高位巷聯(lián)通鉆孔循環(huán)水式礦井降溫系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高位巷聯(lián)通鉆孔循環(huán)水式礦井降溫系統(tǒng)，包括用熱單位，用熱單位的出水口連接工業(yè)冷水機組的進水口，工業(yè)冷水機組連接進水管路，進水管路進入到礦井的進風(fēng)運輸大巷，進水管路沿軌道上/下山和聯(lián)絡(luò)巷進入到第一高位巷；用熱單位的進水口連接有回水管路，回水管路通過回風(fēng)井連接到礦井的總回風(fēng)巷，回水管路沿回風(fēng)上/下山連接到下一工作面高位巷；第一高位巷和下一工作面高位巷之間均勻間隔設(shè)置有若干排枝狀鉆孔。本實用新型還公開了使用該系統(tǒng)的方法。本實用新型利用水循環(huán)實現(xiàn)冷水與熱水的雙向循環(huán)利用，能高效地降低回采工作面處溫度并利用地?zé)?，具有?jié)能減排的效果；枝狀鉆孔能提高冷水與高溫圍巖之間的換熱效率，還能用于抽采卸壓煤層瓦斯。
【專利說明】
高位巷聯(lián)通鉆孔循環(huán)水式礦井降溫系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實用新型涉及一種礦井工作面降溫方法及降溫系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著礦井開采深度的增加，高瓦斯、高地溫等問題越來越突出。深部開采中，瓦斯、地溫等相應(yīng)增加造成開采條件不斷惡化，各種災(zāi)害的復(fù)雜性和治理的難度也將增加。特別值得注意的是，深部開采中由于地溫梯度引起的工作環(huán)境溫度不斷升高，成為深部開采無法回避的災(zāi)害問題，嚴(yán)重制約了深部開采的發(fā)展。
[0003]目前，國內(nèi)外對礦井熱害治理的研究中，主要途徑有三種:一是減少高溫地層巖體向風(fēng)流的傳熱，其中最直接的方法是隔絕高溫?zé)嵩?二是加大礦井熱量排放，一般是采取優(yōu)化礦井開拓布局及通風(fēng)路徑，增加礦井風(fēng)量等措施;三是人工引入冷介質(zhì)，典型的方法是礦井空調(diào)降溫。以上多種措施在一定程度上降低了地?zé)釣?zāi)害的危害，但是仍存在許多不足，其中，隔絕熱源、加大通風(fēng)和礦井空調(diào)降溫等，極大的增加了生產(chǎn)投入;優(yōu)化礦井開拓布局只能相對減少熱害的危害，無法滿足生產(chǎn)要求。另外，對地?zé)豳Y源也不能充分利用，造成資源的浪費。
[0004]—些突出煤層工作面煤巷掘進前，普遍先在煤層頂(底)板掘進巖石巷道，通過穿層鉆孔進行瓦斯抽采，掩護煤巷掘進。
[0005]針對上述現(xiàn)狀和降溫技術(shù)存在的不足，充分利用現(xiàn)有高位巷，研究一種節(jié)能、經(jīng)濟、高效的成套降溫及卸壓瓦斯抽采技術(shù)，對礦井熱害、瓦斯治理及能源充分利用具有重大意義。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的目的在于提供一種效率較高、能夠循環(huán)利用水資源且便于抽采卸壓煤層瓦斯的高位巷聯(lián)通鉆孔循環(huán)水式礦井降溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠同時為多個回采工作面進行降溫或抽采卸壓煤層瓦斯。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的高位巷聯(lián)通鉆孔循環(huán)水式礦井降溫系統(tǒng)包括用熱單位，用熱單位的出水口通過連接管路與工業(yè)冷水機組的進水口相連接，工業(yè)冷水機組的出水口連接有進水管路，進水管路通過副井通入礦井的進風(fēng)運輸大巷，進水管路通過進風(fēng)運輸大巷沿軌道上/下山和聯(lián)絡(luò)巷通入第一高位巷并沿第一高位巷設(shè)置；
