所述发热单元1内部设有温度探头，用于采集发热单元1的发热温度；

作为可选择的实施方案之一，所述发热单元1为发热垫；

作为可选择的实施方案之一，两个以上发热单元1，沿其长度方向或宽度方向并排设置，直接铺设于矿井井口易结冰部位或易积雪部位；

图1所示实施例，共设有五个发热单元1，沿其长度方向并排设置，直接铺设于矿井井口易结冰部位或易积雪部位；

作为优选方案之一，所述发热单元1至少铺设三个；

作为可选择的实施方案之一，所述发热单元1，通过将电能转换为热能的方式，直接对易结冰部位或易积雪部位进行加热；

电控单元2，与发热单元1通过电缆线连接，用于给发热单元1提供电力，所述电控单元2包括多个可控供电回路；

作为可选择的实施方案之一，所述电控单元2为电控箱；

作为可选择的实施方案之一，所述可控供电回路通过数据收发模块4控制其通断；亦可通过数据收发模块4控制可控供电回路的电压值或电流值；

作为可选择的实施方案之一，若干个发热单元1构成一组，接入同一个可控供电回路中，统一控制该组发热单元1的发热温度；

所述构成一组的具体分组方式为以下任意之一：

同一组的若干个发热单元1，为左右相邻的发热单元1，例如：设发热单元1共有六个，则第1、2、3个发热单元1为第一组，第4、5、6个发热单元1为第二组，

或者同一组的若干个发热单元1，为左右间隔的发热单元1，例如：设发热单元1共有六个，则第1、3、5个发热单元1为第一组，第2、4、6个发热单元1为第二组；

发热单元1分组后，可以降低控制成本，提高控制效率，还能兼顾节电与稳定发热的需求；

作为优选方案，最外侧的发热单元1单独接入一个可控供电回路，其余的发热单元1作为一组，接入同一个可控供电回路；

最外侧的发热单元1，热量消耗相对较大，故单独接入一个可控供电回路，对其进行单独的控制，能更好的确保稳定发热；本方案至少需要三个可控供电回路；

温度采集模块3，与发热单元1内的温度探头通过电缆线连接，用于采集温度探头获取的温度数据；

作为可选择的实施方案之一，所述温度采集模块3，用于连接多路温度探头，所述温度探头为数字式温度探头；

所述多路可以为16路或24路；

配套有通讯模块5的数据收发模块4，与温度采集模块3电连接，用于获取发热单元1当前发热温度，与电控单元2电连接，用于发送可控供电回路通断控制指令，

所述通讯模块5用于与远端通讯，接收可控供电回路通断控制指令，即：远端向通讯模块5发送可控供电回路通断控制指令，通讯模块5接收后，通过数据收发模块4下发该指令，

所述数据收发模块4包括cpu子模块，cpu子模块基于温度采集模块3获取的温度，与预设温度比较，生成可控供电回路通断控制指令，生成可控供电回路电信号变化控制指令。

设置配套有通讯模块5的数据收发模块4，实现了本地控制+远端控制，防冻效率高，易于控制电能消耗；

所述可控供电回路通断控制指令，用于供电回路通电或断电的切换控制，

所述可控供电回路电信号变化控制指令，用于调节供电回路的电压或电流信号，电压或电流的不同，决定了发热单元1的发热温度的增减。

电控单元2根据可控供电回路通断控制指令，调整供电回路通电或断电，

电控单元2根据可控供电回路电信号变化控制指令，调节供电回路的电压或电流信号。

在上述技术方案的基础上，还包括上位机6，与数据收发模块4远程通讯，用于远程控制各可控供电回路通断，用于远程获取发热单元1的发热温度。

作为可选择的实施方案之一，所述上位机6接入物联网，实现云端智能管理控制。

在上述技术方案的基础上，在发热单元1上设有若干安装通孔，紧固件穿过通孔将发热单元1固定在地面上，所述紧固件可为钢钎。

以发热垫作为发热单元1为例，钢钎的尖锐端部(钎头)穿过通孔后插入地面，钢钎另一端的(钎尾)直径大于钎杆，形成一圆盘状钎尾，通过钎尾固定住发热垫，避免发热垫在地面上移动。

作为可选择的实施方案之一，所述钢钎可用螺栓螺母替代，螺母固定于(埋设于)地面内，螺栓穿过通孔，与螺母螺接固定住发热垫，避免发热垫在地面上移动。螺栓固定于(埋设于)地面内亦可。

作为可选择的实施方案之一，相邻的发热垫，通过u型栓分别穿过两个发热垫上相邻的通孔后插入地面，避免发热垫在地面上移动。u型栓的使用可以减少紧固件的用量，还可以确保相邻的发热垫不产生移动，固定牢固。当仅有一块发热垫时，亦可通过u型栓对其进行固定。

作为可选择的实施方案之一，所述通孔沿着发热单元1周向边缘等间隔分布。

在上述技术方案的基础上，所述发热单元1，包括：

发热芯层，用于在通电的情况下发热；

缓冲阻燃层，用于阻燃及承重缓冲。

作为可选择的实施方案之一，所述发热芯层，为石墨电热片；所述缓冲阻燃层，为阻燃橡胶。

所述发热单元1，整体呈垫状，故发热单元1可称为发热垫。

在上述技术方案的基础上，在发热芯层和缓冲阻燃层之间，还设有张力增强复合层，

所述张力增强复合层，包括：上下叠置的聚酯帆布层和耐热橡胶层。

在上述技术方案的基础上，所述发热芯层，包括若干发热基本单元，

多个发热基本单元构成一个发热分区，

每个发热分区接入电控单元的同一个可控供电回路中，通过数据收发模块4统一控制该发热分区的发热温度。

本发明进一步给出了矿井井口防冻方法，包括如下步骤：将发热单元1，直接铺在矿井井口易结冰部位或易积雪部位，

所述发热单元1，通过将电能转换为热能的方式，直接对易结冰部位或易积雪部位进行加热，防止结冰情况的出现。

在上述技术方案的基础上，通过电控单元2，控制发热单元1的通电或断电或电压信号或电流信号，所述电压信号或电流信号用于调节发热单元1的发热温度；

通过温度采集模块3，采集发热单元1内的温度数据；

通过数据收发模块4，基于温度采集模块3获取的温度，与预设温度比较，生成可控供电回路通断控制指令，生成可控供电回路电信号变化控制指令。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。