冻结施工矿井人工冻土层冷量再循环用于矿井降温系统

摘要

本发明涉及一种冻结施工矿井人工冻土层冷量再循环用于矿井降温系统，利用冻结壁内留存的冻结管换热器提取冻结壁冷量送至井底高承压空气冷却器或者地面盐液循环空气冷却装置（在合适位置）冷却井底送风风流至18℃~20℃，能够满足掘进距离内的热湿环境需求。

权利要求

1.一种冻结施工矿井人工冻土层冷量再循环用于矿井降温系统，其特征在于，包括冻结壁反向换热取冷系统，低温盐液冷却风流降温系统，测试系统；所述的冻结壁反向换热取冷系统包括调控型冻结管换热器组件（4），盐液循环泵组（5），冻结壁取冷循环盐液调控装置（9），盐液补液及定压装置（10），供液支干管（22），分液器（23），集液器（24）； 低温盐液冷却风流降温系统由：盐液循环空气冷却装置，冻结壁取冷回液管，冻结壁取冷供液管（7），盐液补液及定压装置（10）；盐液循环空气冷却装置包括井下盐液循环空气冷却装置（1）和地面盐液循环空气冷却装置（12）； 测试系统包括供回液管温度采集模块（8），冻结壁取冷循环盐液调控装置（9），降温冷风流热湿参数采集模块（11），井筒内送风流热湿参数采集模块（14），内圈管分配调控阀（16），中间圈管调节阀（18）， 外层圈管分配调控阀（20），回液支干管（21），控制平台（39）；所述的调控型冻结管换热器组件（4）包括内圈冻结管（15）、中间圈冻结管（17）和外层圈冻结管（19），内圈冻结管（15）、中间圈冻结管（17）和外层圈冻结管（19）均具有分配调控阀外部具有三段冻结壁供液干管，分别为冻结壁1区供液干管（33）、冻结壁2区供液干管（35）、冻结壁3区供液干管（37），冻结壁回液干管的一侧通过管道与内圈冻结管（15）、中间圈冻结管（17）和外层圈冻结管（19）连通，冻结壁回液干管的另一侧通过管道与中间圈冻结管（17）和外层圈冻结管（19）连通， 所述的冻结壁回液干管设有冻结壁回液干管，对应的分别为冻结壁1区回液干管（34）、冻结壁2区回液干管（36）、冻结壁3区回液干管（38）， 冻结壁回液干管通过冻结管回液内管（32）与冻结壁供液干管连接， 冻结壁回液干管与冻结壁供液管联通，冻结壁供液干管与冻结壁回液管连通，集液器（24）一端与冻结壁取冷回液管（6）连通，另一端为冻结壁1区回液管（26）、冻结壁2区回液管（28）、冻结壁3区回液管（30）；分液器（23）一端与冻结壁取冷供液管（7）连通，另一端为冻结壁1区供液管（25）、冻结壁2区供液管（27）、冻结壁3区供液管（29）；所述的冻结壁取冷回液管（6）上设有供回液管温度采集模块（8）、冻结壁取冷循环盐液调控装置（9）；所述的冻结壁取冷供液管（7）上设有供回液管温度采集模块（8）、盐液循环泵组（5）、盐液补液及定压装置（10）。

2.根据权利要求1所述的一种冻结施工矿井人工冻土层冷量再循环用于矿井降温系统，其特征在于，所述的冻结壁取冷回液管（6）、冻结壁取冷供液管（7）的另一侧均连接地面盐液循环空气冷却装置（12），地面盐液循环空气冷却装置（12）与地面通风机（13）连接，巷道安装降温冷风流热湿参数采集模块（11），地面盐液循环空气冷却装置（12）通过送风立井将风送进巷道。

3.根据权利要求1所述的一种冻结施工矿井人工冻土层冷量再循环用于矿井降温系统，其特征在于，所述的冻结壁取冷回液管（6）、冻结壁取冷供液管（7）另一端均连接井下盐液循环空气冷却装置（1），井下盐液循环空气冷却装置（1）两端安装有矿用通风局扇（2）和保温柔性风筒（3）,井下盐液循环空气冷却装置（1）还设有降温冷风流热湿参数采集模块（11）。