[0008]用熱單位的進水口連接有回水管路，回水管路通過回風(fēng)井連接礦井的總回風(fēng)巷，回水管路通過總回風(fēng)巷沿回風(fēng)上/下山連接到下一工作面高位巷并沿下一工作面高位巷設(shè)置；
[0009]第一高位巷和下一工作面高位巷之間均勻間隔設(shè)置有若干排枝狀鉆孔，枝狀鉆孔位于回采工作面的上方;枝狀鉆孔包括主孔和與主孔相連接的若干支孔;主孔設(shè)有坡度，主孔較高一端通過分水四通閥與進水管路相連通且其較低一端與回水管路相連通;分水四通閥的一個接口連接進水管路，另一個接口連接主孔，第三個接口連接瓦斯抽采系統(tǒng)，第四個接口與下一個枝狀鉆孔的進水管段連接；
[0010]所述回風(fēng)井與用熱單位之間的回水管路上設(shè)有水栗；
[0011 ]所述進風(fēng)運輸大巷和軌道上/下山內(nèi)的進水管路為進水總管，所述聯(lián)絡(luò)巷和第一高位巷內(nèi)的進水管路為進水支管；
[0012]所述總回風(fēng)巷和回風(fēng)上下山內(nèi)的回水管路為回水總管，所述下一工作面高位巷內(nèi)的回水管路為回水支管;進水總管的管徑與回水總管的管徑相同，進水支管與回水支管的管徑相同，進水總管的管徑大于進水支管的管徑。
[0013]相鄰枝狀鉆孔的主孔之間間隔30— 50米，主孔的內(nèi)徑為89毫米;所述枝狀鉆孔由千米定向鉆機施工而成;所述支孔沿主孔均勻分布，相鄰支孔之間間隔1 — 30米。
[0014]所述進水管路和回水管路外均設(shè)有保溫材料層。
[0015]本實用新型具有如下的優(yōu)點:
[0016]本實用新型的高位巷聯(lián)通鉆孔循環(huán)水式礦井降溫系統(tǒng)及降溫方法，利用水循環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)冷水與熱水的循環(huán)雙向利用，能夠高效、有針對性地降低回采工作面處溫度和利用地?zé)幔恢钽@孔不僅能夠提高冷水與工作面煤層頂板高溫圍巖之間的換熱效率，還能夠用于煤層開采期間抽采卸壓區(qū)域煤層瓦斯。熱水由用熱單位利用，滿足煤礦生產(chǎn)生活的用熱需求的同時能夠節(jié)約制備生產(chǎn)生活用熱水的能源，起到節(jié)能減排的效果。水在系統(tǒng)進行循環(huán)，實現(xiàn)資源的良性循環(huán)利用。
[0017]進水總管和回水總管的管徑大于進水支管和回水支管的管徑，進水總管和回水總管就有較大的水量，同時為多個回采工作面服務(wù)，提供冷水進行降溫，當(dāng)然也可以同時為多個回采工作面進行抽采卸壓煤層瓦斯的操作。
[0018]進水管路和回水管路均為保溫管路，從而減少進水管路沿程的冷量損失和回水管路沿程的熱量損失，提高冷量和熱量的利用率。調(diào)節(jié)分水四通閥，可以使冷量更多地用于回采位置。
【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0020]1-用熱單位、2-工業(yè)冷水機組、3-進水管路、4-副井、5-回水管路、6-進風(fēng)運輸大巷、7-軌道上/下山、8-聯(lián)絡(luò)巷、9-第一高位巷、10-四通閥、11-枝狀鉆孔、12-下一工作面高位巷、13-運輸順槽、14-支孔、15-回風(fēng)順槽、16-回風(fēng)上/下山、17-總回風(fēng)巷、18-回風(fēng)井、19-水栗、20-工作面、21-主井、22-抽放管路、23-抽放栗站、24-運輸下山
[0021 ]圖2是枝狀鉆孔主孔處的剖視示意圖。
【具體實施方式】
[0022]圖1中各處實心箭頭方向所示為該處風(fēng)的流動方向；圖1中標(biāo)號11左邊的空心箭頭所示為回采工作面的掘進回采方向。
[0023]礦井中，回采工作面位于第一高位巷9和下一工作面高位巷12之間，并位于第一高位巷9和下一工作面高位巷12的底板下方。
