[发明专利]一种高温矿井采掘工作面液态CO2降温装置及方法

说明书

技术领域：

本发明涉及矿山降温技术领域，具体涉及一种高温矿井采掘工作面液态CO₂降温装置及方法。

背景技术：

我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭资源量占国内化石能源总量的95％。随着浅部煤炭资源的逐渐减少甚至枯竭，地下开采深度越来越大。目前，我国煤炭开发以每年10～25m的速度快速向深部转移，矿井热害问题日益突出。深部矿井高温热害问题逐渐成为制约深部煤炭资源开采的重要因素。

矿井热害治理技术主要分为非人工制冷技术和人工制冷技术。非人工制冷技术通常应用在热害不太严重的矿井，当矿井热害比较严重时就必须采用人工制冷降温技术。随着煤矿采深的增加，巷道围岩放热强度越来越大，非人工制冷技术满足不了现场降温需要。因此，从发展趋势来看，深部高温矿井将采取以人工制冷为主，非人工制冷为辅的热害综合防治技术。经过几十年的发展，人工制冷技术已经成为一项比较成熟的矿井降温技术，目前主要有压缩空气降温技术、人工制冷水降温技术、人工制冰降温技术、热-电-乙二醇低温制冷降温系统等。但由于制冷设备价格昂贵、功耗大、设备运行和维护成本高等因素，人工制冷技术的推广受到了限制。此外，采用人工制冷降温时，降温系统往往存在混风问题，混合后的低温风流又经过巷道围岩的二次加热，进入采掘工作面时，其降温效果严重受限，在长距离巷道应用时这种问题体现的更为突出。

液态CO₂是良好的制冷介质，熔点为-56.6℃，此时其汽化潜热为347.77kJ/kg，具有汽化速度快、放出冷量大等优点。采用液态CO₂相变制冷降温时，在取得较好降温效果的同时，能有效减少向大气碳排放，保护环境。但是采用液态CO₂进行降温时，途经长距离或大高差巷道时，液态CO₂的输送距离受限，且容易出现固化堵塞现象，影响采掘工作面降温换热的效果，限制了矿井液体CO₂相变制冷降温技术的推广和应用。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供了一种高温矿井采掘工作面液态CO₂降温装置及方法，解决了煤矿井下液态CO₂远距离和大高差传输的难题，增加了液态CO₂相变制冷降温方法的适用范围，提高降温换热效率，降低生产成本，保护环境，大幅提高生产效率，同时促进矿井液体CO₂相变制冷降温技术的应用和发展。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高温矿井采掘工作面液态CO₂降温装置，该装置包括通风机、风筒、液态CO₂储罐、压力泵、液态CO₂输送管、热交换器和气态CO₂排放管；

所述的热交换器设有风流进风口和风流出风口；

所述的热交换器包括壳体、冷却盘管和导风板，所述冷却盘管和所述导风板均布置在壳体内；

所述的导风板设置在风流进风口和冷却盘管之间；

所述通风机通过风筒与风流进风口连接，所述的风流出风口通过风筒与采掘工作面连通；

所述的热交换器设有液态CO₂输入口、气态CO₂排放口和冷凝水排放口，所述冷凝水排放口设置在热交换器底部；

所述的液态CO₂储罐设有出口，所述的压力泵两侧通过液态CO₂输送管分别与液态CO₂储存罐和液态CO₂输入口连接，所述的气态CO₂排放口连接气态CO₂排放管；

所述的液态CO₂输送管上，沿液态CO₂流动方向，依次设有第一压力表，第一阀门，液态CO₂流量计，压力泵，第二压力表，第一温度表，第三压力表和第二温度表，所述的第三压力表和第二温度表，设置在靠近CO₂输入口的位置。

其中：

所述的通风机为矿用局部通风机。

所述的通风机采用压入式通风方法，为整个降温装置提供通风动力，向采掘工作面供给新鲜冷却风流。

所述的液态CO₂储罐用于储存液态CO₂。

所述的液态CO₂用于作为整个降温装置的制冷介质。