一种地面制冷穿越复杂深地层输冷矿井降温系统的制作方法

本发明属于矿井降温系统，涉及一种地面制冷的矿井降温系统，具体为一种地面制冷穿越复杂深地层输冷矿井降温系统。

背景技术：

1、在矿井开采中，深部开采工作面的原始岩温和矿井涌水温度均较高、散热量大、通风距离远，采掘生产工作面空气环境必然会出现高温高湿热害问题，矿井热害已成为制约深部矿井煤炭资源高效开采的主要灾害之一。仅通过提高风量等措施无法解决深部开采工作面高温热害问题，采用人工制冷降温技术措施成为采掘生产工作面降温的有效途径，特别是通过循环水输送冷量对风流降温除湿达到矿井热害治理的目的较为普遍。但是，随着煤矿采掘深度增加，冷水输送距离亦相应增加，产生了通风距离远、输冷距离长和输冷损失大等问题，致使采区降温效果不佳。故，矿井深部开采人工制冷生产工作面降温的制冷散热和冷量输送损失控制难题必须要解决。

2、常规的地面制冷、井下降温的输冷方式有多种，例如常规的在已有井筒内直接安装输冷管、在钻孔套管内按照民用保温管要求做保温等。对于在井筒内安装输冷管存在的主要问题是：1、井筒是矿井重要的运输通道和通风通道，空间极为紧张，而输冷管一般直径很大，加上保温层后占据井筒空间较大，严重影响正常运输及通风风量，并且存在投资大、安全系数低、保温层容易淋水、保温极易失效、输冷损失大等问题；2、井筒安装输冷管，随着采掘工作的开拓推进，工作面距离井筒越来越远，工作面降温输冷距离增加，输冷管路延长、输冷损失增加，输冷管道投资增加，且输冷管道在主要大巷内敷设会占据巷道空间、存在影响运输，管理维护工作量大等问题。

3、对于在钻孔套管内安装民用预支保温管存在的问题是：普通输冷管的保温层多为单层、且强度不高、密度小、抗压强度低，不适应高地压力和地应力的破坏作用，如果套管与输冷管道内采用普通绝热材料，由于需穿越的深地层的垂直高度大，导致管道自重大、保温材料自重大、进而会导致输冷管固定困难、保温材料固定困难、并极易被压缩变形、失去保温性能，压缩变形后，会存在间隙、容易形成导水通道，最终导致后期运行存在较大安全隐患。

4、因此，有必要提供一种地面制冷穿越复杂深地层输冷矿井降温系统，以解决现有技术中存在的由于输冷距离长、输冷损失大的技术缺陷而导致的深部开采工作面高温热害的技术难题。

5、本方案提供的穿越复杂深地层输冷降温系统旨在实现利用输冷液将地面冷源的冷量经过输冷系统穿越复杂深地层输送至深部采掘高温热害工作面，对采掘高温热害工作面有效降温，能够有效缩短地面冷源至井下降温采掘工作面距离、提高冷量输送效率、解决矿井降温制冷散热和冷量输送损耗大等难题，也可确保了深部开采矿井高温热害生产工作面降温效果。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种地面制冷穿越复杂深地层输冷矿井降温系统,以解决现有技术中对复杂深地层下的矿井采掘工作面输冷的过程中，输冷距离长、输冷损耗大、降温效果差的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明的所采取的技术方案是：

3、一种地面制冷穿越复杂深地层输冷矿井降温系统，其包括设置在地表的地面冷源站、从地表穿越复杂深地层至地下的一次载冷循环部，以及位于复杂深地层下的高-低压冷量交换器、二次载冷循环部、井下降温装置，所述地面冷源站通过一次载冷循环部与所述高-低压冷量交换器的冷量输入部连接，所述井下降温装置通过二次载冷循环部与所述高-低压冷量交换器的冷量输出部连接。

4、所述一次载冷循环部包括位于地表的供液管、回液管、一次载冷循环泵，所述供液管、回液管分别包括地表的管路以及由地表穿越至复杂深地层下的复合绝热保冷输冷管道，所述供液管、回液管的复合绝热保冷输冷管道的结构相同，供液管与回液管的下端通过高-低压冷量交换器的冷量输入部连通；所述一次载冷循环泵设置在所述供液管位于地表的管路上。

5、所述复合绝热保冷输冷管道分层设置在钻地层的钻孔内，自外向内依次包括相互粘附的一开保护套管固定地层堵水水泥浆层、一开保护套管、二开保护套管固定地层堵水水泥浆层、二开保护套管、保温水泥浆层及输冷管，两根所述输冷管的上端分别与所述供液管、回液管的地表管路连通，下端通过所述高-低压冷量交换器的冷量输入部连通。

6、所述二次载冷循环部包括二次载冷循环泵、供冷水管及回冷水管，所述二次载冷循环泵设置在所述供冷水管上；所述井下降温装置通过供冷水管及回冷水管与所述高-低压冷量交换器的冷量输出部连接、包括采区集中降温装置及采掘工作面局部降温装置，所述采区集中降温装置与采掘工作面局部降温装置并联设置在二次载冷循环泵后的供冷水管与回冷水管之间。

