一种高温独头巷道用拖行式人工制冷系统及降温方法与流程

本发明属于爆破工程，具体涉及一种制冷降温效果好、成本低、能耗小、安全可靠、方便移动、适应矿井复杂环境的高温独头巷道用拖行式人工制冷系统及降温方法。

背景技术：

1、随着矿山开采深度的不断增大，受地热、设备散热及风流自压缩热等因素影响，矿井高温热害问题愈发严重。目前，矿井高温热害防治技术主要分为：非人工制冷降温方法，如通风降温、设置隔热层、个体防护降温等；以及人工制冷降温技术，如人工制冷水或制冰降温、人工二氧化碳降温、压缩空气降温以及热管降温等。通风降温虽然结构简单、成本低，但独头巷道由于处于全矿通风系统全压作用区域末端，风压动力较小导致供风量不足，风流流动缓慢使得冷热交换后空气降温效果不明显；而隔热层降温的排热降温效果不仅受隔热板热力学性能影响，并且还容易受到巷道淋水、粉尘积聚等显著降低隔热效果的外部因素影响，而且投入成本高。人工制冷降温技术是目前国内外高温矿井普遍使用的降温方法。其中，机械制冷降温技术使用最为广泛，其原理是通过制冷设备产生冷量并输送到井下高温地点，与高温地点的热空气进行换热，降低高温地点的空气温度。此类方法降温效果良好，能够有效解决高温矿井降温难题，但传统的机械制冷降温技术通常需要在地面或井下建立集中制冷系统，不仅占地面积大、冷量输送管线长、冷量损失大、成本高、能耗大和移动性差等弊端，而且随着矿山开采深度的不断增大，使得冷量制备和输送压力也将不断增大。

2、现有技术中，为了解决传统机械制冷降温技术的不足，有通过将移动式机械制冷设备应用于矿井高温巷道中进行热害防治，从而无需建设专门的硐室和铺设漫长的管线以减少基建投入，并且还能减少冷量损失和减小能耗；但如果将移动式机械制冷设备简单地设置于高温巷道中降温，由于整个巷道的制冷空间体积较大，而且移动式机械制冷设备本身在制冷的同时也需要散发热量，因此导致同等功率下降温效果有限。为此，有通过在移动式机械制冷设备上增加向工作面延伸并靠近的冷风风管，并增加向巷道后方延伸乃至伸入到回风巷内的热风风管，从而试图提高工作面的降温效果，但由此造成冷风被直接吹在工作面的围岩上，导致较多的冷量用于冷却工作面围岩，而用于冷却巷道内空气温度的冷量不足，导致降温效果仍然不明显。另外，现有技术中还有在前述风管结构的基础上增加设置于巷道中的风障，将巷道分隔为制冷区和非制冷区，并将移动式机械制冷设备设置于非制冷区内，从而既能有效隔绝制冷区内的冷空气向外扩散，同时还能减弱非制冷区热量传递到制冷区内；但是，现有的风障独立设置于巷道内，不仅安装及拆卸均较为繁琐，而且移动式机械制冷设备的回风口只能吸入非制冷区内的热风进行制冷，造成制冷速度慢且能耗较高，并且风障使得巷道制冷区内基本处于全封闭的状态，有毒有害气体难以及时有效的排出，因此存在严重的安全隐患。

3、因此，研发一种既具有良好的制冷降温效果，又具有成本低、能耗小、方便移动、安全可靠、适应矿井复杂环境等特点的高温巷道用拖行式人工制冷系统及降温方法，对矿山深部开采及矿井高温热害防治具有重要的现实意义。

技术实现思路

1、根据现有技术中的不足，本发明提供了一种制冷降温效果好、成本低、能耗小、安全可靠、方便移动、适应矿井复杂环境的高温独头巷道用拖行式人工制冷系统，还提供了一种基于高温独头巷道用拖行式人工制冷系统的降温方法。

2、本发明的高温独头巷道用拖行式人工制冷系统是这样实现的：包括制冷机组、风障、拖行式平台，所述拖行式平台的前端/或后端设置有拖拉构件且底端设置有滚轮，所述制冷机组设置于拖行式平台的上端，所述制冷机组面向拖行式平台移动方向的一端上部设置有冷风出口且下部设置有回风口，所述制冷机组面向拖行式平台移动方向的另一端设置有热风出口，所述风障可拆卸的设置于制冷机组外壳中间部位的顶端和两侧。

3、进一步的，所述制冷机组在回风口的上方至少设置有两个冷风出口且另一端至少设置有两个热风出口，所述冷风出口可拆卸的连接有风筒，所述热风出口可拆卸的连接有风筒或靠近出口设置有局扇。

4、进一步的，所述冷风出口及热风出口为圆形口，所述回风口为圆形口或多边形口，所述风筒为带骨架且可伸缩的柔性布风筒。

5、进一步的，所述制冷机组还设置有水箱、喷淋装置，所述水箱固定设置于制冷机组内，所述喷淋装置的进水口连通水箱且喷淋头面向制冷机组的冷凝器翅片。

6、进一步的，所述风障的一端与制冷机组固定连接或活动连接，所述制冷机组顶端的风障宽度不大于制冷机组顶端的最大宽度或长度，所述制冷机组两端的风障高度不大于制冷机组的最大高度。

7、进一步的，所述风障为板状可伸缩结构且一端与制冷机组活动连接、另一端设置有与巷道内壁上的螺钉连接的挂钩；或者风障为卷轴伸缩结构且包括卷轴、风障布、风障杆，所述卷轴与制冷机组活动连接或固定连接，所述风障布一端卷绕在卷轴上且另一端与风障杆固定连接，所述风障杆上还设置有与巷道内壁上的螺钉连接的挂钩。

