一种矿井冻结壁冷量冷却风流的测试装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种矿井冻结壁冷量冷却风流的测试装置与方法，可以实现模拟实际冻结施工矿井井筒送风工况，按照一定的压缩比和土层参数选择还原真实的矿井冻结壁，利用矿井井筒模拟系统、低温制冷冻结系统、冻结壁反向取热系统和测试系统构成的测试装置，实现以下四个主要测试功能与研究价值：冻结壁通过井壁与风流的热湿耦合传递冷却风流特性测试；冻结壁反向取冷特性测试及低温盐液空冷器与风流热湿交换特性测试；送风工况下及反向取冷条工况下冻结壁的融冻特性；竖直或者水平圆管内风流热湿交换特性测试，进而实现研究分析矿井冻结壁冷量冷却风流再利用的规律，为矿井冻结壁直接冷却风流用于改善井下的热湿环境提供坚实的理论基础。

【技术实现步骤摘要】
一种矿井冻结壁冷量冷却风流的测试装置与方法
本专利技术涉及矿井设备领域，更具体地说，涉及一种矿井冻结壁冷量冷却风流的测试装置与方法。
技术介绍
煤矿立井井筒在不稳定表土层或隔绝地下水施工时，一般采取特殊施工方法才能顺利通过，目前冻结法的使用非常广泛。冻结法历史较为悠久，在理论上和实践上都已经较为成熟。采用冻结法施工时，煤矿立井井筒的开挖必须选择合适的时间，当冻结壁已经形成而又尚未冻至井筒范围以内时冻结壁的稳定性较好，是井筒开挖时机的最佳选择，否则可能不利于井筒的掘进或者造成涌水冒砂事故。随着经济发展，能源需求的增加及煤炭资源往深部发展的形势，在我国西北及东部地区的深部矿井，采用冻结法施工建井后，在井筒径向形成10m左右厚的冻结壁，深度达数百米，施工完成后冻结壁冷量多采用自然融化，而没有很好的利用。矿井冻结壁直接冷却风流用于改善井下的热湿环境将会是能量循环再利用的一种新方法，而冻结壁冷却风流的特性如何是我们目前急需得到的。
技术实现思路
1．要解决的技术问题针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种矿井冻结壁冷量冷却风流的测试装置与方法，它可以实现模拟实际矿井施工工况，按照一定的压缩比和土层参数选择还原真实的矿井冻结壁，利用矿井井筒模拟系统、低温制冷冻结系统、冻结壁反向取热系统和测试系统构成的测试装置，实现以下四个主要测试功能与研究价值：冻结壁通过井壁与风流的热湿耦合传递冷却风流特性测试；冻结壁反向取冷特性测试及低温盐液空冷器与风流热湿交换特性测试；送风工况下及反向取冷工况下冻结壁的融冻特性；竖直或者水平圆管内风流热湿交换特性测试，进而实现研究分析矿井冻结壁冷量冷却风流再利用的规律，为矿井冻结壁直接冷却风流用于改善井下的热湿环境提供坚实的理论基础，有利于实现能量循环再利用，显著降低矿井施工成本。2．技术方案为解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案。一种矿井冻结壁冷量冷却风流的测试装置，包括矿井井筒模拟系统、低温制冷冻结系统、冻结壁反向取热系统和测试系统，所述矿井井筒模拟系统包括保温土箱，所述保温土箱内插设安装有混凝土井筒，所述混凝土井筒上下两端分别安装有进口段风管和出口段风管，所述出口段风管上安装有风量调节阀，所述出口段风管远离混凝土井筒一端安装有风机，所述进口段风管远离保温土箱一端安装有保温静压箱，所述保温静压箱通过中间风管连接有恒温恒湿空调器，所述恒温恒湿空调器上安装有进风端风管，所述进风端风管上安装有风量调节阀；所述低温制冷冻结系统包括低温冷水机组和盐液箱，所述盐液箱通过盐液循环泵和冻结系统盐液供液管连接有若干冻结管，且若干冻结管均匀分布于混凝土井筒外侧周向，所述冻结管远离冻结系统盐液供液管一端通过冻结系统盐液回液管与盐液箱连接，所述冻结系统盐液供液管靠近盐液箱一端安装有盐液箱供液控制阀，所述冻结系统盐液供液管靠近冻结管一端安装有冻结管供液调控阀，所述冻结系统盐液回液管靠近盐液箱一端安装有盐液箱回液控制阀，所述冻结系统盐液回液管靠近冻结管一端安装有冻结管回液调控阀，所述恒温恒湿空调器上还安装有热泵室内外机组连接管，所述热泵