矿山回风井回风的多级冷却与除雾板联合除雾系统的制作方法

本发明属于矿山通风环保、安全技术领域，具体涉及矿山回风井回风的冷却、除雾系统，特别适用于城市郊区的矿山回风井井口白色水雾的消除。

背景技术：

矿井新鲜风流自进风井、副井或斜坡道进入井下，在风流流动过程中与井下多种热、湿源进行长距离、连续的热湿交换，矿井空气温度、含湿量及相对湿度增加，矿井回风相对湿度接近饱和状态，此时矿井空气温度接近露点温度。根据空气热力学性质，饱和空气遇到外部低温冷源将发生冷凝结露。因此，当矿井回风流动至回风井井口遇到地表低温空气时，矿井回风冷凝结露，同时，回风井风量大、流速高，含水雾矿井回风在高速气流的动量冲击作用下被破碎分解成粒径细小的水雾颗粒冲出井口地面可高达几十米，回风井俨然成为了一座“地下烟囱”，冒出回风井井口的白色水雾视野上成了“白色烟雾”，带来严重的视觉污染，尤其是矿山开采之初处于城市郊区的矿山回风井，随矿山开采进程及城镇化用地的外围扩展，矿山回风井井口逐渐处于城镇用地包围之中，回风井井口升腾的“白色烟雾”对周边居民及市容市貌的影响日益凸显。

为了解决矿山回风井井口的“白色烟雾”问题，中国专利申请201710144136.3、201710144122.1分别公布了“地下矿山回风井高温饱和风流除湿装置及方法”、“一种能够消除回风井口白色烟雾现象产生的除湿方法”，采用的除雾技术方案均为平硐式结构，装置阻力大，除雾净化风流最终贴地表低空排放，所散发的回风中潮湿等气味难以控制，同时采用风机补风，增加风机能耗及地表风机运行的噪声二次污染扰民。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对矿山回风井井口升腾的“白色烟雾”对周边居民及市容市貌的影响，以及现有技术方案存在除雾效率低，装置阻力大、污风低空排放、气流组织不合理等缺点，而提供一种结构优化、除雾效率高、装置阻力小、气流组织合理的矿山回风井回风的多级冷却与除雾板联合除雾系统。

为实现本发明的上述目的，本发明矿山回风井回风的多级冷却与除雾板联合除雾系统采用以下技术方案：

本发明矿山回风井回风的多级冷却与除雾板联合除雾系统，是由防护墙、内围护钢板、外围护钢板、屋顶密封钢板、波形板除雾器、高压喷淋装置组合构成，防护墙环形布置在回风井井筒上部井口的外围，内围护钢板、外围护钢板依次布置在防护墙的外围，屋顶密封钢板搭接布置布设在内围护钢板的上部，波形板除雾器沿内围护钢板上的中下部位四周布置安装，在外围护钢板的一侧下部四周设有补风口；所述的高压喷淋装置包括高压喷头、喷淋管路、电动阀、加压泵、水箱及plc控制系统，高压喷头布置在回风井井筒正上方的喷淋管道上，高压喷头的喷向向下，与矿井回风风流呈逆向喷淋冷却，起到一级冷却矿井回风作用，高压喷头的高度平齐或稍低于防护墙的高度；水箱布置在喷淋管道的外端部，水箱中的供水源为低温自来水或矿井水，电动阀、加压泵安装在外围护钢板外边的喷淋管道上；plc控制系统与电动阀、加压泵连接并控制高压喷头、电动阀、加压泵的开闭。

位于回风井井筒正上方的喷淋管道呈交叉布置或同心圆环布置为佳，高压喷头等距离间隔布置在回风井井筒正上方的喷淋管道上。

所述的防护墙为圆筒形结构为佳，距离回风井井筒1～2m，高度2～3m，厚度300-500mm；防护墙外围方形布置两道围护钢板，依次为内围护钢板、外围护钢板。所述的内围护钢板、外围护钢板均为方形结构；内围护钢板与防护墙的最近点距离1～2m，内围护钢板的厚度1～2mm、高度10～15m；外围护钢板间隔内围护钢板2～3m，厚度1～2mm，高度同内围护钢板；所述的屋顶密封钢板的厚度1～2mm。内围护钢板及其搭接布置布设在内围护钢板上部的屋顶密封钢板形成的封闭空间具有密封矿井回风、与外部大气之间进行导热、对流传热冷却，起到二级自然冷却风流作用。

