一种热害矿井巷道支护降温系统及方法技术领域
本发明涉及矿井热害治理领域，尤其涉及一种热害矿井巷道支护降温系统及方
法。
背景技术
煤矿开采深度的不断增大，深部的高地温不断对井下空气加热，使得矿井空气环
境温度升高形成热害。在井下生产过程中，高温环境严重危害工人身心健康，降低工作效率
的同时增大了安全事故的风险。目前，高温矿井降温的方法一般分为两类，一类是通过空冷
器直接对风流降温，如矿井空调、水冷降温、冰冷降温等，这类方法是将换热介质(冷水或冷
冰)输送到井下，在井下工作面附近安装空冷器，换热介质通过空冷器对进入井下工作面的
热风流进行降温，不能对引起井下风流温度升高的煤岩进行降温。第二类是通过在巷道煤
岩体暴露面与井下风流之间形成一个隔热层阻止井下煤岩加热风流，如巷道表面喷涂隔热
材料或利用真空板、水膜板热换器组隔热。这种方法一旦隔热层失效，则降温效果降低。以
上方面均未能对造成井下高温的围岩进行直接降温。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种直接对高温矿井巷道暴露围岩进行降温的
支护降温系统及方法，用以解决现有技术中不能对造成井下高温的围岩进行直接降温的问
题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种热害矿井巷道支护降温系统，其特征在于：所述系统主要包括制冷装置、中空
降温锚杆、主供冷管道、主回流管道、支供冷管道、支回流管道；
所述制冷装置与主供冷管道和主回流管道连通；
所述主供冷管道连接支供冷管道，系统中各中空降温锚杆通过支供冷管道与主供
冷管道连通，进而与制冷装置连通；
所述主回流管道连接支回流管道，系统中各中空降温锚杆通过支回流管道与主回
流管道连通，进而与制冷装置连通；
所述制冷装置、中空降温锚杆、主供冷管道、主回流管道、支供冷管道及支回流管
道连通形成回路，换热介质能够在所述回路内循环。
所述中空降温锚杆主要包括中空锚杆、绝热管、隔离盘、回流软管、供冷软管、隔热
塞和锚杆托盘；
进一步地，所述绝热管位于中空锚杆内部，绝热管将中空锚杆内腔分为换热腔和
回流腔，换热腔和回流腔为同心圆结构，内圆为回流腔，外圆为换热腔，绝热管顶部有绝热
管顶盘和四个绝热管通道，绝热管顶盘与中空锚杆固接，四个绝热管通道沿绝热管圆周方
向均匀分布，绝热管通道使得回流腔与换热腔连通，绝热管底部嵌入隔离盘；
所述隔离盘使绝热管与供冷软管和回流软管密封连接，供冷软管嵌入隔离盘与换
热腔与连通，回流软管嵌入隔离盘与回流腔与连通。
所述中空降温锚杆能够保证巷道安全稳定，保证巷道内温度适宜生产工作，同时
能够阻隔结构外热量影响巷内气流温度。绝热管嵌入隔离盘，能够保证绝热管尾部换热腔
与回流腔内的换热介质不互相渗漏，同时隔离盘能够起到固定绝热管的作用。为了保证换
热过程中换热介质的流量，同时考虑到绝热管在实际使用过程中要承受一定的拉力，因此
设置四个绝热管通道沿绝热管圆周方向均匀分布，保证绝热管承受一定拉力的同时保持换
热介质的流量。
进一步地，所述支供冷管道与换热腔通过供冷软管连通，支回流管道与回流腔通
过回流软管连通，中空降温锚杆内的换热介质能够进入回流腔，进而通过供冷软管进入支
回流管道。
近一步地，所述主供冷管道与主回流管道为绝热管道；所述支供冷管道、支回流管
道、供冷软管、回流软管为绝热软管。
绝热管道能够保证供冷软管内部热量或回流软管内部冷量不发生散失。
进一步地，所述中空锚杆外径为30mm，内径为16mm，长度为3000mm。
进一步地，所述绝热管外径为11mm，内径为6mm；
所述绝热管顶部绝热管顶盘直径为16mm，长度为50mm，绝热管通道与绝热管顶部
的距离为60-70mm，绝热管通道的直径为3mm。
进一步地，所述隔离盘至中空锚杆末端除供冷软管和回流软管以外的空间由隔热
塞密封，隔离盘的直径为16mm，厚度为30mm，回流软管和供冷软管的内径为2mm，外径为3mm。
隔离盘与绝热管互相嵌入10mm，以保证绝热管尾部换热腔与回流腔内的换热介质
不互相渗漏，同时隔离盘起到固定绝热管的作用。采用隔热塞充填密封隔离盘至中空锚杆
末端除供冷软管和回流软管以外的空间，能够避免发生额外的热交换，保证换热效果。
近一步地，所述中空降温锚杆的锚固方式采用全长锚固，锚固剂为高导热率锚固
剂。
巷道顶部及帮部的中空降温锚杆能够用于巷道支护，同时通过制冷装置向中空降
温锚杆持续供应低温换热介质，使矿井内温度降低，在实现巷道支护的同时，达到治理高温
矿井热害的目的。
本发明还提供一种使用所述的热害矿井巷道支护降温系统的热害矿井巷道支护
降温方法，所述方法包括以下步骤：
1)中空降温锚杆对巷道围岩进行支护后，制冷装置中的低温换热介质顺序通过主
供冷管道、支供冷管道和供冷软管后注入中空降温锚杆内；
2)步骤1)中所述换热介质进入中空降温锚杆内的换热腔与围岩发生热交换；
3)换热介质与围岩发生热交换后温度升高，升温的换热介质进入回流腔；
4)步骤3)中所述换热介质顺序通过回流软管、支回流管道和主回流管道后返回制
冷装置中进行冷却；