[0024]如圖1和圖2所示，本實用新型的高位巷聯(lián)通鉆孔循環(huán)水式礦井降溫系統(tǒng)包括用熱單位I，用熱單位I的出水口通過連接管路與工業(yè)冷水機組2的進水口相連接，工業(yè)冷水機組2的出水口連接有進水管路3，進水管路3通過副井4通入礦井的進風(fēng)運輸大巷6，進水管路3通過進風(fēng)運輸大巷6沿軌道上/下山7和聯(lián)絡(luò)巷8通入第一高位巷9并沿第一高位巷9設(shè)置;軌道上/下山7表示附圖中的相應(yīng)結(jié)構(gòu)既可以是軌道上山，又可以是軌道下山。
[0025]用熱單位I的進水口連接有回水管路5，回水管路5通過回風(fēng)井18連接礦井的總回風(fēng)巷17，回水管路5通過總回風(fēng)巷17沿回風(fēng)上/下山16連接下一工作面高位巷12并沿下一工作面高位巷12設(shè)置；回風(fēng)上/下山16表示附圖中的相應(yīng)結(jié)構(gòu)既可以是回風(fēng)上山，又可以是回風(fēng)下山。
[0026]第一高位巷9和下一工作面高位巷12之間均勻間隔設(shè)置有若干排枝狀鉆孔，枝狀鉆孔位于回采工作面的上方；枝狀鉆孔包括主孔11和與主孔11相連接的若干支孔14;主孔11設(shè)有坡度，主孔11較高一端通過分水四通閥10(四通閥為常規(guī)裝置，圖未詳示其結(jié)構(gòu))與進水管路3相連通且其較低一端與回水管路5相連通;分水四通閥10的一個接口連接進水管路3，另一個接口連接主孔11，第三個接口連接瓦斯抽采系統(tǒng);瓦斯抽采系統(tǒng)為現(xiàn)有技術(shù)，其具體結(jié)構(gòu)不再詳述，圖未詳示。第四個接口與下一個枝狀鉆孔的進水管段連接。
[0027]所述回風(fēng)井18與用熱單位I之間的回水管路5上設(shè)有大功率水栗19;
[0028]所述進風(fēng)運輸大巷6和軌道上/下山7內(nèi)的進水管路3為進水總管，所述聯(lián)絡(luò)巷8和第一高位巷9內(nèi)的進水管路3為進水支管；
[0029]所述總回風(fēng)巷17和回風(fēng)上/下山16內(nèi)的回水管路5為回水總管，所述下一工作面高位巷12內(nèi)的回水管路5為回水支管;進水總管的管徑與回水總管的管徑相同，進水支管與回水支管的管徑相同，進水總管的管徑大于進水支管的管徑。
[0030]相鄰枝狀鉆孔的主孔11之間間隔30—50米，主孔11的內(nèi)徑為89毫米;所述枝狀鉆孔由千米定向鉆機施工而成;所述支孔14沿主孔11均勻分布，相鄰支孔14之間間隔10 — 30米。
[0031]所述進水管路3和回水管路5外均設(shè)有保溫材料層，即進水管路3和回水管路5均為保溫管路，從而減少進水管路3沿程的冷量損失和回水管路5沿程的熱量損失。
[0032]本實用新型還公開了一種使用上述高位巷聯(lián)通鉆孔循環(huán)水式礦井降溫系統(tǒng)的礦井降溫方法，該方法包括如下步驟:
[0033]第一步驟是打開各處枝狀鉆孔主孔11上的分水四通閥10使主孔11與進水管路相連通。
[0034]標(biāo)號11處的箭頭所示方向為回采的推進方向。采煤時，如圖1所示，工作人員由左至右進行回采工作。煤層的左端即回采的煤壁處為回采進度線。
[0035]第二步驟是使用工業(yè)冷水機組2制備5 0C-1O0C的冷水，并將冷水沿進水管路3通入到第一高位巷9;冷水沿枝狀鉆孔流入回水管路5;冷水在枝狀鉆孔中流動時吸收圍巖中的熱能從而溫度升高成為熱水，同時煤層圍巖溫度降低，從而使煤層溫度逐漸降低;調(diào)節(jié)工業(yè)冷水機組送出冷水的水量和流速，使煤層溫度降低并保持在20°C — 30°C之間；從而保持在人體的舒適溫度區(qū)間，為井下工人提供良好的工作環(huán)境。
[0036]第三步驟是啟動水栗19，水栗19將回水管路5內(nèi)的熱水通過回風(fēng)回風(fēng)井18抽至地表并送至用熱單位I;熱水通過用熱單位I進行熱交換后溫度降低成為低溫水。用熱單位I可利用熱水進行發(fā)電供給工業(yè)冷水機組2，工業(yè)冷水機組2可對余熱利用后的低溫水進行冷卻，重新制備成冷水；
