“三高”礦井除濕降溫模型裝置

冉德志

（山東科技大學(xué)，山東 青島 266590）

1 背景技術(shù)

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)：高瓦斯礦井主要集中在貴州（635）、四川（351）、山西（227）、江西（218）、湖南（204）、云南（161）、重慶（119）、黑龍江（48）、遼寧（38）、湖北（37）、河南（32）、安徽（24）等?。ㄊ校?，以上12個(gè)?。ㄊ校┕灿懈咄咚沟V井2094處，占95.3%。

高溫高濕問題嚴(yán)重影響了工人的工作效率和設(shè)備的耐久度，給企業(yè)帶來(lái)了大量的經(jīng)濟(jì)損失。現(xiàn)有技術(shù)：礦井降溫地面制冰井下降溫方式、地面集中制冷降溫系統(tǒng)、電制冷、蒸發(fā)余熱制冷、熱電聯(lián)合制冷。普通的井下降溫裝置效率低下，本裝置所采用的技術(shù)解決方案是環(huán)保型集中式除濕降溫裝置，其中提出的疊加式半導(dǎo)體制冷輔熱組增大了循環(huán)管道的接觸面積。與現(xiàn)有的礦井降溫系統(tǒng)相比，具有以下優(yōu)勢(shì)：一是該系統(tǒng)既利用了疊加式半導(dǎo)體制冷輔熱組的熱量，又利用了疊加式半導(dǎo)體制冷輔熱組的冷量，效率提高38%以上；二是該系統(tǒng)能夠直接降低進(jìn)風(fēng)空氣的濕度，提高工人熱舒適度，改善工作環(huán)境，保證工人的身心健康。

2 技術(shù)實(shí)施方案

隨著礦井深度的增加，地面制冷或制冰在運(yùn)輸過程中的損耗越來(lái)越大，而采用電能方式容易導(dǎo)致井下瓦斯的爆炸和發(fā)生觸電事故，現(xiàn)有的除濕系統(tǒng)管線復(fù)雜，架設(shè)費(fèi)用高，除濕溶液更換成本高。

該裝置主要由送風(fēng)系統(tǒng)、除濕系統(tǒng)、降溫系統(tǒng)、溶液再生系統(tǒng)、控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、余熱處理系統(tǒng)、移動(dòng)系統(tǒng)、廢液回收系統(tǒng)七部分組成。送風(fēng)系統(tǒng)位于整個(gè)裝置的上端，由風(fēng)機(jī)、通風(fēng)管道組成。除濕系統(tǒng)位于整個(gè)裝置的右端，由潛泵、噴淋器、軟管、整流板、溶液槽組成。降溫系統(tǒng)位于除濕系統(tǒng)的左側(cè)，由疊加式半導(dǎo)體制冷輔熱組、通風(fēng)管道組成。溶液再生系統(tǒng)位于降溫系統(tǒng)的左側(cè)，由循環(huán)泵、軟管、熱交換器組成。控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)位于裝置前段，連接各種傳感器傳輸給核心控制系統(tǒng)，確保水溶液無(wú)限循環(huán)，由開關(guān)板、傳感器、電位器、顯示器等組成。本發(fā)明主要遵循環(huán)保節(jié)能理念，利用制冷片傳熱、水循環(huán)降溫、余熱水蒸發(fā)散熱、聯(lián)絡(luò)巷防瓦斯“去余角”原理散熱、疊加式半導(dǎo)體制冷輔熱技術(shù)對(duì)井下空氣進(jìn)行除濕降溫處理，從而降低等效溫度，改善工人的工作條件，提高生產(chǎn)效率并節(jié)約能耗。

制冷系統(tǒng)由多個(gè)半導(dǎo)體制冷片冷端、散熱片、絕熱泡沫、圍殼組成，利用制冷片冷端制冷并借助散熱片增大接觸面積，給空氣快速降溫。輔熱系統(tǒng)由多個(gè)半導(dǎo)體制冷片熱端、散熱片、冷卻水、循環(huán)泵、絕熱泡沫、圍殼組成，通過循環(huán)水將熱端熱量帶走并用以工業(yè)輔熱。其中提出的疊加式半導(dǎo)體制冷輔熱組增大了循環(huán)管道的接觸面積，提高生產(chǎn)效率。采用溶液除濕和循環(huán)再生方案，既提高了除濕效果，又降低了成本。本裝置為集中式安裝模式，將除濕和降溫功能合二為一，主要使用于高瓦斯高溫高濕“三高”礦井，安裝方便、占用空間小。

