一种矿井井口防冻装置的制作方法

本实用新型涉及矿井防冻供暖
技术领域：
，具体说是一种矿井井口防冻装置。所述矿井井口防冻装置可应用于平硐井口的地面和斜井井口的地面。
背景技术：
：矿井是形成地下矿藏(例如煤矿)生产系统的井巷、硐室、装备、地面建筑物和构筑物的总称。有时把矿山地下开拓中的斜井、竖井、平硐等也称为矿井。所述平硐是具有一端通达地表出口的水平巷道，铺设有运输线路，巷道内具有3％-7％的坡度，以保证列车和地下水流的运行。所述斜井是指其轴向与水平面成一定倾角的主要巷道，其功能与竖井相同，供提升矿石、废石、人员、设备、材料用。所述平硐亦称为进风平硐，所述斜井亦称为进风斜井，可将其统称为进风井。我国北方广大地区冬季气温较低，特别是在华北、东北等严寒地区，当气温下降到零度以下时，在平硐和斜井井口(指平硐井口和斜井井口)处，由于井下气流经过井口的洞顶区域时和冷空气相遇，井下气流中的水蒸气容易凝结成冰，长时间如此导致井口的地面也会产生冰凌，威胁到进出的车辆和人员的安全。因此井口防冻(尤指井口的地面防冻)是煤矿冬季安全生产的一个重要保证，煤矿为解决这个问题，有专门的班组负责除冰保安全，耗费了大量的人力物力。为防止冬季平硐和斜井井口结冰，保证生产和人员安全，根据《煤炭工业矿井设计规范》的要求，各进风井均应设置井口防冻装置，对入井空气进行加热，即采用热风防冻设备作为井口防冻装置。现有的热风防冻设备，包括但不限于：燃煤锅炉、燃气锅炉(燃气加热锅炉)、电热锅炉(电加热锅炉)或电热风机(电加热风机)，其中：燃煤锅炉装机额定蒸发量：通常为4吨-10吨，换算成电功率2800千瓦-7000千瓦，燃气锅炉装机额定蒸发量：通常为4吨-10吨，换算成电功率2800千瓦-7000千瓦；电热锅炉装机功率：通常为1400千瓦-7000千瓦，电热风机装机功率：通常为1400千瓦-7000千瓦。由此可见，现有的热风防冻设备装机功率大，能源消耗巨大。国家根据环保政策节能减排的要求，提出了“青山绿水就是金山银山”的发展理念，在2020年底所有十吨以下烧煤锅炉必须改用清洁能源，所述清洁能源是指电或天然气。这意味着所有进风井配套设置的燃煤锅炉必须改为电热锅炉或者燃气锅炉，由此会产生高额的设备更换费用，基础设施费用和运行费用也需增大投入，生产成本大幅增加。电热锅炉由于功率巨大，矿区矿井安装的变压器需要扩容，设备和基础设施投入大。燃气锅炉需要燃气管道的铺设作为基础，但很多矿井在偏僻山区，通常不具备燃气管道的铺设条件，有铺设条件的也需投入巨额的铺设管道费用和更换设备费用。公开于该
背景技术：
部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的总体
背景技术：
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。技术实现要素：针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种矿井井口防冻装置，可直接对易结冰部位加热，有效防止结冰情况的出现，加热速度快，防冻效果好，设备和安装费用低，安装简单，施工周期短，有效节约电量消耗，节能效果显著，使用寿命长易于维护。所述易结冰部位尤指平硐井口的地面和斜井井口的地面。为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：一种矿井井口防冻装置，其特征在于，采用多层结构，包括相互紧贴复合的：电热层1，其为最内层，用于在通电的情况下发热；在电热层1的上表面和下表面，从内至外依次设有以下各层：张力增强层2，用于增加抗拉张力；缓冲阻燃层3，用于阻燃及承重缓冲。