室内外机组连接管远离恒温恒湿空调器一端安装有风冷热泵室外机组；所述冻结壁反向取热系统包括低温盐液空气冷却器，所述保温静压箱与低温盐液空气冷却器之间同样通过中间风管连接，所述低温盐液空气冷却器上同样还安装有进风端风管，所述低温盐液空气冷却器与冻结系统盐液回液管之间连接有冻结壁反向取冷供液管，所述低温盐液空气冷却器与冻结系统盐液供液管之间连接有冻结壁反向取冷回液管，所述冻结壁反向取冷供液管靠近冻结系统盐液回液管一端安装有供液管控制阀，所述冻结壁反向取冷供液管靠近低温盐液空气冷却器一端安装有空冷器供液管控制阀，所述冻结壁反向取冷回液管靠近冻结系统盐液供液管一端安装有回液管控制阀，所述冻结壁反向取冷回液管靠近低温盐液空气冷却器一端安装有空冷器回液调控阀；所述测试系统包括测试平台，所述进口段风管上开设有测量孔，所述测量孔上安装有风速测试仪，所述保温土箱内自上至下依次设置有入口测量断面、中间测量断面和出口测量断面，所述保温土箱内对应入口测量断面、中间测量断面和出口测量断面安装有若干测量断面内测量探头，所述保温静压箱上安装有若干均匀分布的静压箱温湿度探头，所述进风端风管上安装有进风温湿度及风速仪，所述中间风管上安装有出风温湿度及风速仪，所述风速测试仪、测量断面内测量探头、静压箱温湿度探头、进风温湿度及风速仪和出风温湿度及风速仪均与测试平台电性连接。进一步的，所述保温土箱内部与混凝土井筒之间填充有夯实粘土，所述保温土箱外侧包裹覆盖有保温土箱保温层。进一步的，所述冻结管分为内外两圈围绕混凝土井筒环形阵列分布，内圈的所述冻结管之间通过冻结管内圈管连接，外圈的所述冻结管通过冻结管外圈管连接。进一步的，所述测试系统还包括有安装于冻结壁反向取冷回液管上的流量计，且流量计与测试平台电性连接，所述流量计两端还并联有旁通管，所述旁通管上安装有旁通管控制阀门。进一步的，所述冻结壁反向取冷供液管靠近低温盐液空气冷却器一端还安装有过滤器，且过滤器位于低温盐液空气冷却器与空冷器供液管控制阀之间，所述冻结壁反向取冷回液管和冻结壁反向取冷供液管靠近低温盐液空气冷却器一端均还安装有与测试平台电性连接的空冷器供回液温度探头，且空冷器供回液温度探头分别位于低温盐液空气冷却器和过滤器与低温盐液空气冷却器和空冷器回液调控阀之间。进一步的，所述测量断面内测量探头自上至下依次包括入口端温湿度探头、中间段温湿度探头和出口端温湿度探头，且入口端温湿度探头、中间段温湿度探头和出口端温湿度探头沿混凝土井筒向保温土箱外侧分布。一种矿井冻结壁冷量冷却风流的测试方法，所述测试方法包括冻结壁通过井壁与风流的热湿耦合传递冷却风流特性测试，包括以下测试步骤：A1、首先关闭矿井井筒模拟系统的风机及阀门，关闭冻结壁反向取冷系统的盐液管路中的阀门，启动低温制冷冻结系统管路中的所有阀门；A2、开启低温冷水机组并进入自动运行模式，待盐液箱内的温度达到设定值时，开启盐液循环泵实施人工冻土形成冻结壁的任务，开启测试平台实时检测土层的温度变化；A3、等达到所要的温度时，停止盐液循环泵并关闭冻结管路阀门，开启风机调控风量调节阀达到设定的风速，记录每一工况的数字，开启井壁与风流的热湿耦合传递冷却风流特性测试。进一步的，所述测试方法还包括冻结壁反向取冷特性测试及低温盐液空冷器与风流热湿交换特性测试，包括以下测试步骤：B1、首先关闭矿井井筒模拟系统的风机及阀门，关闭冻结壁反向取冷系统的盐液管路中的阀门，关闭低温制冷冻结系统管路中的所有阀门；B2、开启低温冷水机组并进入自动运行模式，待盐液箱内的温度达到设定值时，开启盐液循环泵实施人工冻土形成冻结壁的任务，开启测控平台实时检测土层的温度变化；B3、等土层所测温度达到设定值时，开启冻结壁反向取冷系统内的阀门，关闭盐液箱进出管阀门，盐液循环泵进入冻结壁反向取冷系统内，开启低温盐液空气冷却器调控风本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矿井冻结壁冷量冷却风流的测试装置，其特征在于：包括矿井井筒模拟系统、低温制冷冻结系统、冻结壁反向取热系统和测试系统，所述矿井井筒模拟系统包括保温土箱