一种基于室外温度的矿井的降温方法

技术领域

本发明涉及矿井井下制冷的技术领域，具体为一种基于室外温度的矿井的降温方法。

背景技术

矿内空气是指矿井内各种气体，蒸气和矿尘混合物的总称。矿内空气的温度和湿度主要决定于矿物与岩层的物理化学性质、开采深度、生产工艺、地理和地质因素。

目前矿井内都是依靠在井下设置相关设备维护环境的，维护内容包括夏季深井制冷降温，冬季井筒保温防冻，以及冷热源设计，冬季供热时，首先利用井下涌水提取一部分热量。因矿井水温度较高，不适合直接进入热泵机组的蒸发器，需设置混水池，将高温矿井水与提热后的水混合，将温度控制在热泵机组运行的高效区。混水池同时不断的补充新水和排水，保持矿井水的温度稳定在30℃左右。

矿井涌水通过板换与热泵系统的热源水隔绝，保证热泵系统的安全稳定运行。换热后的热源水为20/10℃，进入热泵机组的蒸发器提热，热泵机组冷凝侧制取40/50℃的闭式循环热水，送到井口换热机组和建筑末端的风机盘管，给建筑供暖。

夏季制冷工况设计：冷水(热泵)机组制冷工况运行，两级降温，第一级降温将冷冻水由17℃降到8℃，第二级降温将冷水由7℃降到3℃，3℃一部分冷水通过单独的循环泵送到地表民用建筑各房间，通过风机盘管末端对建筑制冷。

矿井是重要的资源，矿井的深度有些能够达到1200米，作业平台温度高达43℃，所以需要对作业平台进行降温，矿井目前已有玻璃钢风管或井送风，从室外通道矿井作业平台，采用三台风机串联送风，每台风机动压为2500Pa，送风量为8000m3/h，这种方式无法保证作业平台环境，特别是空气中蒸气和矿尘无法去除。

虽然现在的设计能够实现夏季深井制冷降温，冬季井筒保温防冻的要求，但是其本申请设计复杂，设备众多，并且设备大多都是设置在井下，维修和保养均十分困难，不利于井下长期生产。

以淮南矿务局顾桥煤矿为例，该矿为年产1200万吨煤的大型矿山，其采深标高基本都在-800m～-1100m范围，地温梯度大于3.0℃/l00m，－900m水平地温达到50℃，属高地温型热害矿井。

顾桥矿(中央区)采用的是热电冷联供项目地面集中降温系统，一次性建设，利用顾桥矿坑口电站蒸汽余热制冷，总制冷规模为21MW，2012年建成。2018年降温头面19处，投入空冷器36台，供冷量14600kW。

该矿地表采用特灵制冷机组，井下采用西马格PES三腔压力交换系统，工作面采用赫尔柯空冷器。西马格PES压力交换系统自动化程度高，一键启动，并集成各种完善的保护和通讯，无需人工操纵，顾桥煤矿现井下每班8小时配1名工人，基本没有什么事干，井上地表中控室设1人，每天工作12小时，实时监管地表制冷站和井下压力交换系统运行情况。该矿井下制冷站配套3台450KW，扬程320m，流量300立方多级离心泵3台，用于井下工作面制冷源输送。

地表采用的美国特灵制冷系统，总制冷量为21MW，配套66m，230m3/h，132KW的多级离心泵4台，配套扬程25m，流量2136m3/h，280KW的多级离心泵3台，用于输送井下冷却水循环。

通过现场查看，该矿采用的PES三腔压力交换系统效果较好，主要有：井下制冷站温度适宜，湿度也不大，因设备运转二次产生的热很少。在酷夏季节，若进来的空气温度较高，开1台空冷器就可以有效降低制冷站硐室内温度。机房噪音小，基本没有噪音，面对面小声交流也能听到。机房干净整洁，没有油污、大量泄漏等问题。此外，该矿作业面制冷效果也达到了矿方要求。

运行费用方面，每年4-11月运行，含每年保养费(约20万元)，年运行费用大约为900-1000万元。

基本投资方面：地表约3000万元，井下三腔压力交换系统约1000多万元，外加管路和空冷器，大约5000万元点。

加工交货周期：西马格制冷机组交货周期一般为签订合同后9个月左右。

地面集中制冷优势：地面集中制冷采用压缩式制冷或吸收式制冷方式，具有技术可靠、机组安装及维护、管理方便，机组制冷效率高、运行安全可靠，制冷机和机组冷却水回水系统布置在地面,冷凝热就地采用冷却塔排放，制冷量大，回冷量效果好，适用于井下高温工作面集中，制冷量需求大的全井降温，可采用余热吸收制冷方式降低运行费用。

地面集中制冷降温技术方案的工艺流程是在地面制冷，将冷媒通过下井管道送至井下降温硐室，经过高低压耦合后，由降温硐室内水泵将低压冷媒水送至各个需降温的地点。一般适用于制冷规模达到10MW以上的矿井制冷降温系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于室外温度的矿井的降温方法，提供一种更加节约成本的地表制冷的方案。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于室外温度的矿井的降温方法，所述的降温方法包括

具有通风管道；

在矿井外设置有制冷系统，所述的制冷系统与通风管道连通；

设置有微电脑单元，所述的微电脑单元基于外界温度调控制冷系统，并可通过无线通信的方式将制冷系统的运行信息发送至外界；

其中：

所述的制冷系统包括新风系统和水冷系统，所述的水冷系统为新风系统提供冷源，所述的新风系统在水冷系统出来的冷风，通过风机送入矿井作业平台，使作业平台温度保持在25～28℃，在外界温度低于14℃时，微电脑单元根据焓变调控减少或者停止水冷系统的制冷主机的运行，以及新风系统的出风量，在外界温度高于14℃时，开启水冷系统的制冷主机。