送風(fēng)系統(tǒng)由防爆風(fēng)管組成，位于此裝置的正上方。采用配合螺紋結(jié)構(gòu)，可以更換風(fēng)管，避免漏風(fēng)和老化現(xiàn)象的出現(xiàn)?？刂票O(jiān)測(cè)系統(tǒng)位于整個(gè)裝置的前方，基于51單片機(jī)、繼電器、電磁閥進(jìn)行變頻制冷和輔熱控制。通過溫度和濕度調(diào)控按鈕調(diào)節(jié)工作范圍，接收溫度傳感器和濕度傳感器的信號(hào)，自動(dòng)控制裝置開啟與關(guān)閉。各個(gè)系統(tǒng)中傳感器都經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試，將數(shù)值控制在一定范圍內(nèi)，完成裝置的開啟與關(guān)閉，達(dá)到溶液動(dòng)態(tài)平衡。

圖1 總流程圖

風(fēng)量經(jīng)過疊加式制冷芯片的冷端通道，再經(jīng)過除濕系統(tǒng)的噴淋裝置，最后由抽出式風(fēng)機(jī)將低溫低濕的風(fēng)量送到工作面。除濕系統(tǒng)中的溶液經(jīng)過疊加式制冷芯片的熱端，前往蒸發(fā)系統(tǒng)的噴淋裝置，通過管道經(jīng)過位于排水溝中的導(dǎo)熱塊將熱量傳遞給排水溝，低溫的溶液由水泵抽取用于除濕系統(tǒng)的噴淋裝置。此過程由控制系統(tǒng)控制導(dǎo)熱塊與水溝的熱傳遞時(shí)間；廢液收集裝置中風(fēng)機(jī)產(chǎn)生負(fù)壓環(huán)境，將蒸發(fā)裝置中的水蒸氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)水，經(jīng)工作面處空氣中多余的水分收集在廢液收集裝置中。

余熱處理系統(tǒng)外層為保溫材料，需定期添加自來(lái)水，安有水位傳感器和可收縮軟管。此系統(tǒng)起到余熱處理的作用，傳熱鋁塊將熱量傳遞給自來(lái)水，水箱中自來(lái)水由液態(tài)轉(zhuǎn)為氣態(tài)，經(jīng)過可收縮軟管將熱量散到遠(yuǎn)離工作面、靠近聯(lián)絡(luò)巷的拐角處，利用污風(fēng)氣壓提供動(dòng)力前往回風(fēng)巷中。

移動(dòng)系統(tǒng)由底盤鋼板、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、萬(wàn)向輪、信號(hào)線、控制手柄組成。礦井無(wú)線通信對(duì)于高瓦斯礦井來(lái)說存在著重大的安全隱患，因此采用有線控制。移動(dòng)控制同樣是由控制系統(tǒng)統(tǒng)一控制，減少檢修過程的麻煩。采用JAVE和單片機(jī)C語(yǔ)言編輯，經(jīng)過防爆測(cè)試處理，符合礦井防爆參數(shù)?？刂剖直汕斑M(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)按鈕組成，萬(wàn)向輪則考慮到礦井空間有限，這樣可以大大減少礦工的勞動(dòng)力度。

圖2 裝置安裝位置

降溫除濕裝置安裝在新鮮風(fēng)流的上方向，將干燥低溫的新鮮風(fēng)流送至采掘工作面，由控制手柄上溫度和濕度示數(shù)進(jìn)行制冷功率的大小控制，外加風(fēng)速測(cè)量?jī)x防止煤塵吹起。余熱通過可收縮軟管送至采空區(qū)拐角處，隨著污風(fēng)流入回風(fēng)大巷中，根據(jù)能量守恒原理將多余余熱送至礦井外?；蛘邔⒂酂徇M(jìn)行收集，輸送到地面進(jìn)行礦工日常生活的使用，例如礦工洗澡或者礦工做飯加熱。