地下高温采场热管降温通风装置及其施工方法与通风方法

摘要

本发明提供的地下高温采场热管降温通风装置及其施工方法与通风方法，其中，地下高温采场热管降温通风装置包括热管组件以及开设在高温采场进路巷道与上部水平巷道之间的向上钻孔；其中，所述热管组件包括设置在上部水平巷道内的热管冷凝段、设置在高温采场进路巷道内的热管蒸发段以及热管绝热段，所述热管绝热段设置在所述向上钻孔内；并且，所述热管绝热段的上端与所述热管冷凝段相连通，所述热管绝热段的下端与所述热管蒸发段相连通。利用上述发明能够有效地解决传统的地下高温采场通风方法降温效果差、通风效率低且能源消耗大的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及地下矿山通风领域，更为具体地，涉及一种地下高温采场热管降温通风装置及其施工方法与通风方法。

背景技术

随着我国经济社会的发展，矿产资源的需求量逐年增加，部分金属矿山的开采水平不断降低，矿山深部开采面临着高地压、高地温、高渗透压力、强烈开采扰动的问题，影响矿山开采安全。

其中，针对深部矿山高地温的问题，传统的解决方法采用加大通风风量、安装制冷设备、减少人员工作时间等方式。然而，这些方式增加了采场的需风量，降低了通风效率，且需要消耗大量的能源，提高矿山通风成本。

同时，传统方法的采场降温幅度有限，使用范围具有局限性，不能很好的满足矿山高温采场通风的实际需要。

基于以上技术问题，亟需一种能够显著提升降温效果、通风效率且能够有效减少能源消耗的地下高温采场降温通风方法。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种地下高温采场热管降温通风装置，能够有效地解决传统的地下高温采场通风方法降温效果差、通风效率低且能源消耗大的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种地下高温采场热管降温通风装置，包括热管组件以及开设在高温采场进路巷道与上部水平巷道之间的向上钻孔；其中，所述热管组件包括设置在上部水平巷道内的热管冷凝段、设置在高温采场进路巷道内的热管蒸发段以及热管绝热段，所述热管绝热段设置在所述向上钻孔内；并且，所述热管绝热段的上端与所述热管冷凝段相连通，所述热管绝热段的下端与所述热管蒸发段相连通。

