矿井按需供热系统的制作方法

本发明涉及采矿技术领域，尤其涉及一种矿井按需供热系统。

背景技术

通风管理是矿山安全生产的过程中的重要组成部分。矿井通风需要保证井下的有足够的新鲜空气，使得井下工作人员能够安全的进行工作，不会因为缺氧而产生身体不适，具有改善工作人员的工作环境，并且保证工作人员的生命安全的作用。因此，通过结合矿山的实际情况，系统地、科学地做好矿山通风安全工作是非常必要的，并且对于矿山安全生产来说意义重大。

在生产过程中，矿井的风量、风速、相对湿度、氧气浓度等各种通风参数处在动态的变化之中，只有充分考虑这些变化中的参数进行通风，才能向井下连续输送必要数量的新鲜空气，稀释并排除有毒有害气体和矿尘，保障人员和设备的安全。

特别是处于对高寒地区的矿井，工作人员作业温度较低、氧气含量低，只有高效节能地为井下提供必要数量的风流，才能保证工作人员的身体健康以及设备的正常运行，提高高寒地区的作业生产效率。

矿井回风是一种优质的余热资源，回风的余热经过处理后可以作为矿井进风预热的能量来源。

在余热能量不足以为矿井进风提供足够的预热能量时，还需要启动其它能量来源的加热系统，对矿井进风进行加热。

而矿井中的风量的确定，以及加热系统的功耗的确定，会极大地影响矿井的安全运行以及能源的消耗。

需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种矿井按需供热系统，至少在一定程度上克服矿井作业时不能按需供热的问题。

本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。

根据本发明实施例提供一种矿井按需供热系统，包括通风设备、矿井按需通风装置、回风余热收集装置以及供热控制器；所述矿井按需通风装置与所述通风设备连接，根据矿井的总风量、由传感器获取的矿井内各个作业点的人员数据、设备数据和环境数据控制所述通风设备工作，其中，所述矿井的总风量根据预设的通风计划确定；所述回风余热收集装置连接所述通风设备所在的风道，收集所述风道中的矿井回风中的热量；所述供热控制器与所述矿井按需通风装置和所述回风余热收集装置连接，根据所述矿井按需通风装置控制所述通风设备工作的控制数据计算所述回风余热收集装置的余热回收量，并在所述余热回收量不满足预设的供热计划时，根据所述余热回收量以及预设的供热计划确定新增供热量。

上述方案中，所述按需通风装置包括：仿真单元，用于根据所述人员数据、所述设备数据以及所述环境数据进行仿真运行，得到模拟风流数据的，其中，所述环境数据包括实际风流数据；控制单元，用于根据所述模拟风流数据、所述实际风流数据以及所述矿井的总风量确定所述各个作业点的通风设备的目标工作状态。

上述方案中，所述通风设备包括风机和通风构筑物，所述通风设备包括风机，所述风机包括相连接的变频器和风机本体，所述矿井按需通风装置与所述变频器连接，所述矿井按需通风装置根据所述通风设备的目标工作状态通过控制所述变频器控制所述风机本体工作。

所述通风设备还包括通风构筑物，所述矿井按需通风装置与所述通风构筑物的开关连接，所述矿井按需通风装置根据所述通风设备的目标工作状态控制所述通风构筑物工作。

上述方案中，所述系统还包括：人员定位传感器，用于监控所述各个作业点的人员数量得到人员数据，并发送给所述矿井按需通风装置；设备状态监控传感器，用于监控所述各个作业点的设备状态得到设备数据，并发送给所述矿井按需通风装置；环境监测传感器，用于监控所述各个作业点的环境状态得到环境数据，并发送给所述矿井按需通风装置。

上述方案中，所述矿井按需通风装置与所述人员定位传感器、所述设备状态监控传感器、所述环境监测传感器、以及所述通风设备通过有线通信网络和/或无线通信网络连接。

上述方案中，所述回风余热收集装置包括：热水输配器；导风器，与所述通风设备所在的风道连接；风换热器，与所述导风器连接，收集所述风道中的矿井回风中的热量；水换热器，与所述风换热器连接，将所述风换热器收集的所述热量传导至所述热水输配器中。

上述方案中，所述系统还包括测量所述回风余热收集装置收集的回风温度的温度传感器；所述供热控制器与所述温度传感器信号连接，根据所述温度传感器测量的温度数据和所述矿井按需通风装置控制所述通风设备工作的控制数据计算所述回风余热收集装置的余热回收量。

上述方案中，所述系统还包括热水利用器，所述热水利用器与所述水换热器通过热水输配器连接，利用热水输配器传输的热量对矿井的进风进行一次预加热。

上述方案中，所述热水输配器包括循环水泵，用于将循环水在所述水换热器和所述热水利用器之间循环。

上述方案中，所述系统还包括：加热装置，与所述供热控制器连接，用于根据所述供热控制器确定的新增供热量对矿井的进风进行二次预加热。

本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明一种示例性实施例所提供的技术方案中，根据矿井的按需通风情况计算回风余热收集装置的余热回收量，并在余热回收量不满足预设的供热计划时，根据余热回收量和预设的供热计划确定新增供热量，结合余热回收量和新增供热量实现对矿井的按需供热，减少了能源的浪费。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1示意性示出了根据本发明实施例的一种矿井按需通风系统的框图；