[0037]持續(xù)執(zhí)行第二步驟和第三步驟，從而持續(xù)通過枝狀鉆孔降低并保持工作面處的溫度；
[0038]在第二步驟和第三步驟持續(xù)進行的過程中，進行抽放瓦斯的步驟；
[0039]抽放瓦斯的步驟是:
[0040]煤層回采的煤壁處為回采進度線；以回采方向為前向，調(diào)節(jié)回采進度線前方第一個枝狀鉆孔主孔上的分水四通閥10，使該枝狀鉆孔的主孔11與進水管路斷開并連接瓦斯抽放管路22，待該枝狀鉆孔中的存水滲入煤層圍巖后，啟動瓦斯抽放系統(tǒng)23，關(guān)閉四通閥10上的進水閥門，同時打開四通閥10上的抽放閥門，通過該枝狀鉆孔對待開采的煤層進行抽采瓦斯;瓦斯氣體或者直接進入枝狀鉆孔的主孔，或者通過支管進入枝狀鉆孔的主孔。
[0041]瓦斯抽放操作完成后，重新調(diào)節(jié)分水四通閥10，使該枝狀鉆孔的主孔11與瓦斯抽放系統(tǒng)23斷開并連接進水管路;隨著回采進度線向前不斷推進，回采進度線越過執(zhí)行過抽放瓦斯步驟的枝狀鉆孔后，依次對下一個枝狀鉆孔執(zhí)行抽放瓦斯的步驟。
[0042]所述第一步驟中，通過控制分水四通閥10的開啟度來控制不同枝狀鉆孔內(nèi)的水流速度;溫度較高處的枝狀鉆孔上的分水四通閥10開啟度大于溫度較低處的枝狀鉆孔上的分水四通閥10的開啟度。從而使冷量更多地用于回采位置溫度較高處。
[0043]用熱單位I可以是地?zé)岚l(fā)電機、生活設(shè)施(如加熱洗浴用水的熱交換器)，也可以是工業(yè)用熱設(shè)備(如用來加熱鍋爐進水的熱交換器等)。
[0044]所述千米定向鉆機、工業(yè)冷水機組2、大功率水栗19等均為現(xiàn)有常規(guī)裝置，其具體結(jié)構(gòu)及使用過程不再詳述。在管路外設(shè)置保溫材料層為現(xiàn)有成熟技術(shù)(如通過發(fā)泡劑發(fā)泡在管路外圍制備保溫材料層)。
[0045]在施工本實用新型的高位巷聯(lián)通鉆孔循環(huán)水式礦井降溫系統(tǒng)時，首先在兩條高位巷之間利用千米定向鉆機施工枝狀鉆孔，當(dāng)鉆孔連通后，把地面工業(yè)冷水機組2產(chǎn)生的冷水經(jīng)進水管路3輸送至枝狀鉆孔，通過水與巖層的熱交換，實現(xiàn)對礦井回采工作面處的降溫；最后把吸熱之后的熱水由回水管路5輸排至位于地面的用熱單位I加以利用，滿足煤礦生產(chǎn)生活的用熱需求，節(jié)約制備生產(chǎn)生活用熱水的能源，起到節(jié)能減排的效果。地?zé)崂弥螽a(chǎn)生的低溫水再次用于礦井降溫，從而實現(xiàn)資源的良性循環(huán)利用；同時，煤層降溫之后，利用鋪設(shè)好的輸水管道(進水管路3和回水管路5)及枝狀鉆孔實現(xiàn)卸壓瓦斯抽采。
[0046]工作中，循環(huán)冷卻水由工業(yè)冷水機組2出發(fā)，依次經(jīng)副井4、軌道上/下山7、聯(lián)絡(luò)巷8、第一高位巷9進入枝狀鉆孔，再由枝狀鉆孔進入下一工作面高位巷12，然后依次經(jīng)回風(fēng)上/下山16、總回風(fēng)巷17和回風(fēng)井18被水栗19抽送至地表，最后送入用熱單位I利用熱能后回流至工業(yè)冷水機組2，形成一條閉合水循環(huán)通路。
[0047]研發(fā)說明:
[0048]本實用新型主要利用向礦井工作面輸送的冷水流過高位巷聯(lián)通鉆孔(即所述枝狀鉆孔)，通過與高溫圍巖熱交換，實現(xiàn)礦井降溫;并同時實現(xiàn)地面工業(yè)冷水機組2產(chǎn)生的冷水與經(jīng)礦井地溫加熱后的熱水之間的循環(huán)雙向利用；即冷水用于礦井工作面處的降溫，熱水用于用熱單位I，雙向利用的方式也大大提高了本實用新型的熱(冷)利用效率;而且還能利用枝狀鉆孔對煤層卸壓瓦斯進行抽采。本實用新型首先在兩條工作面高位巷之間利用千米定向鉆機施工枝狀鉆孔;然后把地面工業(yè)冷水機組2產(chǎn)生的冷水經(jīng)進水管路3輸送至枝狀鉆孔內(nèi)，與煤層頂板高溫圍巖產(chǎn)生熱交換，實現(xiàn)礦井降溫。