高位巷联通钻孔循环水式矿井降温系统及矿井降温方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高位巷联通钻孔循环水式矿井降温系统，包括用热单位，用热单位的出水口连接工业冷水机组的进水口，工业冷水机组连接进水管路，进水管路进入到矿井的进风运输大巷，进水管路沿轨道上/下山和联络巷进入到第一高位巷；用热单位的进水口连接有回水管路，回水管路通过回风井连接到矿井的总回风巷，回水管路沿回风上/下山连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间均匀间隔设置有若干排枝状钻孔。本发明专利技术还公开了使用该系统的方法。本发明专利技术利用水循环实现冷水与热水的双向循环利用，能高效地降低回采工作面处温度并利用地热，具有节能减排的效果；枝状钻孔能提高冷水与高温围岩之间的换热效率，还能用于抽采卸压煤层瓦斯。

Circulating water type mine cooling system and method for mine cooling in high Lane

The invention discloses a high Xiang Unicom water circulating cooling system of mine drilling, including the use of thermal units, the water inlet is connected with industrial chiller with hot water outlet unit, industrial chillers connecting the inlet pipe into the air transportation roadway of mine water inlet pipe, the water inlet pipe along the track / down and contact Lane in the upper lane; with inlet heating unit is connected with a water return pipe, water pipe connected to the total return air roadway through the mine return air shaft, the backwater pipe along the return / down connected to the next high working face roadway; between the first upper lane and the next working face upper lane is provided with a plurality of rows of evenly spaced dendrites drilling. The invention also discloses a method for using the system. The method uses the water cycle to achieve two-way circulation of cold water and hot water use, can effectively reduce the temperature at the working face and the use of geothermal energy, with energy saving and emission reduction; dendritic drilling can improve the efficiency of heat exchange between cooling water and high temperature of surrounding rock, can also be used for pressure relief gas drainage.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种矿井工作面降温方法及降温系统。
技术介绍
随着矿井开采深度的增加，高瓦斯、高地温等问题越来越突出。深部开采中，瓦斯、地温等相应增加造成开采条件不断恶化，各种灾害的复杂性和治理的难度也将增加。特别值得注意的是，深部开采中由于地温梯度引起的工作环境温度不断升高，成为深部开采无法回避的灾害问题，严重制约了深部开采的发展。目前，国内外对矿井热害治理的研究中，主要途径有三种：一是减少高温地层岩体向风流的传热，其中最直接的方法是隔绝高温热源；二是加大矿井热量排放，一般是采取优化矿井开拓布局及通风路径，增加矿井风量等措施；三是人工引入冷介质，典型的方法是矿井空调降温。以上多种措施在一定程度上降低了地热灾害的危害，但是仍存在许多不足，其中，隔绝热源、加大通风和矿井空调降温等，极大的增加了生产投入；优化矿井开拓布局只能相对减少热害的危害，无法满足生产要求。另外，对地热资源也不能充分利用，造成资源的浪费。一些突出煤层工作面煤巷掘进前，普遍先在煤层顶（底）板掘进岩石巷道，通过穿层钻孔进行瓦斯抽采，掩护煤巷掘进。针对上述现状和降温技术存在的不足，充分利用现有高位巷，研究一种节能、经济、高效的成套降温及卸压瓦斯抽采技术，对矿井热害、瓦斯治理及能源充分利用具有重大意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种效率较高、能够循环利用水资源且便于抽采卸压煤层瓦斯的高位巷联通钻孔循环水式矿井降温系统，该系统能够同时为多个回采工作面进行降温或抽采卸压煤层瓦斯。