巷帮截流式矿井降温系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种巷帮截流式矿井降温系统，包括矿井通风系统和沿矿井通风巷道布设的循环水系统；矿井通风系统包括进风副井、进风大巷、运输上下山和轨道上下山；循环水系统包括制冷机组和保温管；进风大巷两侧间隔设有钻场，运输上下山和轨道上下山两侧间隔设有钻场；同侧相邻的两个钻场之间设有若干排巷帮定向钻孔，每排定向钻孔设有若干列；连接在相邻钻场之间的各定向钻孔形成一个注水点；注水点采用静压或者动压注水；地面泵站的进水口连接回水管；地面泵站的出水口通过管路连接有热交换器；热交换器通过管路连接所述制冷机组。本实用新型降温效果好、能够调节各注水点的水流量，同时能够有效利用地热。
【专利说明】
巷帮截流式矿井降温系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及地下降温技术领域，适用于地热较强的高温矿井，尤其涉及一种矿井降温方法及降温系统。
【背景技术】
[0002]随着矿井开采强度的增大，开采深度的延伸，地热(地温热源)灾害逐渐威胁着矿井生产，高温矿井的数量也在不断增加。继矿井五大灾害之后，地热也逐渐成为煤矿安全生产的一大灾害。
[0003]矿井通风除了能够供给井下新鲜风流、稀释炮烟、瓦斯等有毒有害气体外，还能有效排除采掘工作面热量，维持舒适的工作环境，保障井下工作人员的身体健康和劳动安全。采掘工作面必须有足够的风量，而矿井风量的调节幅度一般不大，根据巷道断面的不同，风流速度都有一定的要求。对于高温矿井来讲，新鲜风流在进入采掘工作面之前经进风大巷或轨道和运输上(下)山时已与巷道内的环境温度发生热交换，使得风流温度增高，被加热的风流难以携带采掘工作面的更多热量，以至于采掘工作面温度过高。
[0004]前人的研究中，提出通风降温、抽取地下热水源、煤层注低温水或冰、空气压缩制冷、巷道壁铺设隔热材料等矿井降温方法。
[0005]例如:通风降温多数采用制冷机组或冷媒对进风气流降温，虽然有一定的效果，但由于矿井风流量大且无法循环使用，导致投入及运行费用过大，降温效果有限。
[0006]巷道壁铺设隔热材料方法降温是在巷道的背板支护或壁后充填中加入隔热材料，将巷道周壁围岩对工作面的热辐射“屏蔽”于巷道之外，以此来降低巷道内的环境温度，如围岩压力过大，需要求隔热材料具有抗压强度高、传热系数低、体积密度小等特点，以至于使用的材料昂贵;另外，该技术也只是暂时延缓了围岩对巷道的传热，并不能阻止围岩对巷道的传热。因此，亟需找到一种投资小、收益大、便于矿上操作，并且能够有效降低矿井环境温度的方法。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型的目的在于提供一种巷帮截流式矿井降温系统，降温效果好、能够调节各注水点的水流量、操作简便、在实现矿井降温效果的同时能够有效利用地热。
[0008]为实现上述目的，本实用新型的巷帮截流式矿井降温系统包括矿井通风系统和沿矿井通风巷道布设的循环水系统；
[0009]所述矿井通风系统包括由地面向下设置的进风副井，进风副井下端与矿井的进风大巷相连通;进风大巷连接有运输上下山和轨道上下山，运输上下山连接工作面的进风顺槽为工作面送风;工作面连接有回风上下山，回风上下山连接有回风大巷，回风大巷连接有竖向设置的回风井，回风井上端露于地表；
[0010]所述循环水系统包括设置在地表的制冷机组，制冷机组连接有用于运送冷却水的保温管，保温管沿进风副井通入矿井；
[0011]所述运输上下山和轨道上下山内分别设置有分支管路，所述回风大巷、回风上下山以及回风井内设置有回水管；
[0012]轨道和运输上下山两侧间隔设有钻场；相邻钻场之间设有若干排巷帮定向钻孔，每排定向钻孔设有若干列;连接在相邻钻场之间的各定向钻孔形成一个注水点；注水点采用静压或者动压注水；
[0013]进风大巷两侧间隔设有钻场，运输上下山和轨道上下山两侧间隔设有钻场；同侧相邻的两个钻场之间设有若干排巷帮定向钻孔，每排定向钻孔设有若干列；连接在相邻钻场之间的各定向钻孔形成一个注水点;注水点采用静压或者动压注水；
