本實用新型涉及深部開采礦井熱害防治技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種基于封裝相變材料微單元的深井降溫系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著我國金屬工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模持續(xù)擴大，淺部資源逐漸枯竭，礦山開采必須向深部發(fā)展，據(jù)統(tǒng)計我國已有1/3以上的有色金屬礦山進入深井開采階段。由于原巖溫度隨開采深度增加而不斷升高，高溫?zé)岷σ殉蔀樯罹_采普遍面臨的災(zāi)害。高溫高濕環(huán)境威脅工人身體健康，降低勞動生產(chǎn)率，增高事故率，還會加劇設(shè)備、設(shè)施的腐蝕，使電氣線路絕緣程度下降，縮短設(shè)備、設(shè)施使用壽命。礦井熱害已成為礦山向深井開采發(fā)展的重要制約因素，受到國內(nèi)外采礦界的普遍關(guān)注。傳統(tǒng)的礦井降溫措施主要通過加大通風(fēng)量，但隨著開采深度的增加，熱源構(gòu)成愈來愈復(fù)雜，如圍巖散熱、空氣自壓縮放熱、燃油機電設(shè)備散熱、爆破放熱、人體散熱等。當(dāng)風(fēng)量增加到一定程度時，增風(fēng)降溫的效果就會減弱，通風(fēng)的成本也大大增高，依靠通風(fēng)降溫的效率愈發(fā)低下，效果也越來越局限?？v觀國內(nèi)外對深井降溫技術(shù)進行的大量探索，可分為人工制取冷水、制冰和空氣壓縮式制冷技術(shù)。南非姆波尼格金礦開拓深度已經(jīng)達(dá)到4000米以上，深部巖體表面溫度高達(dá)65℃，目前采用將冰漿加入管道循環(huán)制冷的技術(shù)為整座礦井降溫，降溫前工作面風(fēng)溫為55℃，降溫后風(fēng)溫為28℃，降溫效果明顯，但存在輸冷效率低、管道易出現(xiàn)故障等缺點；我國深井金屬礦山目前廣泛使用的降溫技術(shù)主要是集中空調(diào)制冷技術(shù)，該技術(shù)存在運行能源耗費大等缺點。

相變材料是一類隨溫度變化而改變物理性質(zhì)并能提供潛熱的物質(zhì)，在人類生活正在逐漸被廣泛應(yīng)用，并且未來將成為節(jié)能環(huán)保的最佳綠色環(huán)保載體。相變材料轉(zhuǎn)變物理性質(zhì)的過程稱為相變過程，該過程中吸收或釋放大量的潛熱。利用相變材料的“固-液”相變過程進行熱量儲存及傳輸?shù)募夹g(shù)叫做相變蓄熱技術(shù)。該技術(shù)具有熱量傳輸過程近似等溫易控制、效率高、蓄熱量大等優(yōu)點，在建筑業(yè)、航空航天、空調(diào)節(jié)能等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但在礦井熱害治理領(lǐng)域尚無此類應(yīng)用。應(yīng)用于礦井降溫選擇與礦井環(huán)境溫度相匹配的相變材料，可以克服冰漿輸冷效率低的缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型目的旨在克服國外已有成功經(jīng)驗的冰漿降溫系統(tǒng)的成本高、效率低的缺點，由于冰-水相變溫度過低，與深井環(huán)境溫度不匹配，一大部分冷量在管道輸送環(huán)節(jié)被白白消耗。本實用新型利用價格低廉并且與深井溫度環(huán)境相匹配的相變材料載冷輸送，減少輸送過程中冷量的損失，提高冷量輸送和利用效率，為實現(xiàn)這一目的，提供一種基于封裝相變材料微單元的深井降溫系統(tǒng)。

該系統(tǒng)包括制冷站、輸冷管路、通風(fēng)機、進風(fēng)井、換熱裝置、回風(fēng)井和封裝相變材料微單元，制冷站位于地表，制冷站通過輸冷管路與地下?lián)Q熱裝置相連，進風(fēng)井入口和回風(fēng)井出口設(shè)置通風(fēng)機，地下開采工作面、掘進工作面和機電硐室均設(shè)置換熱裝置，封裝相變材料微單元置于輸冷管路中。

