矿井井下温度控制系统及方法与流程

本发明涉及采矿，具体地，涉及一种矿井井下温度控制系统和一种矿井井下温度控制方法。

背景技术：

1、随着矿井开采规模的加大，矿井深度的不断加深，井下热害问题越来越突显，热负荷管理也越来越突出。矿井的温度过高，对于井下作业将造成危害。目前针对井下温度的控制方法大多都兼顾取热进行热害治理，主要手段是加大机械通风，但实际井下各处温度均不同，温度测量并不精准，无法有针对性的进行通风降温，不仅造成风机的能耗高，还导致整个井下的降温效果不佳。

2、此外，在冬季，井口有防冻需求，传统的煤矿井口加热和矿上用热方式都主要以化石燃料和电等为原料的燃煤、燃气锅炉或电锅炉为主，存在能源消耗量大、大幅增加矿上运行成本和排放污染严重等问题。鉴于上述种种原因，矿井回风作为煤矿系统中一种优质的低温余热资源，已广泛应用于矿区其他能源需求处。然而，由于现有煤矿对矿下温控效果差，能耗高，余能未能实现高效的循环利用，并不利于能源企业的降本增效和绿色矿区建设。

技术实现思路

1、针对现有技术中井下温度控制方法既不能有效降低热害矿井巷道与工作面的温度，也不能实现井下余能的高效循环利用的技术问题，本发明提供了一种矿井井下温度控制系统及方法，采用该系统能够在完成对井下温度的精准控制的同时，实现井下余能的智能化分配和高效循环利用，以满足用户

2、端的用能需求。

3、为实现上述目的，本发明一方面提供了一种矿井井下温度控制系统，所述井下温度控制系统包括：温度监测单元、温度控制单元和余能循环单元；所述温度监测单元包括：温度巡检模块和风速采集模块，温度巡检模块用于采集巷道内的温度信息，风速采集模块用于采集通风层中的风速信息；所述余能循环单元包括：通风设备和热泵设备，通风设备用于井下的排气通风，热泵设备用于将井下的余能输送至井口和/或矿上的用户端；所述温度控制单元包括：通信模块和控制模块，通信模块用于将温度信息和风速信息传输至控制模块，控制模块用于根据温度信息和风速信息，动态调节通风设备和热泵设备的投入数量和/或工作参数。

4、在本发明的一个示例性实施例中，所述温度监测单元还可以包括：终端用户温度巡检模块，终端用户温度巡检模块用于获取用户端的热能需求信息。

5、在本发明的一个示例性实施例中，温度巡检模块和风速采集模块的设置数量均可为多个，多个温度巡检模块和多个风速采集模块的设置位置均可包括：矿井新风入口处、整个巷道的不同断面处、以及与用户端入口连接的热源管路中。

6、在本发明的一个示例性实施例中，所述温度控制单元还可包括：报警模块，报警模块用于在温度信息反馈的巷道温度值大于设定的温度上限值时进行报警。

7、在本发明的一个示例性实施例中，所述热泵设备可包括热管换热器、热泵和热管，热泵包括压缩机、冷凝器、节流器和蒸发器，蒸发器的出口通过压缩机与冷凝器的热端进口连接，蒸发器的入口通过节流器与冷凝器的热端出口连接，冷凝器的冷端进口通过热管与热管换热器的蒸发端低温出口连接，冷凝器的冷端出口通过热管与热管换热器的蒸发端高温进口连接。

8、在本发明的一个示例性实施例中，热管和热管换热器中的工作介质均可

9、为氧化石墨烯的纳米流体。

10、在本发明的一个示例性实施例中，热管和热管换热器的管材均可为碳化硅陶瓷。

11、在本发明的一个示例性实施例中，所述通风设备可包括风机和交频器，交频器与风机电性连接。

12、在本发明的一个示例性实施例中，所述温度巡检模块可为温度传感器，所述风速采集模块可为风速探针。

13、本发明另一方面提供了一种矿井井下温度控制方法，所述井下温度控制方法通过上述的矿井井下温度控制系统实现，包括以下步骤：通过温度监测单元获取巷道内的温度信息和风速信息；通过温度控制单元对获取的温度信息和风速信息进行分析处理，当温度信息反馈的巷道温度值大于设定的温度上限值时，基于设定的温度上限值，动态调节通风设备和热泵设备的投入数量和/或工作参数；当温度信息反馈的巷道温度值小于设定的温度上限值时，基于用户端的热能需求信息，动态调节通风设备和热泵设备的投入数量和/或工作参数；通过余能循环单元将井下余能输送至井口加热系统和/或矿上其他用热系统。