在上述技术方案的基础上，所述电热层1为片状柔性电热层。在上述技术方案的基础上，所述防冻装置，整体呈垫子形状。在上述技术方案的基础上，所述张力增强层2厚度0.6-1.2mm；所述缓冲阻燃层3厚度5.0-7.0mm。在上述技术方案的基础上，所述张力增强层2和缓冲阻燃层3，交错重叠设置多组，防冻装置总厚度10-30mm；当交错重叠设置多组时，设于电热层1之上的张力增强层2和缓冲阻燃层3的厚度，大于或等于设于电热层1之下的张力增强层2和缓冲阻燃层3的厚度。在上述技术方案的基础上，所述电热层1具体包括：若干加热分区11，所述加热分区呈矩形，等间隔分布，所述间隔形成加热分区11之间的不导电间隙，每个加热分区具体包括：石墨电热片12，数量小于等于十个，所述石墨电热片等间隔分布，至少一个温度探测区14，用于设置温度探头采集加热分区11的典型温度值，电连接区13，石墨电热片12的供电线缆并联连接后引至电连接区13，温度探测区14的数据线缆引至电连接区13。在上述技术方案的基础上，所述张力增强层2为复合层，具体包括：上下叠置的聚酯帆布层22和耐热橡胶层21，所述聚酯帆布层22与缓冲阻燃层3粘接，叠置在电热层1上表面和下表面的所述耐热橡胶层21，通过不导电间隙粘接。在上述技术方案的基础上，所述张力增强层2设置有两层以上。在上述技术方案的基础上，在张力增强层2和电热层1之间还设有高温布23，用于保护石墨电热片12并对各石墨电热片12限位；所述高温布23为铁氟龙胶带。在上述技术方案的基础上，所述缓冲阻燃层3为阻燃橡胶。本实用新型所述的矿井井口防冻装置，具有以下有益效果：1、使用清洁能源(用电)，符合环保要求及国家政策，可替代现有的热风防冻设备，用于解决矿井防冻问题；2、放弃对入井空气进行加热，改为直接加热容易产生冰凌的井口的地面，防冻效果好，除冰效率高；3、节电效果好，具有显著的节能效果，理论上比现有的热风防冻设备节能百分之八十以上。本实用新型所述的矿井井口防冻装置，适用于因结冰或积雪影响生产的矿井，所述矿井井口防冻装置直接铺在井口易结冰部位，例如所述矿井井口防冻装置直接铺在平硐井口的地面和/或斜井井口的地面，可以有效地防止地面结冰。本实用新型所述的矿井井口防冻装置，可配套相应设备，形成矿井井口防冻系统，并且所述矿井井口防冻系统可接入物联网，实现云端智能管理控制，便于矿井防冻信息的采集、管理，调控更为高效便捷。附图说明本实用新型有如下附图：附图用于更好地理解本实用新型，不构成对本实用新型的不当限定。其中：图1本实用新型所述矿井井口防冻装置的实施例一的结构示意图。图2本实用新型所述矿井井口防冻装置的电热层的结构示意图。图3本实用新型所述矿井井口防冻装置的加热分区的结构示意图。图4本实用新型所述矿井井口防冻装置的张力增强层实施例一的结构示意图。图5本实用新型所述矿井井口防冻装置的实施例二的结构示意图。图6本实用新型所述矿井井口防冻装置的实施例三的结构示意图。图7本实用新型所述矿井井口防冻装置的实施例四的结构示意图。具体实施方式以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。所述详细说明，为结合本实用新型的示范性实施例做出的说明，其中包括本实用新型实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本实用新型的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。