地下矿山巷道掘进用的通风除尘与降温联合系统技术方案

本发明专利技术公开了一种地下矿山巷道掘进用的通风除尘与降温联合系统，由隔热层、局部通风单元、供水单元、喷雾除尘降温单元组合构成。隔热层及其与掘进巷道(15)围岩之间的空气层(2)组成复合传热结构；局部通风单元包括压风风机(12

【技术实现步骤摘要】
地下矿山巷道掘进用的通风除尘与降温联合系统


[0001]本专利技术属于地下矿山通风除尘与降温
，具体涉及一种地下矿山掘进巷道通风除尘与降温系统，适用于地下矿山掘进巷道粉尘和热害治理，可有效降低地下矿山掘进巷道粉尘浓度与作业面温度，对深部地下金属矿山巷道掘进作业尤为适用。

技术介绍

[0002]随着我国地下矿山开采向深部延伸，深井矿山日益增多。深井开采过程中粉尘和高温危害已经成为制约矿井生产安全、环境与职业健康的突出问题。掘进工作面是矿井的重要工作场所之一，也是井下无组织粉尘和热害产生最严重的典型场所。随着矿井开采深度的不断增加，地温升高，围岩放热增大，根据现场调查和实测，巷道围岩放热占矿井放热量60％以上，且随着矿井深度和开采年限的增加，巷道围岩放热所占比例不断提高。掘进工作面因无法形成有效的贯穿风流、通风不畅，粉尘易积聚、作业面温度高。如不采取有效措施，掘进巷道内粉尘浓度和空气温度过高的情况将会更加严重，不仅会损害井下工人的身体健康，而且会导致生产率的降低，甚至掘进工作面无法作业，解决深井掘进巷道粉尘和高温危害问题迫在眉睫。
[0003]当前，国内针对地下矿山掘进巷道并没有有效的粉尘净化措施，主要采用以下两种方式。(1)湿式作业：这种方法最简单，成本低，但除尘效率较低，只有30
‑
50％，原因是湿式作业主要将一定压力的水雾送入钻孔，湿润钻孔中的粉尘，并不能吸附未被湿润逸散到空气中的粉尘；(2)机械除尘：机械除尘装置主要分干式除尘和湿式除尘两大类，这种方法除尘效率可达80
‑<br/>90％以上，但成本偏高。
[0004]矿井降温措施主要有非人工制冷降温和人工制冷降温两种。人工制冷降温主要有人工制冷水降温技术、人工制冰降温技术和空气压缩式制冷技术，但无论哪种人工制冷降温方式均投资大、能耗大、运行费用高。非人工制冷降温主要为通风降温，但通过模拟掘进巷道降温试验，发现通风降温及加大风量降温，掘进巷道内温度下降到一定程度以后再也无法下降，同时风量的增加也受到规定风速和通风设备能力的制约，而且不经济。
[0005]中文期刊《黄金》2019年12期发表的“深井开采大型黄金矿山制冷降温系统优选”介绍：某拟建大型黄金矿山矿体赋存深度为1400m时的岩温高达42.63℃，热害较为严重，拟采用多级机站通风系统。为解决深部开采高温热害的问题，提出了地面集中式风冷降温系统和井下集中式水冷降温系统两种方案，最终选择井下集中式水冷降温系统。采用该方案可结合按需通风系统，根据采掘需求开启空冷器并控制冷量输出，能达到节能降耗的目的。《世界有色金属》2020年4月发表的“黄金矿山深井制冷通风技术应用研究”指出：利用可控循环通风和空气净化联用技术，将部分污浊空气净化处理后混入新鲜风流进行混合利用，能有效解决金矿深井中的通风困难问题，但矿山井下作业环境十分复杂，并非是利用某一单一降温技术或通风技术就能解决井下降温和通风的问题，而是需要根据井下实际情况采取不同制冷和通风技术的组合方式来解决这一问题，并提出了“以水为载冷剂，通过废弃矿井水循环降温制冷”的降温方案。但上述两种深井降温方案，需要寻找井下冷源(如矿井低
温涌水)，而不少地下矿山不具备实施条件。
[0006]总体来说，目前还没有一种有效、实用的通风除尘和降温效果好，通风、降温能耗低，集有通风、除尘与降温功能于一体并应用于金属矿山掘进巷道的通风、除尘与降温联合系统。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的就是针对地下矿山掘进巷道的通风除尘和降温效果不佳以及通风、降温能耗高等问题，而提供一种操作简单、运行可靠、实用性强的地下矿山巷道掘进用的通风除尘与降温联合系统。
[0008]为实现本专利技术的上述目的，本专利技术地下矿山巷道掘进用的通风除尘与降温联合系统采用以下技术方案：
[0009]本专利技术地下矿山巷道掘进用的通风除尘与降温联合系统，是由隔热层、局部通风单元、供水单元、喷雾除尘降温单元有机组合构成：
[0010](1)隔热层
[0011]所述的隔热层为两侧及上部封闭、端部开口且与掘进巷道匹配的巷道状结构，隔热层沿掘进巷道长度方向布设，隔热层的外壁面距离掘进巷道的周壁面0.2～0.3m，隔热层的内端部距离掘进工作面的垂直间距为4.0～6.0m，以4.5～5.5m为宜，以5.0m为佳；隔热层及其与掘进巷道围岩之间的空气层组成复合传热结构。
