一种煤矿井下降温方法
【专利摘要】本发明提供的煤矿井下降温方法包括：步骤①：将液氮槽车中的液氮输送至煤矿井下的液氮硐室中；步骤②：将液氮硐室中的液氮输送至翅片管内，液氮与翅片管外的空气进行热交换；步骤③：热交换后，翅片管外的低温空气通过风机输送至工作面采空区，对工作面采空区进行降温；步骤④：翅片管内的液氮经热交换后气化为氮气，氮气输送至矿井工作面采空区，进行进一步降温。本发明的煤矿井下降温方法利用液氮气化的特性对工作面及采空区进行降温，气化的氮气还能够使采空区内氧气浓度分布范围明显回缩，对采空区的内空气起到惰化作用，有效地防治采空区自然发火，液氮气化在封闭管道及装置内运行，制冷后冷空气与热空气混合后起到降温目的。
【专利说明】一种煤矿井下降温方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种降温方法，尤其涉及一种煤矿井下降温方法。
【背景技术】
[0002]随着社会的发展和煤炭资源开发的日益加强，矿井的开采深度不断增大，随着高产高效矿井建设和开采深度的不断延伸，受围岩及机电设备散热和地温梯度的影响，井下热害已成为影响矿井安全生产的重要因素。煤炭院2008年调查资料显示，我国目前已有65对矿井出现了不同程度的热害，其中38对矿井的采掘工作面气温超过30°C。例如神华宁煤羊场湾煤矿，经勘测神华宁煤羊场湾煤矿一号井12采区下部及13采区属于二级热害区域，平均地温梯度一般为3?4. 5°C /IOOm0根据现场实测，采煤工作面开采初期气温一般为31 °C?34°C，夏季工作面回风巷道内温度达到34 V，相对湿度95%达以上，工作面闷热潮湿，容易诱发井下工作人员湿疹、中暑等高温疾病，井下机电设备的正常运行也受到严重影响，影响了矿井安全生产，随着矿井采深进一步加大，采煤工作面的温度会进一步升高，届时矿井热害将更加严重。
【发明内容】
[0003]针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种煤矿井下降温方法，该方法能够有效地降低煤矿井下温度。
[0004]本发明的目的通过下述技术方案实现：
[0005]一种煤矿井下降温方法，包括如下步骤：
[0006]步骤①：将液氮槽车中的液氮输送至煤矿井下的液氮硐室中；
[0007]步骤②：将所述液氮硐室中的液氮输送至翅片管内，所述液氮与所述翅片管外的空气进行热交换；
[0008]步骤③：热交换后，所述翅片管外的低温空气通过风机与煤矿井下进风流混合输送至矿井的工作面采空区，对工作面采空区进行降温；
[0009]步骤④：所述翅片管内的液氮经热交换后气化为氮气，所述氮气输送至矿井工作面采空区，对工作面采空区进行进一步降温。
[0010]进一步地，步骤①中，在所述液氮硐室上方的地表钻设输送孔，所述输送孔内设置有输送管路，所述液氮槽车中的液氮通过所述输送管路输送至煤矿井下的液氮硐室。
[0011 ] 进一步地，所述输送管路包括外层管及设置在所述外层管内的内层管。
[0012]进一步地，所述外层管为碳钢管，所述内层管为不锈钢管。
[0013]进一步地，步骤②中，所述液氮硐室中的液氮通过液氮管路输送至所述翅片管内，所述液氮管路上设置有减压阀。
[0014]进一步地，所述液氮管路为不锈钢管路。
[0015]进一步地，所述翅片管包括不锈钢内层和设置在所述不锈钢内层外部的铝外层。
[0016]本发明提供的煤矿井下降温方法利用液氮气化制冷的特性对工作面进风流进行降温，气化的氮气能够在降低采空区温度的同时使采空区内氧气浓度分布范围明显回缩，对采空区的内空气起到惰化作用，有效地防止采空区自然发火。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图I是本发明一种优选的煤矿井下降温方法示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图，对本发明的一个优选实施例进行详细描述。
[0019]如图I所示，本发明提供了一种煤矿井下降温方法，包括如下步骤：
[0020]步骤①：将液氮槽车中的液氮输送至煤矿井下的液氮硐室中；
[0021]步骤②：将所述液氮硐室中的液氮输送至翅片管内，所述液氮与所述翅片管外的空气进行热交换；
[0022]步骤③：热交换后，所述翅片管外的低温空气通过风机与煤矿井下进风流混合输送至矿井的工作面采空区，对工作面采空区进行降温；
[0023]步骤④：所述翅片管内的液氮经热交换后气化为氮气，所述氮气输送至矿井工作面采空区，对工作面采空区进行进一步降温。
[0024]本发明利用液氮气化吸热的特性对工作面采空区进行降温，所述液氮温度一般为-195. 8°C，其气化过程中短时间内可吸收大量热量，每气化lNm3的液氮，空气可以从中获得约327KJ的冷能，可提供连续可靠的冷源，具有降温速度快、效果明显等优点。