[0014]进风大巷、运输上下山和轨道上下山一侧的注水点相互串连形成第一条水路，进风大巷、运输上下山和轨道上下山另一侧的注水点相互串连形成第二条水路；
[0015]以水流动的方向为前向，第一条水路和第二条水路中最后方注水点分别通过集中进水管连接保温管且集中进水管上设有分流阀；
[0016]第一条水路和第二条水路中最前方注水点的集中出水管连接分支管路;分支管路的前端连接回水管；回水管通过回风井通至地面；
[0017]运输上下山和轨道上下山两侧的各定向钻孔的进水一端通过集中进水管连接分支管路且其出水一端通过集中出水管连接分支管路；
[0018]回风井处的地表上设有用于将回水抽上地表的地面栗站，地面栗站的进水口连接所述回水管;地面栗站的出水口通过管路连接有热交换器;热交换器通过管路连接所述制冷机组。
[0019]所述制冷机组的出水温度为5°C— 10°C ;所述定向钻孔的直径为89毫米;所述热交换器为地热发电机或锅炉的热交换器;所述地热发电机通过导线连接所述制冷机组并为制冷机组供电。
[0020]在原理上，本实用新型是通过低温循环水阻隔巷帮热源传入到进风巷中，避免进风风流受地热影响温度过高，有效降低进风巷道内的环境温度，从而降低井下工作面、钻场等场所的环境温度。
[0021]分流阀的设置，可以灵活调节各注水点的水流量，使各注水点能够均衡地工作在最佳状态。
[0022]本实用新型工作时，冷却水不停地循环流动，持续起到阻隔地温热源的作用。具体地，本实用新型的巷帮截流式矿井降温方法及降温系统主要利用制冷机组产生的低温水，通过保温管(保温管能够降低沿程的冷量损失)输送至井下，将低温水灌入到两个钻场内的连通定向钻孔内，起到阻隔地温热源的作用，抑制高温围岩对进风大巷的风流传热，避免风流在进入工作面之前已被加热，有效地降低采掘工作面温度，相比以往铺设隔热材料、局部通风机制冷等方法更为经济有效；同时由于定向钻孔距离巷帮较近，又能起到传递冷量的作用，进一步防止进风大巷内的风流(新风)温升过高。
[0023]采用地热发电机作为热交换器时，地热发电机所产生的电能又能够为制冷机组所利用，实现余热利用并降低制冷机组的能耗。采用其他热交换器同样可以利用水中的余热，使本实用新型在防止矿下温度过高的同时充分利用无污染、无消耗的地热资源。
【附图说明】
[0024]图1是本实用新型的结构不意图；
[0025]1-进风副井、2-保温管、3-进风大巷、4-定向钻孔、5-运输上下山、6_进风顺槽、7_工作面、8-回风顺槽、9-风门、10-回风上下山、11-回风大巷、12-回风井、13-分流阀、14-钻场、15-制冷机组、16-热交换器、17-地面栗站、18-分支管路、19-保温回水管、20-集中进水管、21-集中出水管、22-进风主井、23-联络巷、24-工作面回风联络巷、25-轨道上下山
[0026]图2是图1中A处的放大图；
[0027]图3是一列定向钻孔处的竖向剖视示意图。
【具体实施方式】
[0028]图1所示为实现本实用新型的巷帮截流式矿井降温方法的巷帮截流式矿井降温系统。图1和图3中各处箭头所示为该处的风流方向。本实用新型中，以水流动的方向为前向。运输上下山5表示附图中的相应结构既可以是运输上山，又可以是运输下山。轨道上下山25表示附图中的相应结构既可以是轨道上山，又可以是轨道下山。
[0029]本实用新型公开了一种巷帮截流式矿井降温方法，参考图1、图2和图3，使用该方法的矿井的进风大巷3两侧间隔设有钻场14，进风大巷连接有运输上下山5和轨道上下山25，运输上下山5和轨道上下山25的两侧均间隔设有钻场14。相邻钻场14之间设有若干排巷帮定向钻孔4，每排定向钻孔4设有若干列；
[0030]本实用新型的巷帮截流式矿井降温方法按如下步骤进行:
[0031]第一步骤是使用制冷机组15制备冷却水，并通过保温管2将冷却水由进风副井I送入矿井内的进风大巷3;连接在相邻钻场14之间的各定向钻孔4形成一个注水点；注水点采用静压或者动压注水；
[0032]第二步骤是使冷却水在沿进风大巷3流动时流过设置在进风大巷3两侧相邻的钻场14之间的巷帮定向钻孔4，冷却水在定向钻孔4中流动时(冷却进风大巷3周边气流温度)将地温热源与进风大巷隔开，并向进风大巷3传递冷量;在此过程中进风大巷3两侧的各钻场14分别被冷却水冷却；