由于枝狀鉆孔的主孔11連接有多個支孔14，因此與高溫圍巖的換熱效率大大提高。最后把吸收地?zé)嶂蟮臒崴苫厮苈?輸送至地面余熱利用裝置(用熱單位I)中，地?zé)崂弥螽a(chǎn)生的低溫水再次被工業(yè)冷水機組2降溫制備為冷水，用于下次循環(huán)。煤層降溫之后，在工作面回采期間，可利用枝狀鉆孔進行卸壓區(qū)域瓦斯抽采。本實用新型有益之處是利用水循環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)工業(yè)冷水機組2產(chǎn)生的冷水與經(jīng)地溫加熱的熱水的循環(huán)雙向利用，起到高效、有針對性地降低回采工作面處溫度和利用地?zé)岬男Ч煌瑫r，枝狀鉆孔不僅能夠提高冷水與工作面煤層頂板高溫圍巖之間的換熱效率，還能夠用于煤層開采期間抽采卸壓區(qū)域煤層瓦斯。
[0049]以上實施例僅用以說明而非限制本實用新型的技術(shù)方案，盡管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對本實用新型進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項】
1.高位巷聯(lián)通鉆孔循環(huán)水式礦井降溫系統(tǒng)，其特征在于:包括用熱單位，用熱單位的出水口通過連接管路與工業(yè)冷水機組的進水口相連接，工業(yè)冷水機組的出水口連接有進水管路，進水管路通過副井通入礦井的進風(fēng)運輸大巷，進水管路通過進風(fēng)運輸大巷沿軌道上/下山和聯(lián)絡(luò)巷通入第一高位巷并沿第一高位巷設(shè)置； 用熱單位的進水口連接有回水管路，回水管路通過回風(fēng)井連接礦井的總回風(fēng)巷，回水管路通過總回風(fēng)巷沿回風(fēng)上/下山連接到下一工作面高位巷并沿下一工作面高位巷設(shè)置； 第一高位巷和下一工作面高位巷之間均勻間隔設(shè)置有若干排枝狀鉆孔，枝狀鉆孔位于回采工作面的上方;枝狀鉆孔包括主孔和與主孔相連接的若干支孔;主孔設(shè)有坡度，主孔較高一端通過分水四通閥與進水管路相連通且其較低一端與回水管路相連通;分水四通閥的一個接口連接進水管路，另一個接口連接主孔，第三個接口連接瓦斯抽采系統(tǒng)，第四個接口與下一個枝狀鉆孔的進水管段連接； 所述回風(fēng)井與用熱單位之間的回水管路上設(shè)有水栗； 所述進風(fēng)運輸大巷和軌道上/下山內(nèi)的進水管路為進水總管，所述聯(lián)絡(luò)巷和第一高位巷內(nèi)的進水管路為進水支管； 所述總回風(fēng)巷和回風(fēng)上下山內(nèi)的回水管路為回水總管，所述下一工作面高位巷內(nèi)的回水管路為回水支管;進水總管的管徑與回水總管的管徑相同，進水支管與回水支管的管徑相同，進水總管的管徑大于進水支管的管徑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高位巷聯(lián)通鉆孔循環(huán)水式礦井降溫系統(tǒng)，其特征在于:相鄰枝狀鉆孔的主孔之間間隔30 — 50米，主孔的內(nèi)徑為89毫米;所述枝狀鉆孔由千米定向鉆機施工而成;所述支孔沿主孔均勻分布，相鄰支孔之間間隔1 — 30米。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高位巷聯(lián)通鉆孔循環(huán)水式礦井降溫系統(tǒng)，其特征在于:所述進水管路和回水管路外均設(shè)有保溫材料層。
【文檔編號】E21F3/00GK205422797SQ201620265975
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月3日
【發(fā)明人】李波, 張路路, 王洪磊, 孫東輝, 劉華, 張強, 秦恒潔, 張宏圖, 賈炳
【申請人】河南理工大學(xué)