[0025]使用时，在地面上设置液氮槽车，利用快速接头将液氮槽车中的液氮输送至井下液氮硐室，再将液氮引入井下翅片管中，液氮在翅片管中进行热交换，使液氮气化，液氮气化可以在短时间内吸收大量热量，快速降低积聚的热量翅片管外的空气的温度，翅片管外的低温空气通过风机及矿井负压输送至工作面采空区，实现工作面降温；翅片管内的液氮经过翅片管的热交换后气化，气化后的氮气经管路沿工作面进风巷输送至工作面采空区，对送入的空气作进一步的降温处理，提高冷量的有效利用。高浓度氮气扩散至采空区能够增大采空区内气体静压，减小采空区漏风，氮气作为惰性气体，使采空区内氧气浓度分布范围明显回缩，对采空区的内空气起到惰化作用，能够有效地防止采空区自燃发火。
[0026]作为本发明的一种优选方案，步骤①中，在所述液氮硐室上方的地表施工定向钻孔输送孔，所述输送孔内设置有输送管路，所述液氮槽车中的液氮通过所述输送管路直接输送至煤矿井下的液氮硐室中，可实现液氮冷量由地面向工作面的快速输送，提高了输送效率。
[0027]本发明所采用的输送管路优选地包括外层管及设置在所述外层管内的内层管，其中，所述外层管优选地为碳钢管，所述内层管优选地为不锈钢管，所述不锈钢具有良好的抗低温性能，因此采用不锈钢作为内层管与液氮直接接触。因此采用碳钢作为外层管来保护内层管和输送孔的完整性。当然，不锈钢和碳钢仅是用于制备所述输送管路的一种优选方案，本发明还可以采用本领域技术人员所公知的其它材料，此处不再赘述。
[0028]步骤②中，本实施例的液氮硐室中的液氮通过液氮管路输送至所述翅片管内，所述液氮管路上设置有减压阀，液氮经过减压阀减压后压入翅片管内，无需提供任何动力输送设备，有效地降低了能耗，提高了本降温方法的环保性。考虑到液氮温度非常低，本发明的液氮管路优选地为不锈钢管路。本领域技术人员应该理解的是，不锈钢管路仅是发明的一种优选方案，本发明还可以采用本领域技术人员所公知具有耐低温性能的其它材料，此处不再赘述。
[0029]本发明的输送管路的内层管和液氮管路的连接处施工V型破口，采用电弧焊接方式连接，焊口两端焊接拉筋加固，输送管路整体不固定，只在输送管路底部施工托架支撑，消除管路自身重力及注液氮期间的冲击力，达到液氮管路受冷时自由伸缩的目的。
[0030]作为本发明的一种优选方案，所述翅片管包括不锈钢内层和设置在所述不锈钢内层上的铝外层，所述不锈钢内层具有良好的耐低温性能，因此将其置于内层与液氮直接接触，铝外层具有良好的传热性能，因此置于外层，与翅片管外部的空气进行热交换。当然，不锈钢内层和铝外层仅也是发明的一种优选方案，本发明还可以采用本领域技术人员所公知具有耐低温性能及良好的导热性能的其它材料，此处不再赘述。
[0031]通过现场实测，本方法的液氮流量设置在3?5吨/h时，工作面进风流温度可降9°C，工作面回风流温度可降低：TC，工作面平均降温6°C左右，与传统降温技术相比，降温效果更显著，此外，本发明利用液氮进行降温，对采空区的内空气还能够起到惰化作用，能够有效地防止采空区自然发火。
[0032]最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
【权利要求】
1.一种煤矿井下降温方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤①：将液氮槽车中的液氮输送至煤矿井下的液氮硐室中； 步骤②：将所述液氮硐室中的液氮输送至翅片管内，所述液氮与所述翅片管外的空气进行热交换； 步骤③：热交换后，所述翅片管外的低温空气通过风机与煤矿井下进风流混合输送至矿井的工作面采空区，对工作面采空区进行降温； 步骤④：所述翅片管内的液氮经热交换后气化为氮气，所述氮气输送至矿井工作面采空区，对工作面采空区进行进一步降温。
2.根据权利要求I所述的煤矿井下降温方法，其特征在于，步骤①中，在所述液氮硐室上方的地表钻设输送孔，所述输送孔内设置有输送管路，所述液氮槽车中的液氮通过所述输送管路输送至煤矿井下的液氮硐室。
3.根据权利要求2所述的煤矿井下降温方法，其特征在于，所述输送管路包括外层管及设置在所述外层管内的内层管。
4.根据权利要求3所述的煤矿井下降温方法，其特征在于，所述外层管为碳钢管，所述内层管为不锈钢管。
5.根据权利要求I所述的煤矿井下降温方法，其特征在于，步骤②中，所述液氮硐室中的液氮通过液氮管路输送至所述翅片管内，所述液氮管路上设置有减压阀。
6.根据权利要求5所述的煤矿井下降温方法，其特征在于，所述液氮管路为不锈钢管路。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的煤矿井下降温方法，其特征在于，所述翅片管包括不锈钢内层和设置在所述不锈钢内层外部的铝外层。
【文档编号】E21F3/00GK103775119SQ201410030665
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2014年1月22日
【发明者】陈艾, 董伟, 王学兵 申请人:神华集团有限责任公司, 神华宁夏煤业集团有限责任公司