7、其还包括找孔安装巷道，所述找孔安装巷道设置在所述复杂深地层的矿井与所述复合绝热保冷输冷管道之间，所述输冷管通过找孔安全巷道与所述高-低压冷量交换装置连通。

8、所述采区集中降温装置设置在井下换热硐室内，包括集中降温空调器及集中降温换热器，所述供冷水管、回冷水管分别与所述集中降温换热器的冷量输入端的进水口、出水口连接，所述集中降温空调器与所述集中降温换热器的冷量输出端管路连接，所述集中降温空调器的出水口与所述集中降温换热器的进水口之间的管路上设置有集中降温循环泵。

9、所述系统还包括为地面冷源站降温冷却的冷凝热利用部和制冷散热部，所述冷凝热利用部与所述制冷散热部之间通过管路并联，所述地面冷源站的冷凝介质进口处设置有与冷凝热利用部和制冷散热部串联的冷却介质循环泵。

10、所述一开保护套管的外壁设置管道居中扶正器a；在二开保护套管的外壁设置管道居中扶正器b；在输冷管的外壁设置管道居中扶正器c。

11、一种复合绝热保冷输冷管道的施工方法，其特征在于：其为两开施工法，具体步骤如下，

12、a，根据地质勘察资料及深度制定钻孔位置、孔径、开钻次数；

13、b，根据地质勘探地层特征，穿越复杂地层钻一开钻孔，深度为钻至表土层以下基岩，且进基岩3至5m；

14、c，沿一开钻孔下放一开保护套管至指定一开钻孔底部；

15、d，固定一开钻孔保护套管，在一开保护套管与一开钻孔内壁之间注浆，形成一开保护套管固定地层堵水水泥浆层，以固定一开保护套管，同时实现对含水层地层进行注浆堵水，然后进行扫管清理；

16、e，在一开钻孔的孔底钻孔，钻出二开定向钻孔，成孔；

17、f，沿二开定向钻孔下放二开保护套管，至指定二开定向钻孔底部；

18、g，固定二开保护套管，在二开保护套管与二开定向钻孔内壁之间注浆，形成二开保护套管固定地层堵水水泥浆层，以固定二开保护套管，同时实现对含水层地层的注浆堵水，然后进行扫管清理；

19、h，在二开保护套管内下放穿越复杂深地层的输冷管，输冷管与二开保护套管之间的环形空间内注保温性水泥浆形成保温水泥浆层，既能固定输冷管，又能增加传热热阻、减少输冷管的传冷损失；

20、其还包括步骤i，所述二开定向钻孔的底部与设置高-低压冷量交换器的目标巷道之间存在安全距离，安全距离由地层地质条件与定向钻进误差决定，钻孔底部与目标巷道间为高强度岩石层时，安全距离不小于10m；钻孔底部与目标巷道间为软岩层时，安全距离不小于30m；钻孔底部与目标巷道间为为多孔煤层或者存有易导水裂隙岩层时，安全距离不小于50m，所述复合绝热保冷输冷管道成型稳定安全后，自目标巷道向二开定向钻孔底部开掘找孔安全巷道。

21、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

22、本发明提供的地面制冷穿越复杂深地层输冷矿井降温系统，将载冷介质输送给采掘工作面的输冷降温用高-低压冷量交换器，实现了井下采掘工作面降温设备与对应地面上方可布置冷源站位置之间的上下连接，相对于传统的地面制冷主、副井安装输冷管至井下，再自井下至采掘工作面降温设备的远距离冷量输送，有效缩短了地面冷源至井下采掘工作面降温设备的距离、高效输冷、提高了冷量输送效率，通过将地面的冷量经过系统穿越复杂地层输送至采区及采掘工作面，解决了矿井降温制冷散热和冷量的输送损耗大等难题，确保了深部开采矿井中高温热害生产工作面的降温效果，另外，本发明所提供的系统还可以实现在寒冷季节利用地面自然冷量满足井下降温、井下制冷穿越复杂深地层输送热量至地面散热、地面制冷的冷凝热满足非采暖季洗浴供热和采暖季地面建筑的供热等功能。

23、本发明中的复合绝热保冷输冷管道的结构与普通的民用输冷管道及埋地管输冷管道完全不同，其所设置的一开保护套管固定地层堵水水泥浆层、二开保护套管固定地层堵水水泥浆层及保温水泥浆层，结构简单、密实，符合穿越复杂深地层钻孔施工工艺并且易于施工，具有较高的安全稳定性、抗地应力破坏强度高，保证了输冷管的稳定性，并且，绝热性高、热阻较大、传热损失小，并且，被冷却的地层也具有较高的热惰性，因此，其输冷效率及输冷效果能够满足深部开采矿井中高温热害生产工作面的降温需求。所以，本发明中的复合绝热保冷输冷管道在系统中所起到的作用是至关重要。