（1），所述保温土箱（1）内插设安装有混凝土井筒（2），所述混凝土井筒（2）上下两端分别安装有进口段风管（4）和出口段风管（3），所述出口段风管（3）上安装有风量调节阀（6），所述出口段风管（3）远离混凝土井筒（2）一端安装有风机（15），所述进口段风管（4）远离保温土箱（1）一端安装有保温静压箱（21），所述保温静压箱（21）通过中间风管（25）连接有恒温恒湿空调器（24），所述恒温恒湿空调器（24）上安装有进风端风管（22），所述进风端风管（22）上安装有风量调节阀（23）；/n所述低温制冷冻结系统包括低温冷水机组（7）和盐液箱（8），所述盐液箱（8）通过盐液循环泵（9）和冻结系统盐液供液管（10）连接有若干冻结管（14），且若干冻结管（14）均匀分布于混凝土井筒（2）外侧周向，所述冻结管（14）远离冻结系统盐液供液管（10）一端通过冻结系统盐液回液管（11）与盐液箱（8）连接，所述冻结系统盐液供液管（10）靠近盐液箱（8）一端安装有盐液箱供液控制阀（18），所述冻结系统盐液供液管（10）靠近冻结管（14）一端安装有冻结管供液调控阀（28），所述冻结系统盐液回液管（11）靠近盐液箱（8）一端安装有盐液箱回液控制阀（17），所述冻结系统盐液回液管（11）靠近冻结管（14）一端安装有冻结管回液调控阀（16），所述恒温恒湿空调器（24）上还安装有热泵室内外机组连接管（26），所述热泵室内外机组连接管（26）远离恒温恒湿空调器（24）一端安装有风冷热泵室外机组（20）；/n所述冻结壁反向取热系统包括低温盐液空气冷却器（19），所述保温静压箱（21）与低温盐液空气冷却器（19）之间同样通过中间风管（25）连接，所述低温盐液空气冷却器（19）上同样还安装有进风端风管（22），所述低温盐液空气冷却器（19）与冻结系统盐液回液管（11）之间连接有冻结壁反向取冷供液管（43），所述低温盐液空气冷却器（19）与冻结系统盐液供液管（10）之间连接有冻结壁反向取冷回液管（42），所述冻结壁反向取冷供液管（43）靠近冻结系统盐液回液管（11）一端安装有供液管控制阀（40），所述冻结壁反向取冷供液管（43）靠近低温盐液空气冷却器（19）一端安装有空冷器供液管控制阀（48），所述冻结壁反向取冷回液管（42）靠近冻结系统盐液供液管（10）一端安装有回液管控制阀（41），所述冻结壁反向取冷回液管（42）靠近低温盐液空气冷却器（19）一端安装有空冷器回液调控阀（47）；/n所述测试系统包括测试平台（29），所述进口段风管（4）上开设有测量孔（5），所述测量孔（5）上安装有风速测试仪（27），所述保温土箱（1）内自上至下依次设置有入口测量断面（33）、中间测量断面（34）和出口测量断面（35），所述保温土箱（1）内对应入口测量断面（33）、中间测量断面（34）和出口测量断面（35）安装有若干测量断面内测量探头（39），所述保温静压箱（21）上安装有若干均匀分布的静压箱温湿度探头（36），所述进风端风管（22）上安装有进风温湿度及风速仪（49），所述中间风管（25）上安装有出风温湿度及风速仪（50），所述风速测试仪（27）、测量断面内测量探头（39）、静压箱温湿度探头（36）、进风温湿度及风速仪（49）和出风温湿度及风速仪（50）均与测试平台（29）电性连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种矿井冻结壁冷量冷却风流的测试装置，其特征在于：包括矿井井筒模拟系统、低温制冷冻结系统、冻结壁反向取热系统和测试系统，所述矿井井筒模拟系统包括保温土箱（1），所述保温土箱（1）内插设安装有混凝土井筒（2），所述混凝土井筒（2）上下两端分别安装有进口段风管（4）和出口段风管（3），所述出口段风管（3）上安装有风量调节阀（6），所述出口段风管（3）远离混凝土井筒（2）一端安装有风机（15），所述进口段风管（4）远离保温土箱（1）一端安装有保温静压箱（21），所述保温静压箱（21）通过中间风管（25）连接有恒温恒湿空调器（24），所述恒温恒湿空调器（24）上安装有进风端风管（22），所述进风端风管（22）上安装有风量调节阀（23）；