此外，优选的方案是，在所述高温采场进路巷道内设置有局部风扇，所述热管蒸发段设置在所述局部风扇的出风口处。

此外，优选的方案是，所述热管冷凝段的降温方式为水冷降温或风冷降温。

此外，优选的方案是，所述热管冷凝段、所述热管绝热段以及所述热管蒸发段均为重力热管制件。

此外，优选的方案是，在所述热管冷凝段、所述热管绝热段以及所述热管蒸法段的侧壁的内部均开设有相连通的容纳腔，在所述容纳腔的内部设置有工质液体。

此外，优选的方案是，所述工质液体为制冷剂。

另一方面，本发明还提供一种如前述地下高温采场热管降温通风装置的施工方法，该方法包括：

采用温度计、湿度计以及风速表测量所述高温采场进路巷道与所述上部水平巷道的局部通风参数；

根据所述局部通风参数计算热管降温功率，并根据所述热管降温功率选择相应型号的热管绝热段、热管蒸发段以及热管冷凝段；

在所述上向钻孔内布置所述热管绝热段，在所述高温采场进路巷道与所述上向钻孔对应的位置布置所述热管蒸发段，在所述上部水平巷道与所述上向钻孔对应的位置布置热管冷凝段；

将所述热管绝热段的上端与所述热管冷凝段相连，将所述热管绝热段的下端与所述热管蒸发段相连。

此外，优选的方案是，该方法还包括：

根据所述高温采场进路巷道与所述上部水平巷道的空间方位关系，选择钻孔位置；

在所述钻孔位置自所述高温采场进路巷道向所述上部水平巷道进行钻凿成孔，以形成所述上向钻孔。

此外，优选的方案是，该方法还包括：

在所述高温采场进路巷道与所述上向钻孔对应的位置布置所述局部风扇，并将所述局部风扇的出风口与所述热管蒸发段相连。

另一方面，本发明还提供一种通风方法，利用如前述的地下高温采场热管降温通风装置进行通风，所述通风方法包括：

向所述热管组件的容纳腔内注入工质液体；

开启所述局部风扇，所述高温采场进路巷道内的热风进入所述热管蒸发段降温；

所述热风在所述热管蒸发段降温后变为冷风；

所述冷风经所述热管绝热段、所述热管冷凝段进入所述上部水平巷道内。

根据上述技术内容可知，本发明提供的地下高温采场热管降温通风装置及其施工方法与通风方法通过热管组件将高温采场的热量搬运到回采区域外部(上部水平巷道)，直接降低采场通风温度，降温效果明显；同时，还降低采场进风湿度，提高通风质量。采用一种方法即可达到采场降温与除湿的双重效果，减少了通风工序与管理人员的数量，提高了劳动生产效率。另外，采用热管组件降温的地下高温采场通风方法，只需在原有的局部通风系统中加入热管装置，且不需额外的降温成本，日常维护简单，能够提高高温采场的通风质量与效率，降低局部通风成本，是一种安全、高效的局部通风方式。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的地下高温采场热管降温通风装置的主视截面示意图。

其中，附图标记包括：上部水平巷道1、热管冷凝段2、高温采场进路巷道3、局部风扇4、热管蒸发段5、热管绝热段6、向上钻孔7。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

图1为根据本发明实施例的地下高温采场热管降温通风装置的主视截面示意图。

由图1所示，本发明提出的地下高温采场热管降温通风装置包括热管组件以及开设在高温采场进路巷道3与上部水平巷道1之间的向上钻孔7；其中，高温采场进路巷道3为高温采场的产热区，上部水平巷道1为较为低温的外部回采区域；该热管组件包括设置在上部水平巷道1内的热管冷凝段2、设置在高温采场进路巷道3内的热管蒸发段5以及热管绝热段6，该热管绝热段6设置在该向上钻孔7内；并且，该热管绝热段6的上端与该热管冷凝段2相连通，该热管绝热段6的下端与该热管蒸发段5相连通。

需要说明的是，热管技术充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，通过热管将热量传递到热源外部，从而降低热源温度；因此，热管技术被广泛应用在散热器制造行业。基于此，本发明通过对热管组件的设计将高温采场的产热区的热量转移至外部回采区域。

此外，为进一步提升高温采场的降温通风效果，在该高温采场进路巷道3内设置有局部风扇4，该热管蒸发段5设置在该局部风扇4的出风口处。在实际使用时，通过局部风扇4对热管组件进行吹风，能够加速高温采场通过热管组件进行降温通风的效果。

需要说明的是，该热管冷凝段2的降温方式由上部水平巷道1所需的降温效果而定，若为上部水平巷道1进行通风降温，则通常使用风冷降温方式，若为上部水平巷道1的排水系统进行低温冷却水降温，则通常使用水冷的降温方式。

具体地，该热管冷凝段2、该热管绝热段6以及该热管蒸发段5均为重力热管制件。并且，在该热管冷凝段2、该热管绝热段6以及该热管蒸法段的侧壁的内部均开设有相连通的容纳腔，在该容纳腔的内部设置有工质液体。

在实际降温过程中，工质液体在热管蒸发段5吸热汽化，蒸汽沿着热管绝热段6上升至热管冷凝段2并放热液化实现冷凝，冷凝产生的工质液体沿热管绝热段6管的管壁回流至蒸发段，完成一次闭合循环。此外，重力热管相比于其他类型的热管不需要外部做功，具有节能、高效的优点。

