矿井围岩表面梯度降温方法及梯度降温装置与流程

本发明涉及矿井降温技术领域，具体而言，涉及一种矿井围岩表面梯度降温方法及梯度降温装置。

背景技术：

众所周知，社会进步与经济发展都离不开矿井资源提供的物质基础，随着经济的快速发展，浅部矿产资源已逐渐消耗殆尽，包括我国在内的许多国家对深部矿产开采的深度已达1000米以上，南非甚至将最深开采深度延伸至地表5000米以下。已探明的煤炭储量中，我国1000-2000米深处的煤炭储量占总储量的53.2％，但随着矿井开采深度的增加，岩层温度逐渐升高，可达到几十摄氏度，世界各国平均地温梯度约为3℃/100米，我国的地温梯度为2-4℃/100米。据不完全统计，目前我国已有130多个矿井采掘工作面的风流温度超过30℃，全国82％的大型煤矿采掘工作面的气温高达28～35℃，部分有色和稀贵金属矿甚至高达40℃。井下高温对工人的健康安全、井下设备的安全运行及生产效率造成了极大的危害和影响，在这些高温矿井中，矿山劳动生产率仅为常规的30％～40％。因此，矿井高温热害及其治理被国内外采矿界认为是科技难题之一，也是制约我国采矿工业发展的瓶颈。

造成矿井高温热害的主要因素有围岩放热、采掘机电设备运转时放热，运输中的矿物和矸石放热，以及风流向下流动时自重压缩放热等4大热源。据调查，在高温矿井的所有热源的放热总量中，围岩放热占比可达50％左右，如遇有高温水，围岩的放热量则更大。现有热害防治方法主要有通风降温、个体防护、地温预冷、清理热源等，其中，通风降温是目前治理矿井热害的主流方法，该方法通过冷风带走巷道内的热空气，从而实现降温。申请号cn201621394317.9，申请日2016.12.19的专利公开了一种深部矿井预冷风流降温系统，是一种通过制冰机、输送机构、鼓风机和融冰池制得冷风，并将冷风输送至深部矿井内部，为深部矿井进行降温处理的方法，该方法主要解决的是冷风生产问题，冷风通过通风系统直接送入矿井，无法解决围岩散热和冷风高效利用问题。另外，随着开采深度的增加，围岩放热量越来越大，直接向井巷通风的办法面临严峻的考验，围岩隔热成为矿井热害治理的一个重要方向。目前已有注浆(浆液为隔热材料)和喷涂隔热层等手段实现围岩隔热，然而这些手段只能起到临时隔热的作用，隔热材料在围岩的持续加热作用下，其表面温度还是会不断升高，并最终影响井巷内的环境温度。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种矿井围岩表面梯度降温方法，能够有效将矿井内的效热量转移，改善热害矿井工作环境。

本发明的另一目的在于提供一种梯度降温装置，其能够隔绝围岩散热，提高冷风利用效率，改善热害矿井工作环境。

本发明的实施例是这样实现的：

一种矿井围岩表面梯度降温方法，该方法是在矿井巷道的围岩表面铺设梯度降温板，梯度降温板内循环流动冷风，将围岩表面的热量带走。

一种梯度降温装置，其包括铺设于矿井巷道的围岩表面的梯度降温板，以及往矿井巷道内输送冷风的冷风降温机构，梯度降温板包括两层隔热层和多条位于两层隔热层之间的通风管，通风管内循环流动冷风。

在本发明较佳的实施例中，上述冷风降温机构包括冷风进管和热风出管，冷风进管的一端与位于地面上的第一冷风机连通，另一端伸入矿井巷道内，且其位于矿井巷道内的冷风进管开设有若干出风口；热风出管的一端与位于地面上的第一抽风机连通，另一端伸入矿井巷道内，且其位于矿井巷道内的热风出管开设有若干抽风口。

在本发明较佳的实施例中，上述矿井巷道的围岩表面或靠近矿井巷道的隔热层上涂覆有隔热保温涂料；每层隔热层是由多层隔热材料铺叠而成，且靠近矿井巷道的隔热层的厚度大于另一隔热层的厚度。