进一步的，采掘工作面断面风速范围为0.25m/s～4m/s。

进一步的，所述的水冷系统包括风冷螺杆冷水机组、空调水系统和表冷段箱，所述的风冷螺杆冷水机组产生冷水，并且通过空调水系统输入至表冷段箱内对空气进行降温，空调水系统将回水输入至风冷螺杆冷水机组，所述的表冷段箱为三段式降温，可将出风温度控制在14℃。

进一步的，所述的风冷螺杆冷水机组的出水温度在5℃～20℃可调。

进一步的，所述的新风系统包括风机、通风管道，表冷段箱的出风口可操控的连通有两个进气口，第一个进气口经过三段式降温，第二进气口与外界空气连通，所述的风机设置在出风口上，并与通风管道连通。

进一步的，所述的风冷螺杆冷水机组设置有电动比例阀，所述的微电脑单元通过电动比例阀调整送风温度。

进一步的，所述的风冷螺杆冷水机组、空调水系统和表冷段箱为整体撬块式，在工厂已经全部组装好并且调试合格，现场接上通风管道、水和电。

进一步的，表冷段箱的进风口设置静电过滤和袋式过滤。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、风冷螺杆冷水机组、空调水系统和表冷段箱为整体撬块式，在工厂已经全部组装好并且调试合格，现场接上风管、水、电就可使用，安装特别方便、快捷；

2、风冷螺杆冷水机组、空调水系统和表冷段箱为集中控制和远程控制，现场不需要专业人员值守，符合矿井使用特点；

3、根据季节和室外温度变化，当室外温度低于14℃时，制冷系统关闭，只开通风系统，减少能源使用和生产成本；

4、考虑到矿山环境灰尘大，降低表冷段箱换热效果，将其换热面积增大20％，翅片间距加大10％，为3㎜，便于用水冲洗；进机组新风设计静电过滤和袋式过滤两套过滤，确保进入到表冷器空气的洁净，以免影响表冷器换热效果；

5、考虑机组运行完全，采用水、空气换热方式，通过电动比例阀精确调节送风温度。

6、因为要把室外新风从40℃降到12-14℃，降温温差大，防止表冷结露，采用3段式降温。

7、井上实现方便安装，只需要在工厂中完成组装，然后装运至矿井周围即可，大大方便了安装过程。将设备设置在井上，更是方便了整修和保养，本设备利于推广和对现有矿井进行改造。

8、相比较井下制冷而言，本申请的方案也是相对节能的，虽然井下制冷可以减少长途输送过程的能耗，但是，其本身需要制冷的温差相对更大，也会消耗更多的能量，再基于本申请可以根据室外温度进行调整，在一年的部分时间中井上制冷可以直接将室外风送入井下，综上，本申请的方案节能效果明显。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

其中：风冷螺杆冷水机组-1、空调水系统-2、表冷段箱-3。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见附图，

室外气候参数

室内参数

负荷计算

空气比热容(定压)：1.004KJ/KG.K

空气密度：1.293KG/m3

处理风量：8000m3/h

初始温度40℃，送风温度14℃

经计算：冷负荷为200kw

本实施例提供了一种基于室外温度的矿井的降温方法，所述的降温方法包括

具有通风管道；

在矿井外设置有制冷系统，所述的制冷系统与通风管道连通；

设置有微电脑单元，所述的微电脑单元基于外界温度调控制冷系统，并可通过远程盒1与外界无线通信；

其中：

所述的制冷系统包括新风系统和水冷系统，所述的水冷系统为新风系统提供冷源，所述的新风系统在水冷系统出来的冷风，通过风机送入矿井作业平台，使作业平台温度保持在25～28℃，在外界温度低于14℃时，微电脑单元根据焓变调控减少或者停止水冷系统的制冷主机的运行，以及新风系统的出风量，在外界温度高于14℃时，开启水冷系统的制冷主机。

具体的，采掘工作面断面风速范围为0.25m/s～4m/s。

具体的，所述的水冷系统包括风冷螺杆冷水机组1、空调水系统2和表冷段箱3，所述的风冷螺杆冷水机组1产生冷水，并且通过空调水系统2输入至表冷段箱3内对空气进行降温，风冷螺杆冷水机组1制冷量215kw，输入功率65kw。供回水温7℃/12℃，空调水系统2将回水输入至风冷螺杆冷水机组1，所述的表冷段箱3为三段式降温，可将出风温度控制在14℃，三段式降温防止表冷结露。

具体的，所述的风冷螺杆冷水机组1的出水温度在5℃～20℃可调。

具体的，所述的新风系统包括风机、通风管道，表冷段箱3的出风口可操控的连通有两个进气口，第一个进气口经过三段式降温，第二进气口与外界空气连通，所述的风机设置在出风口上，并与通风管道连通，这样，在冬季温度低于14℃的时候，新风系统的进风无需经过表冷段箱3降温，直接通过第二进气口进风。

具体的，所述的风冷螺杆冷水机组设置有电动比例阀，所述的微电脑单元通过电动比例阀调整送风温度，微电脑单元通过焓变的方法控制表冷段箱3的出风温度，在外界温度大于14℃时候，焓变的控制方法是指，通过调整水、空气换热过程中水温，达到调整出风温度，在外界温度小于14℃的时候，外界空气温度可能零下，此时直接将空气引入到井下会造成局部温度过低的问题，此时，焓变的控制方式是，控制排出外界空气流量的方式，调整进入到井下的空气流量。

具体的，所述的风冷螺杆冷水机组1、空调水系统2和表冷段箱3为整体撬块式，在工厂已经全部组装好并且调试合格，现场接上通风管道、水和电。

具体的，表冷段箱3的进风口设置静电过滤和袋式过滤。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。