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分享一种借用自然冷源在矿产资源开采中的降温方法及其应用系统与流程

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泰宁新闻网 http://www.tainingxinwen.cn 2020-10-18 17:14 出处:网络
如下提供的分享一种借用自然冷源在矿产资源开采中的降温方法及其应用系统与流程,小编今天为大家简单介绍一下。

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本发明涉及矿产开采
技术领域
,具体涉及一种借用自然冷源在矿产资源开采中的降温方法及其应用系统。
背景技术
:随着资源需求的增加,矿业采掘已经从地表转向了深度采掘,在深度采掘过程中,对采掘作业的要求越来越高,导致开采难度大、成本高,其中制约着采掘进度的主要因素是作业面的高温问题,严重影响了工作效率,甚至严重影响了职工的身心健康,导致效益无法达到最大化。现有技术中,对降低作业面温度的处理方法很多,有通风技术、使用多种设备对水降温后对井下作业面降温等技术,这些技术在实际使用过程中仍会存在一些问题,一是通风降温的方式在深井长距离独头掘进时更难达到要求,导致职业病的发生甚至影响职工的身心健康;二是国内矿山品位低,大量设备的投入导致成本上升进而导致无利于采;三是设备运转对环境产生不利的影响,不符合节能减排的要求。技术实现要素:针对现有技术的上述不足,本发明提供了一种借用自然冷源在矿产资源开采中的降温方法及其应用系统,该降温方法充分利用了虹吸作用及水的自循环,减少了设备的投入和使用量,在有效地对作业面降温的前提下有效降低了生产成本,利于对矿产资源的采掘;用于该方法的应用系统,在使用过程中,循环水处于密闭循环状态,不会混入任何外来物质,对水源不会产生任何污染,具有环保高效的特点,另外,该系统具有设计合理、可有效降温、节能减排的优点。本发明的技术方案如下:一种借用自然冷源在矿产资源开采中的降温方法,过程为:(1)将地表水源通过管道输送至井下掘进中段的高低压热交换器交换形成低压冷水;热交换后形成的高压热水经管道返回至水池中,形成“u”型弯虹吸式自循环系统,水池中的水根据设定的液位范围排放至地表水源中;(2)热交换后的低压冷水再通过井下的循环泵进入冷水组,冷水组对空气冷却,并利用原有送风系统送达作业面对其降温。用于上述降温方法中的应用系统,包括原水箱、水池、高低压热交换器和冷水组;所述原水箱和水池位于地表,高低压热交换器和冷水组位于井下;所述水池的敞口端面所在的水平面低于原水箱的底面所在的水平面;此设置,可使原水箱与水池之间形成势差;所述原水箱内的介质通过管路a与高低压热交换器的冷介质入口连接,所述管路a的进水口段设有阀门a;高低压热交换器的热介质出口通过管路b与水池连接,管路b的出水口位于水池的中上部,所述管路b的出水口段设有阀门b;高低压热交换器的冷介质出口与冷水组的入口连接,冷水组的出口与高低压热交换器的热介质入口连接;在高低压热交换器的冷介质出口与冷水组入口的连接管路上设有循环泵;循环泵的设置,使高低压热交换器内被降温的介质产生循环,促进截止流动;所述冷水组的外部设有壳体,所述壳体上设有进风口和出风口,所述出风口上连接有引风机,引风机与送风管路连接;井下的热空气自进风口进入壳体内,在壳体内冷水组对空气进行快速降温,引风机将降温后的空气经送风管送入井下需要的作业面,从而对作业面降温,实现对冷风的远距离输送;使用时,先将阀门b关闭,打开阀门a,自管路a的进水口向管路a内灌水,至水充满管路a和管路b,关闭阀门a,将管路a的进水口沉入原水箱内,并同时开启阀门a和阀门b,在虹吸的作用下,水开始自循环,自循环的水进入井下的高低压热交换器内进行热交换,由于势差的存在,使得交换后的热水回流至水池中,形成“u”型弯虹吸式自循环系统,减少了设备运行的耗费,降低生产成本且可达到冷热水的绿色运转。优选的,所述原水箱连接有缓冲箱,缓冲箱与原水箱相互连通,一是防止原水箱内水中的杂物进入循环管路内,二是通过缓冲作用减少水波动;原水箱内可以是自然水源,也可以是污水处理后的中水。优选的,所述缓冲箱上设有提升装置,提升装置可将管路a进行提升,便于将灌满水后的管路a进水口沉入缓冲箱内,为虹吸作用做准备。优选的,所述水池内设有液位计,液位计位于水池的中上部。优选的,所述水池内设有潜水泵,潜水泵的出水口管路延伸至原水箱内;当水池内的水上涨至液位计的位置时,潜水泵将水池内的水泵入原水箱内,防止水倒灌入井下。优选的,所述管路a上还设有压力计和流量计,当压力计和流量计产生大幅度波动时,可通过关闭阀门a排出管路,便于及时发现管路故障。