14、通过本发明提供的技术方案，本发明至少具有如下技术效果：

15、(1)本发明的井下温度控制系统通过获取井下的温度信息和风速信息，及时对通风设备和热泵设备的投入数量和设备功率等参数进行调整，不仅能实现对井下温度的精准控制，有效降低热害矿井巷道与工作面的温度，还能对取出的井下余能进行智能化分配和高效循环利用，以满足用户端的用能需求；

16、(2)本发明将热泵的冷凝器作为分离式热管的蒸发器，热泵系统的工质蒸气在热泵冷凝器中冷凝，而分离式热管换热器中的循环工质在此蒸发，蒸发后的蒸汽依靠压力差迅速移动到分离式热管换热器给新风加热，有效提

17、升了热泵设备的工作效率；

18、(3)本发明独创性地使用氧化石墨烯纳米流体工质提升热管传热效率，使用非金属陶瓷热管提高抗高温工质的腐蚀性和高磨损性，有效解决热管使用的瓶颈问题，提高了余能循环单元的换热效率和稳定性；

19、(4)为了提高乏风源热管热泵的稳定性，本发明采用全新低压缩比的压缩机，压大大降低了冷凝温度，提升乏风源热管热泵c0p值，达到比普通空气源热泵更节能的目的，耗电量是普通热泵的50％，节能效果显著。

20、本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种矿井井下温度控制系统，其特征在于，所述井下温度控制系统包括：温度监测单元、温度控制单元和余能循环单元；

2.根据权利要求1所述的矿井井下温度控制系统，其特征在于，所述温度监测单元还包括：终端用户温度巡检模块，终端用户温度巡检模块用于获取用户端的热能需求信息。

3.根据权利要求1所述的矿井井下温度控制系统，其特征在于，温度巡检模块和风速采集模块的设置数量均为多个，多个温度巡检模块和多个风速采集模块的设置位置均包括：矿井新风入口处、整个巷道的不同断面处、以及与用户端入口连接的热源管路中。

4.根据权利要求1所述的矿井井下温度控制系统，其特征在于，所述温度控制单元还包括：报警模块，报警模块用于在温度信息反馈的巷道温度值大于设定的温度上限值时进行报警。

5.根据权利要求1所述的矿井井下温度控制系统，其特征在于，所述热泵设备包括热管换热器、热泵和热管，热泵包括压缩机、冷凝器、节流器和蒸发器，蒸发器的出口通过压缩机与冷凝器的热端进口连接，蒸发器的入口通过节流器与冷凝器的热端出口连接，冷凝器的冷端进口通过热管与热管换热器的蒸发端低温出口连接，冷凝器的冷端出口通过热管与热管换热器的蒸发端高温进口连接。

6.根据权利要求5所述的矿井井下温度控制系统，其特征在于，热管和热管换热器中的工作介质均为氧化石墨烯的纳米流体。

7.根据权利要求5所述的矿井井下温度控制系统，其特征在于，热管和热管换热器的管材均为碳化硅陶瓷。

8.根据权利要求1所述的矿井井下温度控制系统，其特征在于，所述通风设备包括风机和交频器，交频器与风机电性连接。

9.根据权利要求1所述的矿井井下温度控制系统，其特征在于，所述温度巡检模块为温度传感器，所述风速采集模块为风速探针。

10.一种矿井井下温度控制方法，其特征在于，所述井下温度控制方法通过权利要求1～9中任一项所述的矿井井下温度控制系统实现，包括：

技术总结本发明提供一种矿井井下温度控制系统及方法，属于采矿领域，所述系统包括：包括：温度巡检模块用于采集巷道内的温度信息；风速采集模块用于采集通风层中的风速信息；通风设备用于井下的排气通风；热泵设备用于将井下的余能输送至井口和/或矿上的用户端；通信模块用于将温度信息和风速信息传输至控制模块，控制模块用于根据温度信息和风速信息，动态调节通风设备和热泵设备的投入数量和/或工作参数。通过本发明提供的系统，能够在精准控制井下温度的同时，实现井下余能的智能化分配和高效循环利用。技术研发人员：闫雷受保护的技术使用者：国能龙源环保有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12