[0012]隔热层的厚度0.1～0.2m，采用隔热性能良好且具有一定强度的隔热材料制作而成，一般采用市场销售的价格较低廉隔热板拼装制成，也可以采用玻璃纤维、玻璃棉、岩棉、石棉、离心玻璃纤维棉材料制成，如岩棉板、离心玻璃纤维棉板材，以离心玻璃纤维棉材料为佳，隔热效果好、价格低廉。
[0013](2)局部通风单元
[0014]所述的局部通风单元包括压风风机、压风筒、抽风风机、抽风筒；压风筒布置在隔热层中心位置的顶部之下，压风风机布置在中段大巷的侧面，压风风机与压风筒的进气端相连；抽风风机、抽风筒为两组，分别沿隔热层两侧面布设，抽风风机与抽风筒的出气端相连。
[0015](3)供水单元
[0016]所述的供水单元包括水泵、电动阀门、Y型过滤器、供水管；供水管沿中段大巷、掘进巷道内侧壁布置，水泵、电动阀门、Y型过滤器依次设置在中段大巷内的供水管上。
[0017]安装在横向水管上的相邻的雾化喷嘴之间的间距在400～600mm之间；所述的供水管的水源来自以矿井涌水作为天然冷源的水仓。
[0018](4)喷雾除尘降温单元
[0019]所述的喷雾除尘降温单元包括竖向水管、喷雾装置，所述的喷雾装置由吊挂在掘进巷道顶板沿宽度方向的横向水管和设置在横向水管上的若干个雾化喷嘴构成，横向水管位于掘进工作面之上，横向水管通过竖向水管与供水单元的供水管连接。
[0020]所述的喷雾除尘降温单元之雾化喷嘴向下喷出的水雾在掘进工作面上方形成水幕帘，对掘进工作面产生的粉尘进行完全封闭；所述的局部通风单元产生的通风风流与水幕帘进行热湿交换。
[0021]进一步地，在距离掘进工作面1～2米的掘进巷道两侧壁位置分别安装一粉尘传感器，布设高度控制在1.45～1.55米范围为宜。
[0022]传统的掘进巷道局部通风系统仅通过通风排尘技术手段排出掘进工作面产生的粉尘，并未从根本上解决井下粉尘的污染问题，同时，通风降温效果不明显，并不是通风量越大降温效果越好。局部通风系通风量的增加，通风系统等运行能耗相应地增加，同时造成风速增加、粉尘飞扬，作业环境受到负面影响。
[0023]与传统的掘进巷道局部通风系统相比，本专利技术地下矿山巷道掘进用的通风除尘与降温联合系统采用以上技术方案后，具有以下积极效果：
[0024](1)通风除尘与降温联合系统采用对巷道围岩隔热控制热源放热和预冷通风风流联合降温方法，实现了对热源和环境双重隔热降温效果。现场试验结果表明，降温效果非常显著，掘进巷道中空气温度降低达到5℃以上。
[0025](2)通过在掘进工作面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地下矿山巷道掘进用的通风除尘与降温联合系统，其特征在于是由隔热层(1)、局部通风单元、供水单元、喷雾除尘降温单元组合构成：所述的隔热层(1)为两侧及上部封闭、端部开口且与掘进巷道(15)匹配的巷道状结构，隔热层(1)沿掘进巷道(15)长度方向布设，隔热层(1)的外壁面距离掘进巷道(15)的周壁面0.2～0.3m，隔热层(1)的内端部距离掘进工作面(14)的垂直间距为4.0～6.0m；隔热层(1)及其与掘进巷道(15)围岩之间的空气层(2)组成复合传热结构；所述的局部通风单元包括压风风机(12
‑
1)、压风筒(3)、抽风风机(12
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2)、抽风筒(4)；压风筒(3)布置在隔热层(1)中心位置的顶部之下，压风风机(12
‑
1)布置在中段大巷(16)的侧面，压风风机(12
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1)与压风筒(3)的进气端相连；抽风风机(12
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2)、抽风筒(4)为两组，分别沿隔热层(1)两侧面布设，抽风风机(12
‑
2)与抽风筒(4)的出气端相连；所述的供水单元包括水泵(5)、电动阀门(6)、Y型过滤器(7)、供水管(8)；供水管(8)沿中段大巷(16)、掘进巷道(15)内侧壁布置，水泵(5)、电动阀门(6)、Y型过滤器(7)依次设置在中段大巷(16)内的供水管(8)上；所述的喷雾除尘降温单元包括竖向水管(10)、喷雾装置，所述的喷雾装置由吊挂在掘进巷道(15)顶板沿宽度方向的横向水管(9)和设置在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，华绍广，贾敏涛，周伟，
申请(专利权)人：中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：