“三高”礦井除濕降溫模型裝置

冉德志

（山東科技大學，山東 青島 266590）

1 背景技術

根據網絡提供數據：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）等省（市），以上12個省（市）共有高瓦斯礦井2094處，占95.3%。

高溫高濕問題嚴重影響了工人的工作效率和設備的耐久度，給企業帶來了大量的經濟損失。現有技術：礦井降溫地面制冰井下降溫方式、地面集中制冷降溫系統、電制冷、蒸發余熱制冷、熱電聯合制冷。普通的井下降溫裝置效率低下，本裝置所采用的技術解決方案是環保型集中式除濕降溫裝置，其中提出的疊加式半導體制冷輔熱組增大了循環管道的接觸面積。與現有的礦井降溫系統相比，具有以下優勢：一是該系統既利用了疊加式半導體制冷輔熱組的熱量，又利用了疊加式半導體制冷輔熱組的冷量，效率提高38%以上；二是該系統能夠直接降低進風空氣的濕度，提高工人熱舒適度，改善工作環境，保證工人的身心健康。

2 技術實施方案

隨著礦井深度的增加，地面制冷或制冰在運輸過程中的損耗越來越大，而采用電能方式容易導致井下瓦斯的爆炸和發生觸電事故，現有的除濕系統管線復雜，架設費用高，除濕溶液更換成本高。

該裝置主要由送風系統、除濕系統、降溫系統、溶液再生系統、控制監測系統、余熱處理系統、移動系統、廢液回收系統七部分組成。送風系統位于整個裝置的上端，由風機、通風管道組成。除濕系統位于整個裝置的右端，由潛泵、噴淋器、軟管、整流板、溶液槽組成。降溫系統位于除濕系統的左側，由疊加式半導體制冷輔熱組、通風管道組成。溶液再生系統位于降溫系統的左側，由循環泵、軟管、熱交換器組成。控制監測系統位于裝置前段，連接各種傳感器傳輸給核心控制系統，確保水溶液無限循環，由開關板、傳感器、電位器、顯示器等組成。本發明主要遵循環保節能理念，利用制冷片傳熱、水循環降溫、余熱水蒸發散熱、聯絡巷防瓦斯“去余角”原理散熱、疊加式半導體制冷輔熱技術對井下空氣進行除濕降溫處理，從而降低等效溫度，改善工人的工作條件，提高生產效率并節約能耗。

制冷系統由多個半導體制冷片冷端、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。輔熱系統由多個半導體制冷片熱端、散熱片、冷卻水、循環泵、絕熱泡沫、圍殼組成，通過循環水將熱端熱量帶走并用以工業輔熱。其中提出的疊加式半導體制冷輔熱組增大了循環管道的接觸面積，提高生產效率。采用溶液除濕和循環再生方案，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。

送風系統由防爆風管組成，位于此裝置的正上方。采用配合螺紋結構，可以更換風管，避免漏風和老化現象的出現。控制監測系統位于整個裝置的前方，基于51單片機、繼電器、電磁閥進行變頻制冷和輔熱控制。通過溫度和濕度調控按鈕調節工作范圍，接收溫度傳感器和濕度傳感器的信號，自動控制裝置開啟與關閉。各個系統中傳感器都經過現場的調試，將數值控制在一定范圍內，完成裝置的開啟與關閉，達到溶液動態平衡。

圖1 總流程圖

風量經過疊加式制冷芯片的冷端通道，再經過除濕系統的噴淋裝置，最后由抽出式風機將低溫低濕的風量送到工作面。除濕系統中的溶液經過疊加式制冷芯片的熱端，前往蒸發系統的噴淋裝置，通過管道經過位于排水溝中的導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的噴淋裝置。此過程由控制系統控制導熱塊與水溝的熱傳遞時間；廢液收集裝置中風機產生負壓環境，將蒸發裝置中的水蒸氣轉化為液態水，經工作面處空氣中多余的水分收集在廢液收集裝置中。

余熱處理系統外層為保溫材料，需定期添加自來水，安有水位傳感器和可收縮軟管。此系統起到余熱處理的作用，傳熱鋁塊將熱量傳遞給自來水，水箱中自來水由液態轉為氣態，經過可收縮軟管將熱量散到遠離工作面、靠近聯絡巷的拐角處，利用污風氣壓提供動力前往回風巷中。

移動系統由底盤鋼板、驅動電機、萬向輪、信號線、控制手柄組成。礦井無線通信對于高瓦斯礦井來說存在著重大的安全隱患，因此采用有線控制。移動控制同樣是由控制系統統一控制，減少檢修過程的麻煩。采用JAVE和單片機C語言編輯，經過防爆測試處理，符合礦井防爆參數。控制手柄由前進、后退、左轉、右轉按鈕組成，萬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力度。

圖2 裝置安裝位置

降溫除濕裝置安裝在新鮮風流的上方向，將干燥低溫的新鮮風流送至采掘工作面，由控制手柄上溫度和濕度示數進行制冷功率的大小控制，外加風速測量儀防止煤塵吹起。余熱通過可收縮軟管送至采空區拐角處，隨著污風流入回風大巷中，根據能量守恒原理將多余余熱送至礦井外。或者將余熱進行收集，輸送到地面進行礦工日常生活的使用，例如礦工洗澡或者礦工做飯加熱。