[0033]第三步骤是使冷却水在沿运输上下山5和轨道上下山25流动时流过设置在运输下山5和轨道上下山25两侧相邻的钻场14之间的定向钻孔4，冷却水在定向钻孔4中流动时冷却运输上下山5和轨道上下山25巷道周壁围岩，将地温热源与运输上下山5和和轨道上下山25隔开，并向运输上下山5和和轨道上下山25传递冷量，从而冷却进风风流的温度，冷却的进风流输送至各工作面，可更好的降低工作面的环境温度。在此过程中运输上下山5两侧的各钻场14分别被冷却水冷却。
[0034]第四步骤是冷却水通过各处定向钻孔流经回风上下山10和回风大巷11流至回风井12处，冷却水在定向钻孔4中流动时被地温热源加热，温度逐渐升高成为高温水;高温水流至回风井12处，并通过地面栗站17将高温水抽至地面；
[0035]第五步骤是设置在地表的地面栗站17将高温水由回风井12抽上地面后送入热交换器16，高温水在通过热交换器16时其内的热能被回收，从而得以再利用。通过热交换器16得到降温后的温度较高的水重新进入制冷机组15，再从第一步骤开始不断循环运行。热交换器16回收的热能优选供给地热发电机，产生的电能带动制冷机组15对通入制冷机组的水再次降温。
[0036]所述热交换器为设置在锅炉供水管上的热交换器16(提高锅炉进水温度，降低锅炉能耗)或者地热发电机的热交换器16。当然也可以是其他热水利用装置的热交换器16。
[0037]如图1、图2和图3所示，本实用新型还公开了一种实现上述巷帮截流式矿井降温方法的巷帮截流式矿井降温系统，该系统包括沿矿井通风系统布设的循环水系统；
[0038]所述矿井通风系统包括由地面向下设置的进风副井I，进风副井I下端与矿井的进风大巷3相连通;进风大巷3连接有运输上下山5和轨道上下山25，运输上下山5连接工作面7的进风顺槽6为工作面送风;工作面7连接有回风上下山10，回风上下山10连接有回风大巷11，回风大巷11连接有竖向设置的回风井12，回风井12上端露于地表；
[0039]所述循环水系统包括设置在地表的制冷机组15，制冷机组15连接有用于运送冷却水的保温管2，保温管2沿进风副井I通入矿井，保温管2沿进风大巷3布置；
[0040]所述运输上下山5和轨道上下山25内分别设置有分支管路18，所述回风大巷11内以及回风上下山10内设置有回水管19;
[0041]进风大巷3两侧间隔设有钻场14，运输上下山5和轨道上下山25两侧间隔设有钻场14;同侧相邻的两个钻场14之间设有若干排巷帮定向钻孔4，每排定向钻孔4设有若干列;连接在相邻钻场14之间的各定向钻孔4形成一个注水点;注水点采用静压或者动压注水；
[0042]如图2所示并结合图1，进风大巷3、运输上下山5和轨道上下山25—侧的注水点相互串连形成第一条水路，进风大巷3、运输上下山5和轨道上下山25另一侧的注水点相互串连形成第二条水路；
[0043]以水流动的方向为前向，第一条水路和第二条水路中最后方注水点分别通过集中进水管20连接保温管2且集中进水管20上设有分流阀13;
[0044]第一条水路和第二条水路中最前方注水点的集中出水管21汇合在一起后连接分支管路18;分支管路18的前端连接回水管19;回水管19通过回风井12通至地面；
[0045]运输上下山5和轨道上下山25两侧的各定向钻孔4的进水一端通过集中进水管20连接分支管路18且其出水一端通过集中出水管21连接分支管路18;
[0046]回风井12处的地表上设有用于将回水抽上地表的地面栗站17，地面栗站17的进水口连接所述回水管19;地面栗站17的出水口通过管路连接有热交换器16 ；热交换器的16通过管路连接所述制冷机组15。
[0047]进风井设有两个，分别为进风副井I和进风主井22。保温管2优选通过进风副井I通入矿井，也可以通过进风主井22通入矿井。
[0048]所述制冷机组15的出水温度为5°C— 10°C ;所述定向钻孔4的直径为89毫米；
[0049]所述运输上下山5与回风上下山1之间设有联络巷23，联络巷23上设有风门9;
[0050]所述工作面7设有进风顺槽6和回风顺槽8，工作面7的进风顺槽6连接运输上下山5，工作面7的回风顺槽8通过工作面回风联络巷24连接回风上下山10;工作面回风联络巷24与回风上下山10连通。