图2示意性示出了根据本发明的实施例的另一种矿井按需通风系统的框图；

图3示意性示出了根据本发明的实施例的回风余热收集装置的框图；

图4示意性示出了根据本发明的实施例的风换热器和水换热器的工作原理图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例性实施方式。然而，示例性实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本发明将更加全面和完整，并将示例性实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的模块翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。其他相对性的用语，例如“高”“低”“顶”“底”“左”“右”等也作具有类似含义。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。

图1示意性示出了本公开的示例性实施方式的矿井按需供热系统，参考图1，矿井按需供热系统100包括通风设备120、矿井按需通风装置110、回风余热收集装置130以及供热控制器140；矿井按需通风装置110与通风设备120连接，根据矿井的总风量、由传感器获取的矿井内各个作业点的人员数据、设备数据和环境数据控制通风设备120工作，其中，矿井的总风量根据预设的通风计划确定；回风余热收集装置130连接通风设备120所在的风道，收集风道中的矿井回风中的热量；供热控制器140与矿井按需通风装置110和回风余热收集装置130连接，根据矿井按需通风装置110控制通风设备120工作的控制数据计算回风余热收集装置130的余热回收量，并在余热回收量不满足预设的供热计划时，根据余热回收量以及预设的供热计划确定新增供热量。

在该方案中，根据矿井的按需通风情况计算回风余热收集装置的余热回收量，并在余热回收量不满足预设的供热计划时，根据余热回收量和预设的供热计划确定新增供热量，结合余热回收量和新增供热量实现对矿井的按需供热，减少了能源的浪费。

如果余热回收量恰好满足预设的供热计划，则将这部分回风余热用于加热矿井的进风，无需确定新增供热量；如果余热回收量多于预设的供热计划，则可以将这部分回风余热用于加热矿井的进风之外多余的部分，用于矿区供暖或洗浴等其它热量需求。

这里，通风设备120包括风机，风机包括相连接的变频器和风机本体，矿井按需通风装置110与变频器连接，矿井按需通风装置110根据通风设备120的目标工作状态通过控制变频器控制风机本体工作。

通风设备120还包括通风构筑物，矿井按需通风装置110与通风构筑物的开关连接，矿井按需通风装置110根据通风设备120的目标工作状态控制通风构筑物工作。

根据本公开的示例性实施例，通风设备120包括风机和通风构筑物。这些风机和通风构筑物安装在矿井中，可由矿井按需通风装置110远程监测、远程控制。

其中，风机包括相连接的变频器和风机本体，矿井按需通风装置110与变频器连接，矿井按需通风装置110根据通风设备120的目标工作状态通过控制变频器控制风机本体工作。矿井按需通风装置110与通风构筑物的开关连接，矿井按需通风装置110根据通风设备120的目标工作状态控制通风构筑物工作。

矿井的风机包括主扇风机、副扇风机和局扇风机，通过控制这些风机，可以调整各个作业点的风量。通过调整通风构筑物的开关状态可以调整通风构筑物的通风面积，结合对风机的控制，可以实现按需通风，满足井下安全作业需求，降低通风能耗。

在本发明实施例中，上述系统还包括：人员定位传感器203，用于监控各个作业点的人员数量得到人员数据，并发送给矿井按需通风装置110；设备状态监控传感器204，用于监控各个作业点的设备状态得到设备数据，并发送给矿井按需通风装置110；环境监测传感器205，用于监控各个作业点的环境状态得到环境数据，并发送给矿井按需通风装置110。

这里，设备数据包括设备的设备类型、设备型号、设备数量以及设备运行状态。矿井中各个作业点的设备的类型、型号、数量以及运行状态都会对该作业点的需风量造成影响。

人员数据包括矿井中各个作业点的工作人员的数量。矿井中各个作业点的工作人员的数量也会对该作业点的需风量造成影响。

环境数据包括有毒有害气体浓度、含氧量、温度、湿度和实际风流数据等参数。这些参数同样会对该作业点的需风量造成影响。

人员定位传感器203可以为安装在各个工作点的无线射频识别装置、无线传感器识别装置或者人脸识别装置，且并不局限于此。在采用无线射频识别装置识别工作人员时，工作人员需要佩戴射频标签；在采用无线传感器识别装置识别工作人员时，工作人员需要佩戴无线传感器。例如，可以将射频标签设置在特制的矿用服饰上，将无线传感器设置工作人员的安全帽中。

设备状态监控传感器204可以为设置在各个作业点的设备上的监控模块。该监控模块可以获取设备类型、设备型号、设备数量等设备信息，以及实时获取设备运行状态等信息，并将这些信息发送给地面上的矿井按需通风装置110。