如图1所示，本实用新型所述的矿井井口防冻装置，采用多层结构，包括相互紧贴复合的：电热层1，其为最内层，用于在通电的情况下发热；作为可选择的实施方案之一，所述电热层1为片状柔性电热层；在电热层1的上表面和下表面，从内至外依次设有以下各层：张力增强层2，用于增加抗拉张力；当只有一个张力增强层2时其为中间层；缓冲阻燃层3，用于阻燃及承重缓冲；当只有一个缓冲阻燃层3时其为最外层。作为可选择的实施方案之一，所述防冻装置，整体呈垫子形状，即：所述防冻装置为一防冻垫，优选整体呈矩形垫子形状，例如：规格为：b1600mm×6000mm(5+2)ee300×4+ee100×2。其中：b代表宽度，单位为毫米，6000mm表示长度，(5+2)表示垫子上下覆盖胶分别有5毫米和2毫米厚。ee300和ee100表示抗拉张力系数的布，4和2表示布的层数。在上述技术方案的基础上，所述张力增强层2厚度0.6-1.2mm，优选0.8-1.0mm；所述缓冲阻燃层3厚度5.0-7.0mm，优选6.0-6.3mm。厚度的具体取值可在厚度范围内按0.1递增或递减。在上述技术方案的基础上，如图7所示，所述张力增强层2和缓冲阻燃层3，交错重叠设置多组，防冻装置总厚度10-30mm，优选18-26mm，更优选20-24mm。图7所示实施例中，所述张力增强层2和缓冲阻燃层3，交错重叠设置两组。经测试，总厚度控制在10-30mm范围内，对热量传导无影响，满足使用要求。更优选20-24mm的原因是，热量传导损耗最小，节能性能更佳。作为可选择的实施方案之一，当交错重叠设置多组时，设于电热层1之上的张力增强层2和缓冲阻燃层3的厚度，大于或等于设于电热层1之下的张力增强层2和缓冲阻燃层3的厚度。大于电热层1之下的张力增强层2和缓冲阻燃层3的厚度为优选，此方案可以更好地保护电热层1中的部件，提高防冻装置的承载能力，提高使用寿命。作为可选择的实施方案之一，当交错重叠设置多组时，最临近电热层1的张力增强层2和缓冲阻燃层3的厚度相同，且厚度最大，所述最临近电热层1是指：与电热层1相互紧贴复合的张力增强层2和缓冲阻燃层3；间隔于电热层1的张力增强层2和缓冲阻燃层3，设于电热层1之上的张力增强层2和缓冲阻燃层3的厚度，大于设于电热层1之下的张力增强层2和缓冲阻燃层3的厚度，所述间隔于电热层1是指：与电热层1之间间隔有至少一组张力增强层2和缓冲阻燃层3。在上述技术方案的基础上，如图2、3所示，所述电热层1具体包括：若干加热分区11，所述加热分区呈矩形，等间隔分布，所述间隔形成加热分区11之间的不导电间隙，图2所示实施例是按3*3呈矩形，等间隔分布各加热分区11，行列的具体取值可相同或不同，每个加热分区具体包括：石墨电热片12，数量小于等于十个，所述石墨电热片等间隔分布，石墨电热片12可以沿水平方向依次等间隔分布，也可以沿竖直方向依次等间隔分布，还可以在一矩形范围内，分为多行多列等间隔分布，图3所示实施例是按3行3列的方式等间隔分布，至少一个温度探测区14，用于设置温度探头采集加热分区11的典型温度值，作为可选择的实施方案之一，设置一个温度探测区14且设于加热分区11的中部，作为又一可选择的实施方案，设置两个温度探测区14且设于加热分区11的对角线上，作为再一可选择的实施方案，设置四个温度探测区14且设于加热分区11的四角，所述温度探头优选薄片式温度探头，电连接区13，石墨电热片12的供电线缆并联连接后引至电连接区13，温度探测区14的数据线缆引至电连接区13。所述石墨电热片亦称为石墨加热片、石墨加热膜，为柔性可弯曲的薄片状电驱动加热器件。分为多行多列的方式设置加热分区11及石墨电热片12，目的是提高防冻装置的可靠性，避免当个别加热分区11或个别石墨电热片12故障时，影响整体的发热效果。