在本发明较佳的实施例中，上述梯度降温板通过螺钉固定在矿井巷道的围岩表面，螺钉和梯度降温板之间设置有卡持片，螺钉贯穿两层隔热层，通风管位于螺钉两侧。

在本发明较佳的实施例中，上述梯度降温装置还包括往通风管内循环通入冷风的风冷循环机构，风冷循环机构包括主进风管和主出风管，主进风管一端的地面进风口位于地面上，另一端与通风管的一端连通，通风管的另一端与主出风管的一端连通，主出风管另一端的地面出风口位于地面上。

在本发明较佳的实施例中，上述主进风管通过进风管支路与通风管连通，主出风管通过出风管支路与主出风管连通。

在本发明较佳的实施例中，上述进风管支路上设置有第二冷风机；出风管支路上设置有第二抽风机。

在本发明较佳的实施例中，上述进风管支路靠近通风管的一端、出风管支路靠近通风管的一端均设置有风温传感器；出风管支路靠近通风管的一端还设置有风速传感器。

在本发明较佳的实施例中，上述还包括与第二冷风机和第二抽风机连接的电源。

本发明实施例的有益效果是：本发明实施例的矿井围岩表面梯度降温方法是在矿井巷道的围岩表面铺设梯度降温板，梯度降温板内循环流动冷风，将围岩表面的热量带走，该方法能够有效将矿井内的效热量转移，改善热害矿井工作环境。本发明实施例的梯度降温装置包括铺设于矿井巷道的围岩表面的梯度降温板，往梯度降温板内循环通入冷风的风冷循环机构，以及往矿井巷道内输送冷风的冷风降温机构，梯度降温板包括两层隔热层和多条位于两层隔热层之间的通风管，风冷循环机构用于往通风管内循环通入冷风。梯度降温装置主要通过梯度降温板、风冷循环机构和冷风降温机构来实现矿井巷道内全方位降温，该装置能够隔绝围岩散热，提高冷风利用效率，改善热害矿井工作环境。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种梯度降温装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种冷风降温机构的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种梯度降温板的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种风冷循环机构的结构示意图。

图标：100-梯度降温装置；001-围岩；002-矿井巷道；110-冷风降温机构；111-冷风进管；112-热风出管；113-第一冷风机；114-出风口；115-第一抽风机；116-抽风口；120-梯度降温板；121-隔热层；122-通风管；123-螺钉；124-卡持片；130-风冷循环机构；131-主进风管；132-主出风管；133-地面进风口；134-地面出风口；135-进风管支路；136-出风管支路；137-第二冷风机；138-第二抽风机；139-风温传感器；140-风速传感器；141-数据采集仪；142-计算机温控系统；143-电源。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参照图1所示，本实施例提供一种矿井围岩表面梯度降温方法，该方法是在矿井巷道002的围岩001表面铺设梯度降温板120，梯度降温板120内循环流动冷风，将围岩001表面的热量带走。

请参照图1至图4所示，本实施例还提供一种基于上述矿井围岩表面梯度降温方法的梯度降温装置100，其包括铺设于矿井巷道002的围岩001表面(包括顶面、侧壁和地面)的梯度降温板120，往梯度降温板120内循环通入冷风的风冷循环机构130，以及往矿井巷道002内输送冷风的冷风降温机构110。梯度降温板120包括两层隔热层121和多条位于两层隔热层121之间的通风管122，风冷循环机构130用于往通风管122内循环通入冷风，使通风管122内循环流动冷风。梯度降温装置100主要通过梯度降温板120、风冷循环机构130和冷风降温机构110来实现矿井巷道002内全方位降温。

梯度降温板120安装完成后，在矿井巷道002与围岩001之间构成了一个人工降温层，具体是：梯度降温板120配备隔热层121，对围岩001表面的热传导起阻隔作用，但隔热层121仍然会被围岩001加热，因此同时还配备通风管122，通风管122内流动的冷风带走隔热层121上的热量，从而在围岩001表面与矿井巷道002之间形成一个梯度降温层，实现围岩001表面降温。同时，梯度降温板120与冷风降温机构110这种传统的矿井巷道002通风降温方法联合使用，可提高冷风利用效率，改善热害矿井工作环境。

