“三高”矿井除湿降温模型装置

冉德志

（山东科技大学，山东 青岛 266590）

1 背景技术

根据网络提供数据：高瓦斯矿井主要集中在贵州（635）、四川（351）、山西（227）、江西（218）、湖南（204）、云南（161）、重庆（119）、黑龙江（48）、辽宁（38）、湖北（37）、河南（32）、安徽（24）等省（市），以上12个省（市）共有高瓦斯矿井2094处，占95.3%。

高温高湿问题严重影响了工人的工作效率和设备的耐久度，给企业带来了大量的经济损失。现有技术：矿井降温地面制冰井下降温方式、地面集中制冷降温系统、电制冷、蒸发余热制冷、热电联合制冷。普通的井下降温装置效率低下，本装置所采用的技术解决方案是环保型集中式除湿降温装置，其中提出的叠加式半导体制冷辅热组增大了循环管道的接触面积。与现有的矿井降温系统相比，具有以下优势：一是该系统既利用了叠加式半导体制冷辅热组的热量，又利用了叠加式半导体制冷辅热组的冷量，效率提高38%以上；二是该系统能够直接降低进风空气的湿度，提高工人热舒适度，改善工作环境，保证工人的身心健康。

2 技术实施方案

随着矿井深度的增加，地面制冷或制冰在运输过程中的损耗越来越大，而采用电能方式容易导致井下瓦斯的爆炸和发生触电事故，现有的除湿系统管线复杂，架设费用高，除湿溶液更换成本高。

该装置主要由送风系统、除湿系统、降温系统、溶液再生系统、控制监测系统、余热处理系统、移动系统、废液回收系统七部分组成。送风系统位于整个装置的上端，由风机、通风管道组成。除湿系统位于整个装置的右端，由潜泵、喷淋器、软管、整流板、溶液槽组成。降温系统位于除湿系统的左侧，由叠加式半导体制冷辅热组、通风管道组成。溶液再生系统位于降温系统的左侧，由循环泵、软管、热交换器组成。控制监测系统位于装置前段，连接各种传感器传输给核心控制系统，确保水溶液无限循环，由开关板、传感器、电位器、显示器等组成。本发明主要遵循环保节能理念，利用制冷片传热、水循环降温、余热水蒸发散热、联络巷防瓦斯“去余角”原理散热、叠加式半导体制冷辅热技术对井下空气进行除湿降温处理，从而降低等效温度，改善工人的工作条件，提高生产效率并节约能耗。

制冷系统由多个半导体制冷片冷端、散热片、绝热泡沫、围壳组成，利用制冷片冷端制冷并借助散热片增大接触面积，给空气快速降温。辅热系统由多个半导体制冷片热端、散热片、冷却水、循环泵、绝热泡沫、围壳组成，通过循环水将热端热量带走并用以工业辅热。其中提出的叠加式半导体制冷辅热组增大了循环管道的接触面积，提高生产效率。采用溶液除湿和循环再生方案，既提高了除湿效果，又降低了成本。本装置为集中式安装模式，将除湿和降温功能合二为一，主要使用于高瓦斯高温高湿“三高”矿井，安装方便、占用空间小。

送风系统由防爆风管组成，位于此装置的正上方。采用配合螺纹结构，可以更换风管，避免漏风和老化现象的出现。控制监测系统位于整个装置的前方，基于51单片机、继电器、电磁阀进行变频制冷和辅热控制。通过温度和湿度调控按钮调节工作范围，接收温度传感器和湿度传感器的信号，自动控制装置开启与关闭。各个系统中传感器都经过现场的调试，将数值控制在一定范围内，完成装置的开启与关闭，达到溶液动态平衡。

图1 总流程图

风量经过叠加式制冷芯片的冷端通道，再经过除湿系统的喷淋装置，最后由抽出式风机将低温低湿的风量送到工作面。除湿系统中的溶液经过叠加式制冷芯片的热端，前往蒸发系统的喷淋装置，通过管道经过位于排水沟中的导热块将热量传递给排水沟，低温的溶液由水泵抽取用于除湿系统的喷淋装置。此过程由控制系统控制导热块与水沟的热传递时间；废液收集装置中风机产生负压环境，将蒸发装置中的水蒸气转化为液态水，经工作面处空气中多余的水分收集在废液收集装置中。

余热处理系统外层为保温材料，需定期添加自来水，安有水位传感器和可收缩软管。此系统起到余热处理的作用，传热铝块将热量传递给自来水，水箱中自来水由液态转为气态，经过可收缩软管将热量散到远离工作面、靠近联络巷的拐角处，利用污风气压提供动力前往回风巷中。

移动系统由底盘钢板、驱动电机、万向轮、信号线、控制手柄组成。矿井无线通信对于高瓦斯矿井来说存在着重大的安全隐患，因此采用有线控制。移动控制同样是由控制系统统一控制，减少检修过程的麻烦。采用JAVE和单片机C语言编辑，经过防爆测试处理，符合矿井防爆参数。控制手柄由前进、后退、左转、右转按钮组成，万向轮则考虑到矿井空间有限，这样可以大大减少矿工的劳动力度。

图2 装置安装位置

降温除湿装置安装在新鲜风流的上方向，将干燥低温的新鲜风流送至采掘工作面，由控制手柄上温度和湿度示数进行制冷功率的大小控制，外加风速测量仪防止煤尘吹起。余热通过可收缩软管送至采空区拐角处，随着污风流入回风大巷中，根据能量守恒原理将多余余热送至矿井外。或者将余热进行收集，输送到地面进行矿工日常生活的使用，例如矿工洗澡或者矿工做饭加热。