作为替代分为多行多列的方式设置加热分区11及石墨电热片12的可选择的替代实施方案之一，加热分区11呈若干同心圆，均匀分布，石墨电热片12一个加热分区11中设置3个，呈品字形间隔分布。在上述技术方案的基础上，如图4所示，所述张力增强层2为复合层，具体包括：上下叠置的聚酯帆布层22和耐热橡胶层21，所述聚酯帆布层22与缓冲阻燃层3粘接，叠置在电热层1上表面和下表面的所述耐热橡胶层21，通过不导电间隙粘接。作为可选择的实施方案之一，当难以通过不导电间隙粘接紧贴电热层1上表面和下表面的所述耐热橡胶层21时，替代的方式是：所述耐热橡胶层21的尺寸大于电热层1，沿耐热橡胶层21的边缘将紧贴电热层1上表面和下表面的所述耐热橡胶层21粘接。在上述技术方案的基础上，如图5所示，所述张力增强层2设置有两层以上。作为可选择的实施方案之一，张力增强层2设置有两层以上时，紧贴电热层1的张力增强层2，其单层强力≥100n/mm，提供对电热层1中元器件的固定及保护作用，其余张力增强层2，其单层强力≥300n/mm，提供抗拉张力。图5所示实施例中，设置有三层张力增强层2，该实施例为优选实施例，采用该方案的防冻装置技术参数如下：全厚度拉伸强度拉断伸长率磨耗量表面电阻≥1200nmm≥350％≤180mm3≤3*105ω在70℃老化箱中按gb/t3512进行7天加速老化后，其拉伸强度和拉断伸长率的中值应不低于老化前相应值的75％。阻燃性能:酒精喷灯燃烧试验，在移去酒精喷灯后，所有试件的有焰燃烧试件的算术平均值和无焰燃烧时间的算数平均值均不得大于3.0s，其中每块试件的有焰燃烧时间和无焰燃烧时间单值均不得大于10s。作为可选择的实施方案之一，使用覆盖胶进行粘接，例如：覆盖好的胶熔化渗透到聚酯帆布，实现聚酯帆布层22与缓冲阻燃层3粘接(复合)。在上述技术方案的基础上，如图6所示，在张力增强层2和电热层1之间还设有高温布23，用于保护石墨电热片12并对各石墨电热片12限位。图6所示实施例中，设置有两层张力增强层2；作为可选择的实施方案之一，所述高温布23为铁氟龙胶带。在上述技术方案的基础上，所述缓冲阻燃层3为阻燃橡胶。以下为本实用新型所述矿井井口防冻装置的耗能实验数据。对入井空气进行加热，目前有两种方式：一种是间接的方式，热源使用燃煤锅炉、燃气锅炉或电热锅炉提供的蒸汽或热水，末端用散热器或暖风机，将热风吹送到井内，加热井内的冷空气。这种防冻措施经过几次热交换，效率低下，大部分热量并未转换成热风，损耗巨大。另一种是直接的方式，热源使用电热风机(风机中设有发热丝)直接加温冷空气，将热风吹送到井内，加热井内的冷空气。耗能较前一种有所减少，但依然存在热量的损耗，耗电量较大。以宽5.2米，高4.5米，室外环境零下25℃，风量4000m3/min的煤矿井口防冻为例，计算井口防冻装置的装机功率和运行费用。即：按照冷风量和温度要求来推演需要的热量，再推算出装机功率。1、使用现有井口防冻装置，4000m3/min的冷风量从零下25℃加到2℃时所需热量耗热量q计算：q＝a×gr×v×c×(t1-t2)式中：q：耗热量，kw；a：修正系数，取1.2；gr：进风量，m3/m；v：空气密度，取1.284kg/m3；c：空气比热容，取1.003kj/(kg.℃)；t1：冬季室外最低平均气温，-25℃；t2:要求温度，2℃；耗热量q＝4000×60×1003×1.284×1.2×【2-(-25)】＝9984384kj，式中60是指分钟，是统一单位成小时。计算60分钟的冷风量加热到2度，得出q＝2773.44kw，要安装选配的井口防冻装置功率为2800kw。