所述的波形板除雾器的安装高度大于防护墙的高度。含水雾空气在波形板除雾器上发生惯性碰撞、雾滴沉降而气-液分离，波形板除雾器的材质可采用不锈钢、玻璃钢或聚丙烯等。

在外围护钢板下部四周设有的补风口的开孔高度依据当地室外风速、室外通风温度、矿井回风风量确定，通过补风口自然补风风量与矿井回风风量之比取0.5～1.0。补风口自然补充地表冷空气，在内围护钢板、外围护钢板及所围成的空间内进行导热传热、混合冷却，起到三级自然冷却风流作用。

本发明矿山回风井回风的多级冷却与除雾板联合除雾系统采用以上技术方案后，具有以下有益效果：

⑴设置外围护钢板，与内围护钢板构成围合空间，扩大了矿井回风出波形除雾板后排放空间，降低了矿井回风风流直接在波形板除雾器外侧排放的积聚性、二次成雾的可能性，除雾净化风流最终从围合空间的顶部排放，也有效抑制了矿井回风低空排放的气味逸散；

⑵在外围护钢板下方设置补风口，利用热的回风上升产生的底部负压、室外风速形成的风压及内、外空气密度差形成的热压自然补充地表冷空气，与出除雾板后风流在内围护钢板、外围护钢板及所两者所围合空间内进行导热、对流传热、混合冷却，起到三级自然冷却风流作用，进一步降低出波形除雾板后风流与地表大气温度温差，降低了风流出波形除雾板后的二次起雾的可能性；补风口的开孔高度便于控制，以调节外部自然补风风量，提高矿井回风的冷却效果；

⑶整个除雾系统的冷却、除雾过程进行了多级冷却，经过一级人工喷淋冷却、二、三级自然冷却，以导热、对流传热、混合传热等多形式的冷热交换，控制矿井回风与外部大气的温差，从空气热力学特征控制矿井回风的冷却冷凝起雾程度；

⑷内围护钢板、外围护钢板、屋顶密封钢板及波形板除雾器均采用薄的不锈钢，其导热系数大、传热组小，热流密度大，更有利于矿井回风与不锈钢钢板外侧地表大气进行导热传热冷却，迅速冷却矿井回风，降低矿井空气回风的冷凝结露起雾程度。

附图说明

图1是本发明矿山回风井回风的多级冷却与除雾板联合除雾系统的结构布置示意图；

图2是图1中的a-a视图；

图3为本发明矿山回风井回风的多级冷却与除雾板联合除雾系统的除雾过程工艺流程图。

附图标记为：1-防护墙；2-内围护钢板；3-外围护钢板；4-屋顶密封钢板；5-波形板除雾器；6-补风口；7-高压喷头；8-喷淋管道；9-电动阀；10-加压泵；11-水箱；12-plc控制系统；13-回风井井筒。