5)在制冷装置中冷却后的低温换热介质按照步骤1)至步骤4)所述循环对围岩降
温。
使用所述的热害矿井巷道支护降温系统的热害矿井巷道支护降温方法，能够通过
制冷装置向巷道顶部及帮部的中空降温锚杆持续供应低温换热介质，循环的低温换热介质
通过中空降温锚杆不断与巷道围岩发生热交换，使锚杆长期处于较低温度状态，降低围岩
温度，避免了巷道暴露围岩向巷道空气传热，从根本上抑制的井下巷道中空气温度的升高。
本发明有益效果如下：
与现有技术相比较，本发明有益效果在于采用中空降温锚杆对巷道进行支护后，
通过制冷装置向巷道顶部及帮部的中空降温锚杆持续供应低温换热介质，持续供应的低温
换热介质通过中空降温锚杆不断与巷道围岩发生热交换，降低围岩温度，避免了巷道暴露
围岩向巷道空气传热，从根本上抑制的井下巷道中空气温度的升高。在实现巷道支护的同
时，达到了治理高温矿井热害的目的。与在巷道煤岩体暴露面与井下风流之间形成一个隔
热层的方法相比，本发明不存在隔热层失效的可能降温效果持续有效；与矿井空调等通过
空冷器直接对风流降温的方法相比，本发明是一种直接对引起风流温度升高的巷道围岩进
行降温的方法。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变
得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明
书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图
中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1是热害矿井巷道支护降温系统示意图。
图2是图1中A区域的放大图。
图3为中空降温锚杆剖面图。
图4为图3径向旋转90°结构剖面图。
图5为绝热管结构示意图。
图6为图3中a—a处剖面示意图。
图7为隔离盘径向剖面示意图。
其中：1-制冷装置，2-中空降温锚杆，2-1-中空锚杆，2-2-绝热管，2-2-1-绝热管顶
盘，2-2-2-绝热管通道，2-3-回流腔，2-4-换热腔，2-5-隔离盘，2-6-回流软管，2-7-供冷软
管，2-8-隔热塞，2-9-锚杆托盘，3-主供冷管道，4-主回流管道，5-支供冷管道，6-支回流管
道。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并
与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
如图1所示，本发明包括制冷装置1、中空降温锚杆2、主供冷管道3、主回流管道4、
支供冷管道5、支回流管道6，其中，中空降温锚杆主要包括中空锚杆2-1、绝热管2-2、隔离盘
2-5、回流软管2-6、供冷软管2-7、隔热塞2-8和锚杆托盘2-9。开拓巷道与准备巷道的掘进工
作面在完成常规的支护工作一段距离之后，即开始布置与制冷装置1连接的主供冷管道3和
主回流管道4，同时布置支供冷管道5和支回流管道6，并与中空降温锚杆2端部接口的供冷
软管2-7和回流软管2-6连接。管路连通之后，制冷装置1持续向中空降温锚杆2输入预设温
度及压力的换热介质，本实施例中低温换热介质为水，输入温度为11℃，流量0.055L/s，低
温换热介质通过主供冷管道3进入支供冷管道5，支供冷管道5中的换热介质通过供冷软管
2-7进入中空降温锚杆2，换热介质通过供冷软管2-7进入换热腔2-4，低温换热介质通过中
空降温锚杆2外壁顺序与中空锚杆2-1、锚固剂和岩壁发生热交换，对围岩降温，被围岩加热
后的换热介质到达绝热管2-2顶端之后通过绝热管通道2-2进入回流腔2-3，回流腔2-3内的
换热介质通过回流软管2-6回流进入支回流管道6，然后通过与支回流管道6连通的主回流
管道4返回制冷装置1中进行冷却。在制冷装置1中冷却后的低温换热介质再次通过主供冷
管道3进入系统，循环对围岩降温。低温换热介质的持续供应使中空降温锚杆2长期处于较
低温度状态，随着换热的持续进行而实现对巷道围岩的降温，同时也保证了巷道的支护效
果。
综上所述，本发明实施例提供了一种直接对高温矿井巷道暴露围岩进行降温的支
护降温系统及方法，本发明采用中空降温锚杆对巷道进行支护后，通过制冷装置向巷道顶
部及帮部的中空降温锚杆持续供应低温换热介质，持续供应的低温换热介质通过中空降温
锚杆不断与巷道围岩发生热交换，降低围岩温度，避免了巷道暴露围岩向巷道空气传热，从
根本上抑制的井下巷道中空气温度的升高。在实现巷道支护的同时，达到了治理高温矿井
热害的目的。与在巷道煤岩体暴露面与井下风流之间形成一个隔热层的方法相比，本发明
不存在隔热层失效的可能降温效果持续有效；与矿井空调等通过空冷器直接对风流降温的
方法相比，本发明是一种直接对引起风流温度升高的巷道围岩进行降温的方法。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，
任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，
都应涵盖在本发明的保护范围之内。