所述低温制冷冻结系统包括低温冷水机组（7）和盐液箱（8），所述盐液箱（8）通过盐液循环泵（9）和冻结系统盐液供液管（10）连接有若干冻结管（14），且若干冻结管（14）均匀分布于混凝土井筒（2）外侧周向，所述冻结管（14）远离冻结系统盐液供液管（10）一端通过冻结系统盐液回液管（11）与盐液箱（8）连接，所述冻结系统盐液供液管（10）靠近盐液箱（8）一端安装有盐液箱供液控制阀（18），所述冻结系统盐液供液管（10）靠近冻结管（14）一端安装有冻结管供液调控阀（28），所述冻结系统盐液回液管（11）靠近盐液箱（8）一端安装有盐液箱回液控制阀（17），所述冻结系统盐液回液管（11）靠近冻结管（14）一端安装有冻结管回液调控阀（16），所述恒温恒湿空调器（24）上还安装有热泵室内外机组连接管（26），所述热泵室内外机组连接管（26）远离恒温恒湿空调器（24）一端安装有风冷热泵室外机组（20）；
所述冻结壁反向取热系统包括低温盐液空气冷却器（19），所述保温静压箱（21）与低温盐液空气冷却器（19）之间同样通过中间风管（25）连接，所述低温盐液空气冷却器（19）上同样还安装有进风端风管（22），所述低温盐液空气冷却器（19）与冻结系统盐液回液管（11）之间连接有冻结壁反向取冷供液管（43），所述低温盐液空气冷却器（19）与冻结系统盐液供液管（10）之间连接有冻结壁反向取冷回液管（42），所述冻结壁反向取冷供液管（43）靠近冻结系统盐液回液管（11）一端安装有供液管控制阀（40），所述冻结壁反向取冷供液管（43）靠近低温盐液空气冷却器（19）一端安装有空冷器供液管控制阀（48），所述冻结壁反向取冷回液管（42）靠近冻结系统盐液供液管（10）一端安装有回液管控制阀（41），所述冻结壁反向取冷回液管（42）靠近低温盐液空气冷却器（19）一端安装有空冷器回液调控阀（47）；
所述测试系统包括测试平台（29），所述进口段风管（4）上开设有测量孔（5），所述测量孔（5）上安装有风速测试仪（27），所述保温土箱（1）内自上至下依次设置有入口测量断面（33）、中间测量断面（34）和出口测量断面（35），所述保温土箱（1）内对应入口测量断面（33）、中间测量断面（34）和出口测量断面（35）安装有若干测量断面内测量探头（39），所述保温静压箱（21）上安装有若干均匀分布的静压箱温湿度探头（36），所述进风端风管（22）上安装有进风温湿度及风速仪（49），所述中间风管（25）上安装有出风温湿度及风速仪（50），所述风速测试仪（27）、测量断面内测量探头（39）、静压箱温湿度探头（36）、进风温湿度及风速仪（49）和出风温湿度及风速仪（50）均与测试平台（29）电性连接。


2.根据权利要求1所述的一种矿井冻结壁冷量冷却风流的测试装置，其特征在于：所述保温土箱（1）内部与混凝土井筒（2）之间填充有夯实粘土（37），所述保温土箱（1）外侧包裹覆盖有保温土箱保温层（38）。


3.根据权利要求1所述的一种矿井冻结壁冷量冷却风流的测试装置，其特征在于：所述冻结管（14）分为内外两圈围绕混凝土井筒（2）环形阵列分布，内圈的所述冻结管（14）之间通过冻结管内圈管（12）连接，外圈的所述冻结管（14）通过冻结管外圈管（13）连接。


4.根据权利要求1所述的一种矿井冻结壁冷量冷却风流的测试装置，其特征在于：所述测试系统还包括有安装于冻结壁反向取冷回液管（42）上的流量计（45），且流量计（45）与测试平台（29）电性连接，所述流量计（45）两端还并联有旁通管，所述旁通管上安装有旁通管控制阀门（44）。


5.根据权利要求1所述的一种矿井冻结壁冷量冷却风流的测试装置，其特征在于：所述冻结壁反向取...

【专利技术属性】
技术研发人员：高涛，岳丰田，孙猛，魏京胜，纪何，刘展，吴雪慧，陆路，石荣剑，张勇，
申请(专利权)人：中国矿业大学，江苏纳奇机电设备工程有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32