相对于现有技术,本发明的有益效果在于:1、本方法适宜于各地深井高温开采及井下地热资源丰富的矿山,特别是在采掘系统尚未形成前的井下深部独头作业区域具有创新性和显著优势。2、本申请采用热交换法用于井下作业降温的方法所需动力小,降温效果好,运行成本低;循环水全部封闭循环,不会对生态环境造成污染,安全环保。3、通过对水池敞口端面与原水箱底面所在位置的设置,使可使原水箱与水池之间形成势差,为后续水自动循环提供势能;阀门a、阀门b的设置,配合原水箱与水池位置的设置,可使虹吸顺利进行,减少设备的投入;另外,阀门b的设置,还可以在潜水泵发生故障时,通过关闭阀门b防止水池内的水倒灌入井下;冷水组的设置实现对工作面降温;引风机的设置,可充分利用井下的送风系统,通过送风管,将冷空气送入工作面对工作面降温;本申请提供的应用系统,借用自然界的低温水交换井下深部区域热量、借用管路a和管路b的合理设置,实现水自循环,有效降低循环能耗、借用功能性备用排水管道作为循环系统主管道降低成本,在节能减排方面具有显著效果,实现了绿色运行,使该应用系统具有设计合理的优点。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明的结构示意图。图2为提升装置结构图。图中,1-原水箱,2-缓冲箱,3-水池,4-高低压热交换器,5-冷水组,6-提升装置,601-固定座,602-横杆,603-通孔a,604-拉杆,605-通孔b,606-档杆,7-管路a,8-阀门a,9-管路b,10-阀门b,11-压力计,12-流量计,13-液位计,14-潜水泵,15-循环泵,16-壳体,17-进风口,18-出风口,19-引风机。具体实施方式为了使本
技术领域
的人员更好地理解本发明中的技术方案,下面将结合本发明的实施例,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,都应当属于本发明保护的范围。实施例1一种借用自然冷源在矿产资源开采中的降温方法,过程为:(1)将地表水源通过管道输送至井下掘进中段的高低压热交换器交换形成低压冷水;热交换后形成的高压热水经管道返回至水池中,形成“u”型弯虹吸式自循环系统,水池中的水根据设定的液位范围排放至地表水源中;(2)热交换后的低压冷水再通过井下的循环泵进入冷水组,冷水组对空气冷却,并利用原有送风系统送达作业面对其降温。本发明的热交换法用于井下作业降温的方法的机理在于:在自然界中,热量传递是一种普遍存在的现象,两物体间或同一物体的不同部位间,只要存在温差,且两者之间没有隔热层,就会发生热量传递,直到各处温度相同为止。水是一种比热容较大的物质,在15℃、定压的条件下达到4.18kj/(kg·k),说明一定质量的水升高(或降低)一定温度吸热(或放热)很多,因此,选用水作为热交换的介质采用热交换法用于井下作业降温,该方法具有广泛的适用性。查阅文献资料得出:地下水水温较为恒定在12-15℃之间,海洋、湖泊等水源地的夏季水温不超过28℃、冬季水温不超过4℃。以海水为例,我国濒海矿山以胶东半岛为代表,渤海近海海水水温如下表1所示,表1不同季节的海水水温季节平均水温(℃)春季(4月份)11夏季(7月份)26.7秋季(10月份)14.5冬季(12月份)4.4年平均11.9当矿山开采深度超过1000米时,水温超过50℃,此时导致井下一些作业环境超过40℃,严重制约生产效率提高,将上述低温水源利用本申请的应用系统引入井下,将可解决深井采矿面临的高温问题,通过以下例证可以得到验证:空气的比热容没有确定值,即便是在温度确定时,通常使用定压比热容或定容比热容来反映空气比热容的大小,这两者都与温度有关(温差不太大时可认为基本相等)。在这里以300k时,空气的定压比热容cp=1.005kj/(kg×k)作为近似计算。以独头掘进巷道为例,断面尺寸4.5m×3.3m,掘进距离300米,空间温度由40℃降至35℃,需要被吸收的热量如下:q=cpm(t1-t2)=1.005×4.5×3.3×300×1.293×(40-35)=28945kj采用上述公式计算,循环水管道内径350mm、流速2.1m/s,在60分钟内,水温升高10℃可吸收30388kj的热量,超过了采场从40℃降低到35℃时释放热量;以循环水采用海水、夏季温度29℃计算,与井下50℃水进行热交换后,温度平均为39.5℃,超过10℃的温差,说明在最炎热的夏季循环水管道内径350mm、流速2.1m/s能够在60分钟内使采场温度由40℃降低到35℃,其他季节降温效率会更好、效果更好。可见,循环水的温度越低,采场温度降低的幅度越低并且降温的速度越快,热交换法用于井下作业降温的方法能够在全国各地深井高温开采的矿山得到有效的应用。