为实现上述目的，本专利技术的高位巷联通钻孔循环水式矿井降温系统包括用热单位，用热单位的出水口通过连接管路与工业冷水机组的进水口相连接，工业冷水机组的出水口连接有进水管路，进水管路通过副井通入矿井的进风运输大巷，进水管路通过进风运输大巷沿轨道上/下山和联络巷通入第一高位巷并沿第一高位巷设置；用热单位的进水口连接有回水管路，回水管路通过回风井连接矿井的总回风巷，回水管路通过总回风巷沿回风上/下山连接到下一工作面高位巷并沿下一工作面高位巷设置；第一高位巷和下一工作面高位巷之间均匀间隔设置有若干排枝状钻孔，枝状钻孔位于回采工作面的上方；枝状钻孔包括主孔和与主孔相连接的若干支孔；主孔设有坡度，主孔较高一端通过分水四通阀与进水管路相连通且其较低一端与回水管路相连通；分水四通阀的一个接口连接进水管路，另一个接口连接主孔，第三个接口连接瓦斯抽采系统，第四个接口与下一个枝状钻孔的进水管段连接；所述回风井与用热单位之间的回水管路上设有水泵；所述进风运输大巷和轨道上/下山内的进水管路为进水总管，所述联络巷和第一高位巷内的进水管路为进水支管；所述总回风巷和回风上下山内的回水管路为回水总管，所述下一工作面高位巷内的回水管路为回水支管；进水总管的管径与回水总管的管径相同，进水支管与回水支管的管径相同，进水总管的管径大于进水支管的管径。相邻枝状钻孔的主孔之间间隔30－50米，主孔的内径为89毫米；所述枝状钻孔由千米定向钻机施工而成；所述支孔沿主孔均匀分布，相邻支孔之间间隔10－30米。所述进水管路和回水管路外均设有保温材料层。本专利技术的目的还在于提供一种使用所述的高位巷联通钻孔循环水式矿井降温系统的矿井降温方法。为实现上述目的，本专利技术的矿井降温方法包括如下步骤：第一步骤是打开各处枝状钻孔主孔上的分水四通阀使主孔与进水管路相连通；第二步骤是使用工业冷水机组制备5℃－10℃的冷水，并将冷水沿进水管路通入第一高位巷；冷水沿枝状钻孔流入回水管路；冷水在枝状钻孔中流动时吸收围岩中的热能从而温度升高成为热水，同时煤层围岩温度降低，从而使煤层温度逐渐降低；调节工业冷水机组送出冷水的水量和流速，使煤层温度降低并保持在20℃－30℃之间；第三步骤是启动水泵，水泵将回水管路内的热水通过回风井抽至地表并送至用热单位；热水通过用热单位进行热交换后温度降低成为低温水，低温水送入工业冷水机组，重新制备成冷水；持续执行第二步骤和第三步骤，从而持续通过枝状钻孔降低并保持工作面处的温度；在第二步骤和第三步骤持续进行的过程中，进行抽放瓦斯的步骤；抽放瓦斯的步骤是：煤层回采的煤壁处为回采进度线；以回采方向为前向，调节回采进度线前方第一个枝状钻孔主孔上的分水四通阀，使该枝状钻孔的主孔与进水管路断开并连接瓦斯抽放系统，待该枝状钻孔中的存水渗入煤层围岩后，启动瓦斯抽放系统，通过枝状钻孔对待开采的煤层进行抽采瓦斯；瓦斯抽放操作完成后，重新调节分水四通阀，使该枝状钻孔的主孔与瓦斯抽放系统断开并连接进水管路；随着回采进度线向前不断推进，回采进度线越过执行过抽放瓦斯步骤的枝状钻孔后，依次对下一个枝状钻孔执行抽放瓦斯的步骤。所述第一步骤中，通过控制分水四通阀的开启度来控制不同枝状钻孔内的水流速度；温度较高处的枝状钻孔上的分水四通阀开启度大于温度较低处的枝状钻孔上的分水四通阀的开启度。本专利技术具有如下的优点：本专利技术的高位巷联通钻孔循环水式矿井降温系统及降温方法，利用水循环系统，实现冷水与热水的循环双向利用，能够高效、有针对性地降低回采工作面处温度和利用地热；枝状钻孔不仅能够提高冷水与工作面煤层顶板高温围岩之间的换热效率，还能够用于煤层开采期间抽采卸压区域煤层瓦斯。热水由用热单位利用，满足煤矿生产生活的用热需求的同时能够节约制备生产生活用热水的能源，起到节能减排的效果。水在系统进行循环，实现资源的良性循环利用。进水总管和回水总管的管径大于进水支管和回水支管的管径，进水总管和回水总管就有较大的水量，同时为多个回采工作面服务，提供冷水进行降温，当然也可以同时为多个回采工作面进行抽采卸压煤层瓦斯的操作。进水管路和回水管路均为保温管路，从而减少进水管路沿程的冷量损失和回水管路沿程的热量损失，提高冷量和热量的利用率。调节分水四通阀，可以使冷量更多地用于回采位置。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；1-用热单位、2-工业冷水机组、3-进水管路、4-副井、5-回水管路、6-进风运输大巷、7-轨道上/下山、8-联络巷、9-第一高位巷、10-四通阀、11-枝状钻孔、12-下一工作面高位巷、13-运输顺槽、14-支孔、15-回风顺槽、16-回风上/下山、17-总回风巷、18-回风井、19-水泵、20-工作面、21-主井、22-抽放管路、23-抽放泵站、24-运输下山图2是枝状钻孔主孔处的剖视示意图。具体实施方式图1中各处实心箭头方向所示为该处风的流动方向；图1中标号11左边的空心箭头所示为回采工作面的掘进回采方向。矿井中，回采工作面位于第一高位巷9和下一工作面高位巷12之间，并位于第一高位巷9和下一工作面高位巷12的底板下方。如图1和图2所示，本专利技术的高位巷联通钻孔循环水式矿井降温系统包括用热单位1，用热单位1的出水口通过连接管路与工业冷水机组2的进水口相连接，工业冷水机组2的出水口连接有进水管路3，进水管路3通过副井4通入矿井的进风运输大巷6，进水管路3通过进风本文档来自技高网...