运行费用按每年工作时间5个月,平均运行功率仅按2/5计算，每天运行16小时，电价取0.6元/度，则整个采暖季防冻保守耗电量为：耗电量kw＝2800×(2/5)×16×30×5＝2688000度。电费累计消耗为2688000度×0.6＝161.28万元。井口防冻装置的初装成本、安装费用尚未计算在内。加上煤改电变压器的扩容，日常人工和维护，费用达数百万。2、使用本实用新型所述矿井井口防冻装置，设防冻装置宽1.6米，长60米，按矿井口宽5.2米计算，铺满井口地面需要三条，共4.8米宽，60米长，防冻装置表面维持在2℃以上不结冰就达到防冻目的。计算本实用新型所述矿井井口防冻装置维持2℃每小时需要热能，再加上表面接触的50mm内带走的热能，可以得到耗电量。从零下25℃加到2℃耗热量q计算：q＝m×c×(t1-t2)式中：q：耗热量，kw；m：橡胶质量，9000kg；c：橡胶比热容，取1.7kj/(kg.℃)；t1：冬季室外最低平均气温，-25℃；t2:要求温度，2℃；耗热量q＝9000×1700×【2-(-25)】＝413100kj，得出q＝114.75kw，即每小时耗电量115度。井口宽度一定，取本实用新型所述矿井井口防冻装置表面向上50mm的高度风量所带走的热量。高度50mm是4500mm的九十分之一，也是原风量的九十分之一，所需耗热量是2800kw的九十分之一，即31kw，每小时耗电量31度。两者合计：115kw+31kw＝146kw(千瓦)。实际运行中，除了预热的第一个小时升温需要满负荷加热外，温度达到设定温度后，恒温状态只需要不到设计功率三分之一即39kw的耗电量。39kw加上冷风吹过本实用新型所述矿井井口防冻装置表面带走的热量31kw，每小时耗电量约为70kw(千瓦)。根据本案例实际情况，石墨电热板耐磨承压阻燃本实用新型所述矿井井口防冻装置设计为60米长，宽度1.6米。每米本实用新型所述矿井井口防冻装置配置800瓦功率的石墨电热板，60米长的本实用新型所述矿井井口防冻装置配置48千瓦的电热辐射膜，煤矿入井通道宽度5.2米，铺放三条长60米、宽度为1.6米、总功率144千瓦的本实用新型所述矿井井口防冻装置在入井向内通道地面。通电加热，就可以有效地维持地面温度在2℃以上，防止地面结冰。石墨电热板耐磨承压阻燃本实用新型所述矿井井口防冻装置以设计功率144千瓦满负荷工作状态计算同等条件下防冻加热的耗电量。运行费用按每年工作时间5个月,每天运行20小时，电价取0.6元/度，则整个采暖季防冻耗电量费用为：144千瓦×0.6×20小时×150天＝259200元电热锅炉热风系统：(只取设计功率五分之二计算，每天运行16小时，矿井防冻装置原设备为了省电，通常不会满负荷工作，使用五分之二是保守取值，是按客户用最少的电计算)电费累计消耗为2688000度×0.6＝161.28万元石墨电热本实用新型所述矿井井口防冻装置系统：(以设计功率满负荷计算，每天运行20小时)电费累计消耗为432000度×0.6＝25.92万元161.28万元-25.92万元＝135.36万元(节省电费)这是在非同等条件下对比的结果，耗电量仅为电热锅炉的五分之一不到。所述非同等条件下对比的结果，是指本产品节能效果显著，用最多的电也比原来用最少的电还节省。综上数据说明，本矿井防冻装置发明在节能减排、环境保护方面具有广阔的经济效益和社会效益。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域技术人员根据本实用新型所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。当前第1页12