[0051]所述热交换器可以为设置在锅炉供水管上的热交换器16(可以提高锅炉进水温度，降低锅炉能耗)，优选的设置是所述热交换器16为地热发电机的热交换器;所述地热发电机通过导线连接所述制冷机组15并为制冷机组15供电。当然，也可以采用其他热交换器。
[0052]所述分支管路18以及回水管19均为保温管路。
[0053]为矿井布设本实用新型的巷帮截流式矿井降温系统时，巷帮定向钻孔4利用坑矿钻机进行施工，施工后利用“套管式”封孔方式进行封孔，孔口外接有法兰，通过法兰将管路与定向钻孔4相连接。相邻的两个钻场14之间的连接定向钻孔4作为一个注水点，注水点采用静压或者动压注水，水在进风巷同一侧的两个钻场14内平行于巷道的定向钻孔4中流动，阻断地热向进风巷内风流的传热。
[0054]使用时，制冷机组15产生的低温水通过保温管2经进风副井I输送至井下，利用分流阀13将冷却水分流至巷道两侧的注水点，水流沿进风大巷3送至各个采区。在进风大巷3和采区运输上下山5处相邻钻场14之间施工多排多列直径为89mm的定向钻孔4，并利用套管式封孔方式进行封孔；当冷却水流经这些连通定向钻孔4时，会带走巷道周围部分热量，这将导致水温升高。温度升高后的热水再经布置在回风大巷11中的保温回水管19，由地面栗站17内的大功率抽水栗经回风井12抽到地面加以利用，热水被循环利用后再次输送至制冷机组15中，开始新一轮的循环。
[0055]风流经进风副井I进入进风大巷3后，由于冷却水的降温作用，进风大巷3和运输上下山5巷道壁面温度较低，从而对进风流有一定的降温作用，使进入回采工作面7的风流温度降低，有效地改善采掘工作面7的工作环境。
[0056]以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【主权项】
1.巷帮截流式矿井降温系统，其特征在于:包括矿井通风系统和沿矿井通风巷道布设的循环水系统； 所述矿井通风系统包括由地面向下设置的进风副井，进风副井下端与矿井的进风大巷相连通;进风大巷连接有运输上下山和轨道上下山，运输上下山连接工作面的进风顺槽为工作面送风;工作面连接有回风上下山，回风上下山连接有回风大巷，回风大巷连接有竖向设置的回风井，回风井上端露于地表； 所述循环水系统包括设置在地表的制冷机组，制冷机组连接有用于运送冷却水的保温管，保温管沿进风副井通入矿井； 所述运输上下山和轨道上下山内分别设置有分支管路，所述回风大巷、回风上下山以及回风井内设置有回水管； 轨道上下山和运输上下山两侧间隔设有钻场；相邻钻场之间设有若干排巷帮定向钻孔，每排定向钻孔设有若干列;连接在相邻钻场之间的各定向钻孔形成一个注水点;注水点采用静压或者动压注水； 进风大巷两侧间隔设有钻场，运输上下山和轨道上下山两侧间隔设有钻场；同侧相邻的两个钻场之间设有若干排巷帮定向钻孔，每排定向钻孔设有若干列;连接在相邻钻场之间的各定向钻孔形成一个注水点;注水点采用静压或者动压注水； 进风大巷、运输上下山和轨道上下山一侧的注水点相互串连形成第一条水路，进风大巷、运输上下山和轨道上下山另一侧的注水点相互串连形成第二条水路； 以水流动的方向为前向，第一条水路和第二条水路中最后方注水点分别通过集中进水管连接保温管且集中进水管上设有分流阀； 第一条水路和第二条水路中最前方注水点的集中出水管连接分支管路;分支管路的前端连接回水管；回水管通过回风井通至地面； 运输上下山和轨道上下山两侧的各定向钻孔的进水一端通过集中进水管连接分支管路且其出水一端通过集中出水管连接分支管路； 回风井处的地表上设有用于将回水抽上地表的地面栗站，地面栗站的进水口连接所述回水管;地面栗站的出水口通过管路连接有热交换器;热交换器通过管路连接所述制冷机组。
【文档编号】E21F3/00GK205422798SQ201620265976
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年4月3日
【发明人】李波, 张路路, 张强, 刘华, 孙东辉, 王庆军, 秦恒洁, 张宏图, 贾炳
【申请人】河南理工大学