实施例2如图1-图2所示,用于实施例1降温方法中的应用系统,包括原水箱1、缓冲箱2、水池3、高低压热交换器4和冷水组5;原水箱1、缓冲箱2和水池3位于地表,高低压热交换器4和冷水组5位于井下;水池3的敞口端面所在的水平面低于原水箱1的底面所在的水平面;此设置,可使原水箱1与水池3之间形成势差;原水箱1与缓冲箱2连接,缓冲箱2的箱底所在水平面高于水池3敞口所在水平面;缓冲箱2上设有提升装置6,提升装置6可将管路a7进行提升,便于将灌满水后的管路a7进水口沉入缓冲箱2内,为虹吸作用做准备;提升装置6包括固定座601,固定座601固定于缓冲箱2的顶缘;固定座601连接有横杆602,横杆602上设有竖向轴线的通孔a603,通孔a603内设有拉杆604,拉杆604上设有轴线与通孔a603轴线垂直的通孔b605,通孔b605内设有档杆606,向上拉动拉杆604并用档杆606限定拉杆604的位置,实现将管路a7的进水口沉入液面以下或提出液面以上;缓冲箱2内的介质通过管路a7与高低压热交换器4的冷介质入口连接,管路a7的进水口段设有阀门a8,管路a7的进水口管道为防吸瘪的钢骨可弯曲软管;高低压热交换器4的热介质出口通过管路b9与水池3连接,管路b9的出水口位于水池3的中上部,管路b9的出水口段设有阀门b10;高低压热交换器4的冷介质出口与冷水组5的入口连接,冷水组5的出口与高低压热交换器4的热介质入口连接;管路a7上还设有压力计11和流量计12,当压力计11和流量计12产生大幅度波动时,可通过关闭阀门a8排出管路,便于及时发现管路故障;水池3内设有液位计13,液位计13位于水池3的中上部;水池3内设有潜水泵14,潜水泵14的出水口管路延伸至原水箱1内;当水池3内的水上涨至液位计13的位置时,潜水泵14将水池3内的水泵入原水箱1内,防止水倒灌入井下;在高低压热交换器4的冷介质出口与冷水组5入口的连接管路上设有循环泵15;循环泵15的设置,使高低压热交换器4内被降温的介质产生循环,促进截止流动;根据不同季节中水温的变化,调整循环泵15的频率,进而对流速进行控制;冷水组5的外部设有壳体16,壳体16上设有进风口17和出风口18,出风口18上连接有引风机19,引风机19与送风管路连接;井下的热空气自进风口17进入壳体16内,在壳体16内冷水组5对空气进行快速降温,引风机19将降温后的空气经送风管送入井下需要的作业面,从而对作业面降温,实现对冷风的远距离输送;使用时,先将阀门b10关闭,打开阀门a8,自管路a7的进水口向管路a7内灌水,至水充满管路a7和管路b9,关闭阀门a8,将管路a7的进水口沉入缓冲箱2内,并同时开启阀门a8和阀门b10,在虹吸的作用下,水开始自循环,自循环的水进入井下的高低压热交换器4内进行热交换,由于势差的存在,使得交换后的热水回流至水池3中,实现了无设备的自循环,减少了设备运行的耗费,降低生产成本且可达到冷热水的绿色运转;热交换后的低压冷水再通过井下的循环泵15,将冷水输送至采掘作业面降温,实现对冷风的远距离输送。将本申请提供的降温方法与传统的通风技术进行对比,如下:传统的通风降温技术采用风机,将地表新鲜风压入工作面,开采深度超过800米时,一般采用三级压风甚至四级,每增加一级压风系统风温上升2-3℃,以某矿山通风系统为例,在井下-800米掘进时,通风三用三级压风系统,每级采用一台型号djk50-no.65风机,功率22kw,24小时不间断作业,电费按0.8元/(kw·h)计算,每天运行成本为22×3×24×0.8=1267.2元。借用自然冷源在矿产资源开采中的降温方法,将地表冷水通过虹吸作用在“u”弯管道内做自循环,井下通过管道泵进行循环,动力设备只有一台潜水泵和管道泵,按照潜水泵22kw、循环泵功率7.5kw计算,每天运行成本566.4元。可见,与传统的通风降温技术相比,借用自然冷源在矿产资源开采中的降温方法运行成本可降低55%,节能效果显著;同时传统的通风技术降温效果较差,该方法在降温提效方面具有显著优势。尽管通过参考优选实施例的方式对本发明进行了详细描述,但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下,本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换,而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本
技术领域
的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。当前第1页1 2 3 
技术特征:

1.一种借用自然冷源在矿产资源开采中的降温方法,其特征在于,过程为:

(1)将地表水源通过管道输送至井下掘进中段的高低压热交换器交换形成低压冷水;热交换后形成的高压热水经管道返回至水池中,形成“u”型弯虹吸式自循环系统,水池中的水根据设定的液位范围排放至地表水源中;

(2)热交换后的低压冷水再通过井下的循环泵进入冷水组,冷水组对空气冷却,并利用原有送风系统送达作业面对其降温。

2.用于权利要求1所述的降温方法中的应用系统,其特征在于,包括原水箱、水池、高低压热交换器和冷水组;

所述原水箱和水池位于地表,高低压热交换器和冷水组位于井下;

所述水池的敞口端面所在的水平面低于原水箱的底面所在的水平面;

所述原水箱通过管路a与高低压热交换器的冷介质入口连接,所述管路a的进水口段设有阀门a;高低压热交换器的热介质出口通过管路b与水池连接,管路b的出水口位于水池的中上部,所述管路b的出水口段设有阀门b;高低压热交换器的冷介质出口与冷水组的入口连接,冷水组的出口与高低压热交换器的热介质入口连接;

在高低压热交换器的冷介质出口与冷水组入口的连接管路上设有循环泵;

所述冷水组的外部设有壳体,所述壳体上设有进风口和出风口,所述出风口上连接有引风机,引风机与送风管路连接。

3.如权利要求2所述的应用系统,其特征在于,所述原水箱连接有缓冲箱。

4.如权利要求3所述的应用系统,其特征在于,所述缓冲箱上设有提升装置。

5.如权利要求2-4任一项所述的应用系统,其特征在于,所述水池内设有液位计,液位计位于水池的中上部。

6.如权利要求5所述的应用系统,其特征在于,所述水池内设有潜水泵,潜水泵的出水口管路延伸至原水箱内。

7.如权利要求6所述的应用系统,其特征在于,所述管路a上还设有压力计和流量计。

技术总结
本发明提供了一种借用自然冷源在矿产资源开采中的降温方法及其应用系统,该降温方法为(1)将地表水源输送至井下的高低压热交换器中;(2)热交换后的低压冷水进入冷水组,冷水组对空气冷却,并利用原有送风系统送达作业面对其降温。该应用系统中的水池低于原水箱的底面所在的水平面;原水箱、高低压热交换器和水池依次连接,管路A上有阀门A;管路B的上有阀门B;高低压热交换器与冷水组连接;在高低压热交换器的冷介质出口与冷水组入口的连接管路上设有循环泵;所述冷水组的外部设有壳体,所述壳体上设有进风口和出风口,所述出风口上连接有引风机,引风机与送风管路连接。该系统具有设计合理、可有效降温、节能减排的优点。

技术研发人员:牌洪坤;亓传铎;牌珏嘉;王晋友;戚克明;牌康龙;杨青林;董成君
受保护的技术使用者:牌洪坤
技术研发日:2020.03.05
技术公布日:2020.06.26

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