需要具体说明的是，工质液体是一种相变介质，能够实现热能和机械能的相互转化，通常情况下，在低温下为液态，遇热后则会变为气态并热管内上升，常见的工质液体包括空气、燃气、水蒸气、水、制冷剂等，基于本发明的适应场景，本发明的工质液体优先选用制冷剂。

为进一步说明本发明提供的通风装置中的各部件位置关系，本发明还提供一种如前述地下高温采场热管降温通风装置的施工方法，通过该方法来实现地下高温采场热管降温通风装置的安装，该方法具体包括：

采用温度计、湿度计以及风速表测量该高温采场进路巷道3与该上部水平巷道1的局部通风参数；

根据该局部通风参数计算热管降温功率，并根据该热管降温功率选择相应型号的热管绝热段6、热管蒸发段5以及热管冷凝段2；

在该上向钻孔内布置该热管绝热段6，在该高温采场进路巷道3与该上向钻孔对应的位置布置该热管蒸发段5，在该上部水平巷道1与该上向钻孔对应的位置布置热管冷凝段2；

将该热管绝热段6的上端与该热管冷凝段2相连，将该热管绝热段6的下端与该热管蒸发段5相连。

此外，该方法还包括：根据该高温采场进路巷道3与该上部水平巷道1的空间方位关系，选择钻孔位置；

在该钻孔位置自该高温采场进路巷道3向该上部水平巷道1进行钻凿成孔，以形成该上向钻孔。

进一步地，该方法还包括：在该高温采场进路巷道3与该上向钻孔对应的位置布置该局部风扇4，并将该局部风扇4的出风口与该热管蒸发段5相连。

需要说明的是，本发明在使用时首先要确定矿山高温采场与上部降温平巷的温度、湿度等参数，结合采场需风量与人员工作舒适温度，确定高温采场通风降温除湿需要的风温、风速、风量等参数，计算采场通风降温所需能量，进而确定热管的工作功率，并选择热管蒸发段5与热管冷段段的布置数量、方式，完成整个热管通风降温系统的参数设置，并最终实现地下高温采场热管降温通风装置的安装。

另一方面，为实现通过本发明提供的地下高温采场热管降温通风装置的降温通风，本发明还提供一种通风方法，利用如前述的地下高温采场热管降温通风装置进行通风，该通风方法包括：

向该热管组件的容纳腔内注入工质液体；

开启该局部风扇4，该高温采场进路巷道3内的热风进入该热管蒸发段5降温；

该热风在该热管蒸发段5降温后变为冷风；

该冷风经该热管绝热段6、该热管冷凝段2进入该上部水平巷道1内。

需要说明的是，将热管组件的热管蒸发段5布置在局部风扇4的出风口，当高温采场进路巷道3内的热风进入该热管蒸发段5后，工质液体蒸发吸热，蒸汽沿着也热管绝热段6上升至冷凝段并液化放热，最终在重力的作用下回流到蒸发段，完成一个换热循环。与此同时，热管蒸发段5内的工质液体在蒸发过程中会携带大量的热量，使得管壁接触面的温度降低，在低温的作用下热管蒸发段5内的热风快速降温为冷风，并使空气中含有的水分冷凝成水滴，从而起到降温、除湿的作用。

通过上述具体实施例可知，本发明提供的地下高温采场热管降温通风装置及其施工方法与通风方法至少具备以下优点：

1、布置方便，安全可靠；利用热管降温除湿的高温采场通风方法，热管构造简单，可以根据需要布置成不同的功率，且不要工人后期的维护与保养，可以直接使用到采场回采结束，降低回采成本。

2、节约能源，绿色环保；利用工质液体吸热蒸发上升、冷凝重力回流，不需要安装液体泵等动力装置，降低能源消耗；且不污染采场进风，具有绿色环保的优点。

3、通风降温除湿效果明显，效率高。

如上参照图1以示例的方式描述根据本发明的地下高温采场热管降温通风装置及其施工方法与通风方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的地下高温采场热管降温通风装置及其施工方法与通风方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。