环境监测传感器205可以为设置在各个工作点的传感器组，该传感器组可以包括有毒气体浓度传感器、氧气浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、风速传感器等。该传感器组可以获取有毒有害气体浓度、含氧量、温度、湿度和实际风流速度等环境数据，并将这些环境数据发送给地面上的矿井按需通风装置110。

根据本公开的示例性实施例，矿井按需通风装置110与人员定位传感器203、设备状态监控传感器204、环境监测传感器205以及通风设备120通过有线通信网络和无线通信网络连接。这样，可以实现人员数据、设备数据和环境数据的共享，这些数据可以较为方便地传输到地表的矿井按需通风装置110中。

按需通风装置包括仿真单元和控制单元，仿真单元根据人员数据、设备数据以及环境数据进行仿真运行，得到模拟风流数据的，其中，环境数据包括实际风流数据；控制单元，用于根据模拟风流数据、实际风流数据以及矿井的总风量确定各个作业点的通风设备的目标工作状态。

矿井按需通风装置110根据获取的矿井的各个作业点的人员数据、设备数据以及环境数据等局部参数，调用三维通风仿真系统进行动态仿真，得到模拟风流数据。之后，矿井按需通风装置110通过比较各个工作点的模拟风流数据和实际风流数据得到二者的差值，再根据该差值和总风量数据确定各个工作点的通风设备的目标工作状态，并根据该目标工作状态控制通风设备工作。

根据本公开的示例性实施例，矿井按需通风装置110根据预设的通风计划确定矿井的总风量。具体地，矿井按需通风装置110首先根据矿井作业的情况确定矿井工作的工况条件；并根据工况条件和预设的通风计划确定矿井的总风量；其中，通风计划表征工况条件与矿井的总风量的对应关系。

这里，工况条件包括全负荷工况条件、正常负荷工况条件、一般负荷工况条件和轻负荷工况条件。矿山依据回采工艺和生产计划安排，依照正常工作制度，将矿山生产能力与人员、设备和作业点按时间节点进行匹配，将该矿通风划分为以上四种工况条件。其中，根据通风计划得到的各种工况条件与矿井的总风量以及时间和占比的对应关系为：

全负荷：总需风量650m³/s，时间2h，占比8％；

正常负荷：总需风量560m³/s，时间12h，占比50％；

一般负荷：总需风量450m³/s，时间6h，占比25％；

轻负荷：总需风量300m³/s，时间4h，占比17％。

如图3所示，本公开示例性实施例中的回风余热收集装置130包括：热水输配器134；导风器131，与通风设备120所在的风道连接；风换热器132，与导风器131连接，收集风道中的矿井回风中的热量；水换热器133，与风换热器132连接，将风换热器132收集的热量传导至热水输配器134中。

此外，上述系统还包括测量回风余热收集装置130收集的回风温度的温度传感器；供热控制器140与温度传感器信号连接，根据温度传感器测量的温度数据和矿井按需通风装置110控制通风设备120工作的控制数据计算回风余热收集装置130的余热回收量。

上述系统还包括热水利用器，热水输配器包括循环水泵，热水利用器与水换热器通过热水输配器连接，热水输配器的作用是将循环水在水换热器和热水利用器之间循环。热水利用器则利用热水输配器传输的热量对矿井的进风进行一次预加热。

如图4所示，风换热器132包括蒸发器401以及压缩机402，水换热器133包括冷凝器403以及膨胀阀404。蒸发器401、压缩机402、冷凝器403以及膨胀阀404构成了空气源热泵机组。上述蒸发器401、压缩机402、冷凝器403以及膨胀阀404之间可以用铜管连接，铜管中储存有传热工质。传热工质可以是异丁烷、正丁烷、氟里昂等，或上述几种物质的组合。传热工质在常压下的沸点很低，为零下40℃，凝固点为零下100℃以下，该物质在温度较低的情况下呈液态。故当传热工质与矿井回风(温度大致为8℃)接触后，传热工质迅速汽化。

下面详细说明风换热器132和水换热器133在工作时，如何将矿井回风中的热量转移至循环水中的工作原理：

蒸发器401中的传热工质吸收矿井回风中的热量，传热工质在蒸发器401中汽化，处于低温低压状态下的传热工质经压缩机402压缩后变为高温高压状态下的气体，高温高压的气体被送至冷凝器403。由于传热工质的温度高于循环水的温度，传热工质受温度较低的循环水的作用，传热工质从气体变为液体，同时释放出热量，使得循环水的温度升高。液态状态下的传热工质经膨胀阀404节流后，在压力作用下返回蒸发器401，重复上述动作。在上述循环中，实现了热量从矿井回风向循环水中的转移。

上述系统还包括加热装置，其与供热控制器140连接，用于根据供热控制器140确定的新增供热量对矿井的进风进行二次预加热。

本发明示例性实施例所提供的矿井按需供热系统中，根据矿井的按需通风情况计算回风余热收集装置的余热回收量，并在余热回收量不满足预设的供热计划时，根据余热回收量和预设的供热计划确定新增供热量，结合余热回收量和新增供热量实现对矿井的按需供热，减少了能源的浪费。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。