具体实施方式

为进一步描述本发明，下面结合附图和实施例对本发明矿山回风井回风的多级冷却与除雾板联合除雾系统做进一步详细说明。

由图1所示的本发明矿山回风井回风的多级冷却与除雾板联合除雾系统的结构布置示意图并结合图2看出，本发明矿山回风井回风的多级冷却与除雾板联合除雾系统是由防护墙1、内围护钢板2、外围护钢板3、屋顶密封钢板4、波形板除雾器5、高压喷淋装置组合构成，防护墙1环形布置在回风井井筒13上部井口的外围，内围护钢板2、外围护钢板3依次布置在防护墙1的外围，屋顶密封钢板4搭接布置布设在内围护钢板2的上部，波形板除雾器5沿内围护钢板2上的中下部位四周布置安装，波形板除雾器5的安装高度大于防护墙1的高度。含水雾空气在波形板除雾器5上发生惯性碰撞、重力沉降而进行气-液分离；波形板除雾器5尺寸规格根据矿井回风风量及设计风速确定，一般地取设计风速3～5m/s,若设计风速太小，惯性碰撞冲击作用小，除雾效率低；若风速太高，冲击作用力大，风流中夹带水滴，除雾效率亦降低；材质可采用不锈钢或玻璃钢或聚丙烯等；为了提高除雾效果，可多级串联布置波形板除雾器5，本实施例中为双级布置。在外围护钢板3的下部四周设有补风口6，利用热的矿井回风上升产生的底部负压、室外风速形成的风压及外围护钢板3的内、外空气密度差形成的热压自然补充地表冷空气，与出除雾板后风流在内围护钢板2、外围护钢板3及所围成的空间内进行导热传热、混合冷却，起到三级自然冷却风流作用，进一步降低出波形除雾板5后风流与地表大气温度温差，降低了二次起雾的可能性；补风口6的开孔高度依据当地室外风速、室外通风温度、矿井回风风量确定，通过补风口6自然补风风量与矿井回风风量之比取0.5～1.0，提高冷矿井回风效果。所述的高压喷淋装置包括高压喷头7、喷淋管路8、电动阀9、加压泵10、水箱11及plc控制系统12，高压喷头7等距离间隔布置在回风井井筒13正上方的喷淋管道8上，位于回风井井筒13正上方的喷淋管道8呈十字交叉布置，高压喷头7的喷向向下并与矿井回风风流逆向喷淋冷却，起到一级人工冷却矿井回风的作用；高压喷头7的高度平齐于防护墙1的高度。水箱11布置在喷淋管道8的外端部，供水源为低温自来水；电动阀9、加压泵10安装在外围护钢板3外边的喷淋管道8上；plc控制系统12与电动阀9、加压泵10连接并控制高压喷头7、电动阀9、加压泵10的开闭。所述的防护墙1为圆筒形结构，距离回风井井筒13为1～2m，高度2～3m，厚度300-500mm，可采用砖砌；所述的内围护钢板2、外围护钢板3均为方形结构；内围护钢板2与防护墙1的最近点距离1～2m，内围护钢板2的厚度1～2mm、高度10～15m；外围护钢板3间隔内围护钢板2为2～3m，厚度1～2mm，高度同内围护钢板2；所述的屋顶密封钢板4的厚度1～2mm，内围护钢板2、屋顶密封钢板4合围的封闭空间具有密封矿井回风、与外部大气进行导热、对流形式的传热冷却，起到二级自然冷却风流作用。内围护钢板2、外围护钢板3、屋顶密封钢板4及波形板除雾器5均采用薄的不锈钢，其导热系数大、传热组小，热流密度大，更有利于矿井回风与不锈钢钢板外侧地表大气进行导热传热冷却，迅速冷却矿井回风。

由图3所示的本发明矿山回风井回风的多级冷却与除雾板联合除雾系统的除雾过程工艺流程图看出，从矿井回风井回风的风流运动线路进行阐述，本发明的除雾工艺流程为：

⑴矿山回风井回风沿回风井井筒13上行至井口，通过plc控制系统12控制高压喷头7、电动阀9、加压泵10的开闭，进行人工喷淋冷却，起到一级人工冷却作用，得到矿井回风的预处理风流；

⑵预处理风流垂直向上及向四周扩散，大部风预处理风流向四周扩散与波形除雾板5进行惯性碰撞、重力沉降而除雾，少部分预处理风流垂直向上运动接触屋顶密封钢板4以及内围护钢板2，通过屋顶密封钢板4、内围护钢板2与外部大气发生导热传热冷却，起到二级自然冷却作用，二级冷却后风流最终流向波形板除雾器5，大部分水雾被去除得到出除雾板后风流；

⑶出除雾板后风流在热气流上升过程中产生底部负压、热压及室外风速作用产生的风压共同作用下，出除雾板后风流卷吸、带动通过补风口6进入的外部大气，出除雾板后风流与外部大气两者混合，在内围护钢板2与外围护钢板3及所围合空间内进行导热传热冷却及混合冷却，起到三级自然冷却作用，进一步降低出除雾板后风流二次成雾的可能性，除雾净化空气最终从内围护钢板2与外围护钢板3所围成的环形空间的顶部、高空排放到大气环境，完成整个除湿流程。