说明书

冻结施工矿井人工冻土层冷量再循环用于矿井降温系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种冻结施工矿井人工冻土层冷量再循环用于矿井降温系统。

背景技术

[0002] 深厚表土矿井因上覆数百米土层，井筒施工必须采用稳妥的冻结法施工，因此在施工完成后在井筒四周形成约半径10m的冻结井壁，蕴含大量的冷量。当前施工中，冻结壁
的冷量多采用自然释放，造成能量极大浪费。而深厚表土矿井建设与生产中因开采深度增
大，高岩温等形成的矿井热害伴随而来，因此本发明针对这一现状提出一种冻结矿井人工
冻土层冷量用于矿井降温的装置与方法。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种冻结施工矿井人工冻土层冷量再循环用于矿井降温系统。适用于冻结施工矿井基建期的井下掘进工作面局部降温使用。

[0004] 主要的创新点在于利用排风立井的冻结管换热器冷却降温冷水，降温冷水再输至空冷器内冷却送风立井入口的风流或者井底掘进工作面的风流，且风流在立井内也被低温
的冻结立井井壁进一步冷却，最大限度的利用深厚表土冻结矿井的人工冻土层的冷量再循
环利用。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

[0006] 提供一种冻结施工矿井人工冻土层冷量再循环用于矿井降温系统，其特征在于，包括冻结壁反向换热取冷系统，低温盐液冷却风流降温系统，测控系统。

[0007] 所述的冻结壁反向换热取冷系统包括调控型冻结管换热器组件，盐液循环泵组，冻结壁取冷循环盐液调控装置，盐液补液及定压装置，供液支干管，分液器，集液器；

[0008] 低温盐液冷却风流降温系统由：盐液循环空气冷却装置，冻结壁取冷回液管，冻结壁取冷供液管，盐液补液及定压装置；盐液循环空气冷却装置包括井下盐液循环空气冷却
装置和地面盐液循环空气冷却装置；

[0009] 测试系统包括

[0010] 供回液管温度采集模块，冻结壁取冷循环盐液调控装置，降温冷风流热湿参数采集模块，井筒内送风流热湿参数采集模块，内圈管分配调控阀，中间圈管调节阀，外层圈管
分配调控阀，回液支干管，控制平台；

[0011] 所述的调控型冻结管换热器组件包括内圈冻结管、中间圈冻结管和外层圈冻结管，内圈冻结管、中间圈冻结管和外层圈冻结管均具有分配调控阀，外部具有三段冻结壁供
液干管，

[0012] 冻结壁回液干管的一侧通过管道与内圈冻结管、中间圈冻结管和外层圈冻结管连通，冻结壁回液干管的另一侧通过管道与中间圈冻结管和外层圈冻结管连通，

[0013] 所述的冻结壁回液干管设有冻结壁回液干管，

[0014] 冻结壁回液干管通过冻结管回液内管与冻结壁供液干管连接，

[0015] 冻结壁回液干管与冻结壁供液管联通，

[0016] 冻结壁供液干管与冻结壁回液管连通，集液器一端与冻结壁取冷回液管连通，另一端为冻结壁1区回液管、冻结壁2区回液管、冻结壁3区回液管；

[0017] 分液器一端与冻结壁取冷供液管连通，另一端为冻结壁1区供液管、冻结壁2区供液管、冻结壁区供液管；

[0018] 所述的冻结壁取冷回液管上设有供回液管温度采集模块、冻结壁取冷循环盐液调控装置；

[0019] 所述的冻结壁取冷供液管上设有供回液管温度采集模块、盐液循环泵组、盐液补液及定压装置；所述的冻结壁取冷回液管、冻结壁取冷供液管的另一侧均连接地面盐液循
环空气冷却装置，地面盐液循环空气冷却装置与地面通风机连接，巷道安装降温冷风流热
湿参数采集模块，通过送风立井将风送进巷道