8、进一步的，所述风障为矩形结构且一端抵紧制冷机组的连接面，所述制冷机组两侧的风障展开后远离制冷机组一端抵紧巷道的壁面且下端抵紧巷道的底板，所述制冷机组顶端的风障展开后远离制冷机组的一端抵紧巷道的顶板。

9、进一步的，所述拖行式平台的顶端固定设置有承载平台，所述制冷机组通过连接件与承载平台可拆卸地连接。

10、本发明的基于高温独头巷道用拖行式人工制冷系统的高温独头巷道降温方法是这样实现的：包括制冷系统拖行、风障安设、制冷降温步骤，各步骤具体为：

11、a、制冷系统拖行：将制冷机组固定在拖行式平台上，然后将拖行式平台通过拖拉构件以硬连接方式与拖行车辆连接，随后将拖行式平台连同制冷机组拖行至巷道的指定位置，使制冷机组的冷风出口及回风口面向巷道的工作面；

12、b、风障安设：分别展开制冷机组顶端和两侧的风障，使顶端的风障展开后远离制冷机组的一端抵紧巷道的顶板，使两侧的风障展开后远离制冷机组一端抵紧巷道的壁面且下端抵紧巷道的底板，然后向巷道的顶板及壁面置入螺钉并与风障远离制冷机组的一端连接，最终将巷道隔离划分为制冷区和非制冷区；

13、c、制冷降温：启动制冷机组经回风口吸入制冷区内的热空气，经制冷机组内的冷凝器后产生冷风流，由冷风出口吹出至制冷区实现降温，同时制冷机组产生的热量由热风出口排向非制冷区。

14、进一步的，所述b步骤中冷风出口可拆卸的连接有风筒，所述热风出口可拆卸的连接有风筒或靠近出口设置有局扇，所述冷风出口连接的风筒出口端延伸至与工作面距离4～6m；所述c步骤中可开启喷淋装置的喷淋头向制冷机组的冷凝器翅片喷水降温。

15、本发明的有益效果：

16、1、本发明通过在制冷机组外壳中间部位的顶端和两侧设置可拆卸的风障，从而将高温巷道分隔为制冷区和非制冷区，使得巷道的制冷区形成相对封闭的空间，通过对制冷机组位置的调整可尽量减小制冷区与工作面的距离，即缩小冷却空间体积，并且风障还能抑制制冷区内的冷空气向外扩散，同时减弱了非制冷区的热量传递到制冷区内，最终能够有效提高制冷区的降温效果，从而有效解决了地下高温巷道热害问题。

17、2、本发明将制冷机组的回风口与冷风出口位于同一侧且均位于制冷区内，随着制冷机组的运行，冷风出口送出的冷风温度逐渐降低，而回风口吸入制冷区内的空气温度也将逐渐降低，从而实现制冷区内空气温度下降的良性循环，不仅能够有效提高工作面的降温效果，为高温掘进巷道内作业人员提供舒适的工作环境，进而提高作业人员的工作效率，保证矿井安全高效生产，而且还能有效降低制冷能耗；特别是通过风障将制冷机组的热风出口设置于非制冷区内，可显著减少排出的热风与制冷区内的冷风换热造成的冷量损失，使冷量最大程度用于对制冷区内作业人员密集活动区域降温，进一步提高了制冷区的降温效果和降低制冷能耗。

18、3、本发明的制冷机组冷风出口和热风出口可根据高温掘进巷道的实际情况选择单独或同时连接风筒，若在制冷机组的冷风出口连接风筒，则在不调整制冷机组与制冷区工作面间距的情况下，即可达到调整出风口与工作面之间距离的目的，可实现工作面的快速制冷及节约能耗的目的；而在制冷机组的热风出口连接风筒使用，则可将制冷机组运行产生的热量排至远离巷道制冷区的位置以减少热风与冷风的换热，从而可提高冷风的利用率，有效提升了制冷区的降温效果。

19、4、本发明的风障可拆卸的设置于制冷机组外壳中间部位的顶端和两侧，制冷机组外壳作为风障的固定基座，不仅使得风障的安装及拆卸较为简便，而且风障收起后与制冷机组形成一体化还便于转运，并且风障在巷道内形成的“隔墙”并非完全封闭，在巷道横截面的顶部及两侧均留有足够的空隙，可作为制冷区内的有毒有害气体排出通道，从而消除了作业安全隐患。特别是将制冷机组外壳两侧的风障下端抵紧巷道的底板，而巷道顶部预留空隙的结构，既可减少制冷区内下沉的冷空气流失，又能排出巷道内产生的高温有毒有害气体。

20、5、本发明进一步在制冷机组内设置水箱及喷淋装置，并且喷淋装置的进水口连通水箱且喷淋头面向制冷机组的冷凝器翅片，可在需要时通过对冷凝器翅片喷淋降温，从而可延长制冷机组的工作时间，提高了制冷机组在高温环境下的持续工作能力，以维持高温掘进巷道降温后的舒适工作环境。

21、综上所述，本发明不仅可以有效降低高温掘进巷道内空气的温度，实现热害防治的目的，还能够保证降温设备在高温环境下的连续长时间运行，与传统机械制冷降温装置相比，能够有效节约热害防治所需的人力物力成本，减少能耗，整体具有制冷降温效果好、成本低、能耗小、安全可靠、方便移动、适应矿井复杂环境的特点。