参见图2所示，冷风降温机构110包括冷风进管111和热风出管112，冷风进管111的一端与位于地面上的第一冷风机113连通，另一端伸入矿井巷道002内，且其位于矿井巷道002内的冷风进管111开设有若干出风口114；热风出管112的一端与位于地面上的第一抽风机115连通，另一端伸入矿井巷道002内，且其位于矿井巷道002内的热风出管112开设有若干抽风口116。本实施例中，出风口114与抽风口116一一对应，且相对设置，优选出风口114抽风口116上方，且朝下设置，抽风口116朝上设置，每个出风口114、矿井巷道002和对应的抽风口116形成冷风循环，用于将矿井巷道002内的热气排出。

本实施例中，矿井巷道002的围岩001表面或靠近矿井巷道002的隔热层121上涂覆有隔热保温涂料(比如zs-211反射隔热保温涂料、zs-1耐高温隔热保温涂料)，减少围岩001热传导；每层隔热层121是由多层隔热材料(比如，铝膜气泡隔热材料、珍珠棉隔热材料、eva隔热材料、玻璃棉隔热材料、岩棉隔热材料、纳基隔热软毡)铺叠而成，且靠近矿井巷道002的隔热层121的厚度大于另一隔热层121的厚度。由于越靠近围岩001，热量越高，因此在靠近围岩001的地方或直接在围岩001表面设置隔热材料，便于用最少的隔热材料实现围岩001热量有效阻隔。

参见图3所示，梯度降温板120通过螺钉123固定在矿井巷道002的围岩001表面，螺钉123钉入的地方设置有螺帽和垫板，螺钉123和梯度降温板120之间设置有卡持片124，保证将梯度降温板120安装于围岩001表面的前提下，减少围岩001由安装处传导出的热量。螺钉123贯穿两层隔热层121，通风管122位于螺钉123两侧，避免螺钉123将通风管122刺破。

参见图4所示，风冷循环机构130包括主进风管131和主出风管132，主进风管131一端的地面进风口133位于地面上，且与地面风冷系统连通，另一端与通风管122的一端连通，通风管122的另一端与主出风管132的一端连通，主出风管132另一端的地面出风口134位于地面上，主进风管131通过进风管支路135与通风管122连通，主出风管132通过出风管支路136与主出风管132连通，进风管支路135上设置有第二冷风机137；出风管支路136上设置有第二抽风机138。主进风管131和主出风管132的数量一般是多根，以保证通风管122内的冷风流能将围岩001表面的热量带走，使矿井巷道002内的保持适宜温度为准，本实施例中，主进风管131和主出风管132的数量均为两根。

风冷循环机构130的冷风由地面风冷系统提供，冷空气从地面进风口133进入主进风管131，再通过进风管支路135进入冷风机并在此冷却，然后进入梯度降温板120的通风管122内，带走隔热层121上的热量，确保围岩001放热所产生的热量不会传递到矿井巷道002内，从而达到矿井巷道002降温的目的，通风管122内被隔热层121加热的空气通过抽风机进入出风管支路136，再进入主出风管132，由地面出风口114排放。

为确保风冷循环机构130稳定可控，进风管支路135靠近通风管122的一端、出风管支路136靠近通风管122的一端均设置有风温传感器139；出风管支路136靠近通风管122的一端还设置有风速传感器140，风温传感器139、风速传感器140分别通过电缆与数据采集仪141连接，数据采集仪141与计算机温控系统142连接。风温传感器139、风速传感器140测得的数据通过电缆传递给数据采集仪141，然后进入计算机温控系统142进行监测控制。

第二冷风机137和第二抽风机138与电源143连接，电源143还通过电线与计算机温控系统142连接，风冷循环机构130运行所需电能由电源143提供，再由电线连接至各用电设备。

综上所述，本发明实施例的矿井围岩表面梯度降温方法能够有效将矿井内的效热量转移，改善热害矿井工作环境；本发明实施例的梯度降温装置，其能够隔绝围岩散热，提高冷风利用效率，改善热害矿井工作环境。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。