[0020] 本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

[0021] 本发明利用冻结壁内留存的冻结管换热器提取冻结壁冷量送至井底高承压空气冷却器在合适位置冷却井底送风风流至18℃，能够满足掘进距离内的热湿环境需求。

[0022] 由于冻结立井已经在立井内冷却了风流，井底风流需经过一定距离之后才升至较高温度，如采用风筒输送可以延长一定送风距离后再在井底实施局部降温装冷却风流，这
样沿巷的热湿环境要受到一定影响，而掘进工作面降温能耗低降温效果好。此种降温方案
的原理图如图1所示。冻结管换热器提取冻结壁冷量冷却立井送风流降温系统。利用冻结壁
内留存的冻结管换热器提取冻结壁冷量送至井口空气冷却器冷却井口送风至21℃ 24℃，
~
此时井底风流温度可达18 20℃；井底风流参数能够满足改善掘进距离内热湿环境需求。此
~
种降温方案的原理如图2所示。

[0023] 本发明利用排风立井的冻结管换热器冷却降温冷水，降温冷水再输至空冷器内冷却送风立井入口的风流或者井底掘进工作面的风流，且风流在立井内也被低温的冻结立井
井壁进一步冷却，最大限度的利用深厚表土冻结矿井的人工冻土层的冷量再循环利用。

附图说明

[0024] 图1和图2分别为冻结井壁冷量用于矿井降温的两种实施例，

[0025] 图3为冻结管换热器提取冻结壁冷量的调配实施例，

[0026] 图4和图5分别为冻结管换热器连接局部图1和局部图2。

[0027] 图中：1‑井下盐液循环空气冷却装置，2‑矿用通风局扇，3‑保温柔性风筒，4‑冻结管换热器，5‑盐液循环泵组，6‑冻结壁取冷回液管，7‑冻结壁取冷供液管，8‑供回液管温度
采集模块，9‑冻结壁取冷循环盐液调控装置，10‑盐液补液及定压装置，11‑降温冷风流热湿
参数采集模块，12‑地面盐液循环空气冷却装置，13‑地面通风机，14‑井筒内送风流热湿参
数采集模块，15‑内圈冻结管，16‑内圈管分配调控阀，17‑中间圈冻结管, 18‑中间圈管调节
阀，19‑外层圈冻结管，20‑外层圈管分配调控阀，21‑回液支干管，22‑供液支干管，23‑分液
器，24‑集液器，25‑冻结壁1区供液管，26‑冻结壁1区回液管, 27‑冻结壁2区供液管，28‑冻
结壁2区回液管, 29‑冻结壁3区供液管，30‑冻结壁3区回液管，31‑冻结管供液套管，32‑冻
结管回液内管，33‑冻结壁1区供液干管，34‑冻结壁1区回液干管，35‑冻结壁2区供液干管，
36‑冻结壁2区回液干管，37‑冻结壁3区供液干管，38‑冻结壁3区回液干管，39‑控制平台，
40‑冻结圈管的回液联络管，41‑冻结圈管的供液联络管。

具体实施方式

[0028] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并
不用于限定本发明。一种冻结施工矿井人工冻土层冷量再循环用于矿井降温的装置，其特
征在于，包括冻结壁反向换热取冷系统，低温盐液冷却风流降温系统，测控系统。

[0029] 所述的冻结壁反向换热取冷系统包括调控型冻结管换热器组件4，盐液循环泵组5，冻结壁取冷循环盐液调控装置9，盐液补液及定压装置10，供液支干管22，23‑分液器23，
集液器24；

[0030] 低温盐液冷却风流降温系统由：盐液循环空气冷却装置，冻结壁取冷回液管，冻结壁取冷供液管7，盐液补液及定压装置10；盐液循环空气冷却装置包括井下盐液循环空气冷
却装置1和地面盐液循环空气冷却装置12；

[0031] 测试系统包括

[0032] 供回液管温度采集模块8，冻结壁取冷循环盐液调控装置9，降温冷风流热湿参数采集模块11，井筒内送风流热湿参数采集模块14，内圈管分配调控阀16， 18‑中间圈管调节
阀18，外层圈管分配调控阀20，回液支干管21，控制平台39；

[0033] 所述的调控型冻结管换热器组件4包括内圈冻结管15、中间圈冻结管17和外层圈冻结管19，内圈冻结管15、中间圈冻结管17和外层圈冻结管19均具有分配调控阀（具体为
16、18、20）外部具有三段冻结壁供液干管，分别为冻结壁1区供液干管33、冻结壁2区供液干
管35、冻结壁3区供液干管37，