其中，封裝相變材料微單元表面設(shè)置散熱溝槽，相變材料兩端加裝緩沖裝置。

封裝相變材料微單元使用高導(dǎo)熱、耐腐蝕材料制作。

采用該基于封裝相變材料微單元的深井降溫系統(tǒng)進行深井降溫的方法，具體如下：選擇與礦井溫度相匹配的相變材料制作封裝相變材料微單元，在地表設(shè)置制冷站為封裝相變材料微單元降溫，輸冷管路沿礦井通風(fēng)線路敷設(shè)，封裝相變材料微單元置于輸冷管路內(nèi)，通過水力輸送至井下開采工作面、掘進工作面和機電硐室內(nèi)換熱裝置，發(fā)生熱交換為井下和硐室降溫，封裝相變材料微單元內(nèi)的相變材料吸熱發(fā)生相變，隨后在輸冷管路內(nèi)被輸送至地表制冷站，重新放熱吸冷相變?yōu)楣虘B(tài)，再進入輸冷管路循環(huán)，從而達(dá)到為礦井降溫的目的。

本實用新型的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

上述方案中，利用低成本、與礦井環(huán)境溫度匹配的相變儲熱材料輸送冷量，降低輸送過程中的冷量損失，減少冷量損失提高降溫效率。創(chuàng)新性的利用封裝微單元作為載體裝載相變材料進入管路輸送，提高輸送效率同時避免相變材料腐蝕管路。

附圖說明

圖1為本實用新型的基于封裝相變材料微單元的深井降溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型的輸冷管路示意圖；

圖3為本實用新型的封裝相變材料微單元結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1-制冷站；2-輸冷管路；3-通風(fēng)機；4-進風(fēng)井；5-開采工作面；6-換熱裝置；7-掘進工作面；8-機電硐室；9-回風(fēng)井；10-封裝相變材料微單元；11-相變材料；12-緩沖裝置；13-散熱溝槽。

具體實施方式

為使本實用新型要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例進行詳細(xì)描述。

本實用新型提供一種基于封裝相變材料微單元的深井降溫系統(tǒng)。

如圖1所示，為該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)中，制冷站1位于地表，制冷站1通過輸冷管路2與地下?lián)Q熱裝置6相連，進風(fēng)井4入口和回風(fēng)井9出口設(shè)置通風(fēng)機3，地下開采工作面5、掘進工作面7和機電硐室8均設(shè)置換熱裝置6，封裝相變材料微單元10置于輸冷管路2中。

如圖2和圖3所示，封裝相變材料微單元10置于輸冷管路2中，封裝相變材料微單元10表面設(shè)置散熱溝槽13，相變材料11兩端加裝緩沖裝置12。

實施例1：封裝相變材料微單元及輸送方式

封裝相變材料微單元使用高導(dǎo)熱、耐腐蝕材料制作，表面設(shè)置散熱溝槽以提高熱交換效率，兩端緩沖裝置防止其在管道輸送中碰撞損壞。相變材料密封置于微單元內(nèi)，不僅可以防止相變材料直接接觸管道腐蝕內(nèi)壁，還能夠避免固態(tài)的相變材料直接在管道內(nèi)輸送磨損管道、堵塞管道。根據(jù)礦井溫度范圍和需冷量，選擇合適的相變材料，表1為幾種常用無機相變材料的相變溫度和潛熱。選用與礦井溫度相匹配的相變材料可以降低輸送過程中冷量損失率，提高輸冷效率。

表1常用無機相變材料相變溫度和潛熱

實施例2：礦井降溫工作過程

熱交換主要通過井下高溫采場和硐室內(nèi)的熱交換裝置，相變材料在微單元內(nèi)吸熱由固態(tài)相變?yōu)橐簯B(tài)，并釋放出攜帶的冷量。隨后被水力輸送至地表制冷站，放熱吸冷相變?yōu)楣虘B(tài)，再次通過輸冷管路進入井下高溫區(qū)域降溫。

以上所述是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。