【技术保护点】
高位巷联通钻孔循环水式矿井降温系统，其特征在于：包括用热单位，用热单位的出水口通过连接管路与工业冷水机组的进水口相连接，工业冷水机组的出水口连接有进水管路，进水管路通过副井通入矿井的进风运输大巷，进水管路通过进风运输大巷沿轨道上/下山和联络巷通入第一高位巷并沿第一高位巷设置；用热单位的进水口连接有回水管路，回水管路通过回风井连接矿井的总回风巷，回水管路通过总回风巷沿回风上/下山连接到下一工作面高位巷并沿下一工作面高位巷设置；第一高位巷和下一工作面高位巷之间均匀间隔设置有若干排枝状钻孔，枝状钻孔位于回采工作面的上方；枝状钻孔包括主孔和与主孔相连接的若干支孔；主孔设有坡度，主孔较高一端通过分水四通阀与进水管路相连通且其较低一端与回水管路相连通；分水四通阀的一个接口连接进水管路，另一个接口连接主孔，第三个接口连接瓦斯抽采系统，第四个接口与下一个枝状钻孔的进水管段连接；所述回风井与用热单位之间的回水管路上设有水泵；所述进风运输大巷和轨道上/下山内的进水管路为进水总管，所述联络巷和第一高位巷内的进水管路为进水支管；所述总回风巷和回风上下山内的回水管路为回水总管，所述下一工作面高位巷内的回水管路为回水支管；进水总管的管径与回水总管的管径相同，进水支管与回水支管的管径相同，进水总管的管径大于进水支管的管径。...

【技术特征摘要】
1.高位巷联通钻孔循环水式矿井降温系统，其特征在于：包括用热单位，用热单位的出水口通过连接管路与工业冷水机组的进水口相连接，工业冷水机组的出水口连接有进水管路，进水管路通过副井通入矿井的进风运输大巷，进水管路通过进风运输大巷沿轨道上/下山和联络巷通入第一高位巷并沿第一高位巷设置；
用热单位的进水口连接有回水管路，回水管路通过回风井连接矿井的总回风巷，回水管路通过总回风巷沿回风上/下山连接到下一工作面高位巷并沿下一工作面高位巷设置；
第一高位巷和下一工作面高位巷之间均匀间隔设置有若干排枝状钻孔，枝状钻孔位于回采工作面的上方；枝状钻孔包括主孔和与主孔相连接的若干支孔；主孔设有坡度，主孔较高一端通过分水四通阀与进水管路相连通且其较低一端与回水管路相连通；分水四通阀的一个接口连接进水管路，另一个接口连接主孔，第三个接口连接瓦斯抽采系统，第四个接口与下一个枝状钻孔的进水管段连接；
所述回风井与用热单位之间的回水管路上设有水泵；
所述进风运输大巷和轨道上/下山内的进水管路为进水总管，所述联络巷和第一高位巷内的进水管路为进水支管；
所述总回风巷和回风上下山内的回水管路为回水总管，所述下一工作面高位巷内的回水管路为回水支管；进水总管的管径与回水总管的管径相同，进水支管与回水支管的管径相同，进水总管的管径大于进水支管的管径。
2.根据权利要求1所述的高位巷联通钻孔循环水式矿井降温系统，其特征在于：相邻枝状钻孔的主孔之间间隔30－50米，主孔的内径为89毫米；所述枝状钻孔由千米定向钻机施工而成；所述支孔沿主孔均匀分布，相邻支孔之间间隔10－30米。
3.根据权利要求1所述的高位巷联通钻孔循环水式矿井降温系统，其特征在于：所述进水管路和回水管路外均设有保温材料层。
4.使...

【专利技术属性】
技术研发人员：李波，魏建平，王云刚，温志辉，姚邦华，秦恒洁，张宏图，贾炳，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41