[0034] 冻结壁回液干管的一侧通过管道与内圈冻结管15、中间圈冻结管17和外层圈冻结管19连通，冻结壁回液干管的另一侧通过管道与中间圈冻结管17和外层圈冻结管19连通，

[0035] 所述的冻结壁回液干管设有冻结壁回液干管，对应的分别为冻结壁1区回液干管34、冻结壁2区回液干管36、冻结壁3区回液干管38，

[0036] 冻结壁回液干管通过冻结管回液内管32与冻结壁供液干管连接，即34与33，

[0037] 冻结壁回液干管与冻结壁供液管联通，具体的冻结壁2区供液干管35与冻结壁2区供液管27连通，冻结壁1区供液干管33与冻结壁1区供液管25连通，冻结壁3区供液干管37与
冻结壁3区供液管29连通；

[0038] 冻结壁供液干管与冻结壁回液管连通，（具体冻结壁2区回液干管36与冻结壁2区回液管28连通，冻结壁1区回液干管34与冻结壁1区回液管26，冻结壁3区回液干管38与冻结
壁3区回液管30连通；

[0039] 集液器24一端与冻结壁取冷回液管6连通，另一端为冻结壁1区回液管26、冻结壁2区回液管28、冻结壁3区回液管30；

[0040] 分液器23一端与冻结壁取冷供液管7连通，另一端为冻结壁1区供液管25、冻结壁2区供液管27、冻结壁3区供液管29；

[0041] 所述的冻结壁取冷回液管6上设有供回液管温度采集模块8、冻结壁取冷循环盐液调控装置9；

[0042] 所述的冻结壁取冷供液管7上设有供回液管温度采集模块8、盐液循环泵组5、盐液补液及定压装置10。

[0043] 图4与图5中的冻结管联结关系：冻结管换热器的内管为回液管32，通过冻结圈的回液联络管将冻结壁1区的所有冻结管的回液管并联后与冻结壁1区回液干管联结34，之后
经冻结壁1区回液管26与低温盐液冷却风流降温系统联结；冻结管换热器的外管为供液管
31，通过冻结圈的供液联络管将冻结壁1区的所有冻结管的供液管并联后与冻结壁1区供液
干管33联结，之后经冻结壁1区供液管25与低温盐液冷却风流降温系统联结；冻结壁2区和
冻结壁3区的冻结管管换热器的联结关系与冻结壁1区相同。

[0044] 如图1所述的冻结壁取冷回液管6、冻结壁取冷供液管7另一端均连接井下盐液循环空气冷却装置1，井下盐液循环空气冷却装置1两端安装有矿用通风局扇2和保温柔性风
筒3, 井下盐液循环空气冷却装置1还设有降温冷风流热湿参数采集模块11，

[0045] 如图2所述的冻结壁取冷回液管6、冻结壁取冷供液管7的另一侧均连接地面盐液循环空气冷却装置12，地面盐液循环空气冷却装置12与地面通风机13连接，巷道安装11‑降
温冷风流热湿参数采集模块，12通过送风立井将风送进巷道。

[0046] 实施过程（运行原理）：

[0047] 实施例1：立井施工完成后，启动排风井的冻结壁冷量反向利用系统，三个区域轮流更换（周期为7天），且每个区域内根据回液的温度，调整内、中、外三个冻结圈管的阀门决
定冻结管启用反向取热的数量。同时启用地面的低温盐液冷却风流降温系统和测控系统，
根据井下掘进工作面的风温参数实时调整盐液泵的流量。

[0048] 实施例2：立井施工完成后，启动排风井的冻结壁冷量反向利用系统，三个区域轮流更换（周期为7天），且每个区域内根据回液的温度，调整内、中、外三个冻结圈管的阀门决
定冻结管启用反向取热的数量。同时启用井下低温盐液冷却风流降温系统和测控系统，根
据井下掘进工作面的风温参数实时调整盐液泵的流量。

[0049] 内圈管、中间圈管、外部圈层三个圈管，三个换热区域，利用调控阀将冻结管换热器分成多组，根据实测温度及轮换取冷的原则提取冻结壁中的冷量。