本發(fā)明涉及礦山降溫技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高溫礦井采掘工作面液態(tài)CO₂降溫裝置及方法。

背景技術(shù)：
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我國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，煤炭資源量占國(guó)內(nèi)化石能源總量的95％。隨著淺部煤炭資源的逐漸減少甚至枯竭，地下開(kāi)采深度越來(lái)越大。目前，我國(guó)煤炭開(kāi)發(fā)以每年10～25m的速度快速向深部轉(zhuǎn)移，礦井熱害問(wèn)題日益突出。深部礦井高溫?zé)岷?wèn)題逐漸成為制約深部煤炭資源開(kāi)采的重要因素。

礦井熱害治理技術(shù)主要分為非人工制冷技術(shù)和人工制冷技術(shù)。非人工制冷技術(shù)通常應(yīng)用在熱害不太嚴(yán)重的礦井，當(dāng)?shù)V井熱害比較嚴(yán)重時(shí)就必須采用人工制冷降溫技術(shù)。隨著煤礦采深的增加，巷道圍巖放熱強(qiáng)度越來(lái)越大，非人工制冷技術(shù)滿(mǎn)足不了現(xiàn)場(chǎng)降溫需要。因此，從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，深部高溫礦井將采取以人工制冷為主，非人工制冷為輔的熱害綜合防治技術(shù)。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，人工制冷技術(shù)已經(jīng)成為一項(xiàng)比較成熟的礦井降溫技術(shù)，目前主要有壓縮空氣降溫技術(shù)、人工制冷水降溫技術(shù)、人工制冰降溫技術(shù)、熱-電-乙二醇低溫制冷降溫系統(tǒng)等。但由于制冷設(shè)備價(jià)格昂貴、功耗大、設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)成本高等因素，人工制冷技術(shù)的推廣受到了限制。此外，采用人工制冷降溫時(shí)，降溫系統(tǒng)往往存在混風(fēng)問(wèn)題，混合后的低溫風(fēng)流又經(jīng)過(guò)巷道圍巖的二次加熱，進(jìn)入采掘工作面時(shí)，其降溫效果嚴(yán)重受限，在長(zhǎng)距離巷道應(yīng)用時(shí)這種問(wèn)題體現(xiàn)的更為突出。

液態(tài)CO₂是良好的制冷介質(zhì)，熔點(diǎn)為-56.6℃，此時(shí)其汽化潛熱為347.77kJ/kg，具有汽化速度快、放出冷量大等優(yōu)點(diǎn)。采用液態(tài)CO₂相變制冷降溫時(shí)，在取得較好降溫效果的同時(shí)，能有效減少向大氣碳排放，保護(hù)環(huán)境。但是采用液態(tài)CO₂進(jìn)行降溫時(shí)，途經(jīng)長(zhǎng)距離或大高差巷道時(shí)，液態(tài)CO₂的輸送距離受限，且容易出現(xiàn)固化堵塞現(xiàn)象，影響采掘工作面降溫?fù)Q熱的效果，限制了礦井液體CO₂相變制冷降溫技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種高溫礦井采掘工作面液態(tài)CO₂降溫裝置及方法，解決了煤礦井下液態(tài)CO₂遠(yuǎn)距離和大高差傳輸?shù)碾y題，增加了液態(tài)CO₂相變制冷降溫方法的適用范圍，提高降溫?fù)Q熱效率，降低生產(chǎn)成本，保護(hù)環(huán)境，大幅提高生產(chǎn)效率，同時(shí)促進(jìn)礦井液體CO₂相變制冷降溫技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種高溫礦井采掘工作面液態(tài)CO₂降溫裝置，該裝置包括通風(fēng)機(jī)、風(fēng)筒、液態(tài)CO₂儲(chǔ)罐、壓力泵、液態(tài)CO₂輸送管、熱交換器和氣態(tài)CO₂排放管；

所述的熱交換器設(shè)有風(fēng)流進(jìn)風(fēng)口和風(fēng)流出風(fēng)口；

所述的熱交換器包括殼體、冷卻盤(pán)管和導(dǎo)風(fēng)板，所述冷卻盤(pán)管和所述導(dǎo)風(fēng)板均布置在殼體內(nèi)；

所述的導(dǎo)風(fēng)板設(shè)置在風(fēng)流進(jìn)風(fēng)口和冷卻盤(pán)管之間；

所述通風(fēng)機(jī)通過(guò)風(fēng)筒與風(fēng)流進(jìn)風(fēng)口連接，所述的風(fēng)流出風(fēng)口通過(guò)風(fēng)筒與采掘工作面連通；

所述的熱交換器設(shè)有液態(tài)CO₂輸入口、氣態(tài)CO₂排放口和冷凝水排放口，所述冷凝水排放口設(shè)置在熱交換器底部；

所述的液態(tài)CO₂儲(chǔ)罐設(shè)有出口，所述的壓力泵兩側(cè)通過(guò)液態(tài)CO₂輸送管分別與液態(tài)CO₂儲(chǔ)存罐和液態(tài)CO₂輸入口連接，所述的氣態(tài)CO₂排放口連接氣態(tài)CO₂排放管；

所述的液態(tài)CO₂輸送管上，沿液態(tài)CO₂流動(dòng)方向，依次設(shè)有第一壓力表，第一閥門(mén)，液態(tài)CO₂流量計(jì)，壓力泵，第二壓力表，第一溫度表，第三壓力表和第二溫度表，所述的第三壓力表和第二溫度表，設(shè)置在靠近CO₂輸入口的位置。

其中：

所述的通風(fēng)機(jī)為礦用局部通風(fēng)機(jī)。

所述的通風(fēng)機(jī)采用壓入式通風(fēng)方法，為整個(gè)降溫裝置提供通風(fēng)動(dòng)力，向采掘工作面供給新鮮冷卻風(fēng)流。

所述的液態(tài)CO₂儲(chǔ)罐用于儲(chǔ)存液態(tài)CO₂。

所述的液態(tài)CO₂用于作為整個(gè)降溫裝置的制冷介質(zhì)。

所述的冷凝水排放口用于排放熱交換器內(nèi)風(fēng)流析出的冷凝水。

所述的第一壓力表，用于監(jiān)測(cè)液態(tài)CO₂儲(chǔ)罐內(nèi)壓力值。

所述的第一閥門(mén)，用于控制液態(tài)CO₂儲(chǔ)罐中液態(tài)CO₂的出口流量。

所述的液態(tài)CO₂流量計(jì)，用于監(jiān)測(cè)液態(tài)CO₂的出口流量。

所述的壓力泵，用于對(duì)液態(tài)CO₂輸送管內(nèi)液態(tài)CO₂進(jìn)行加壓。

所述的壓力泵上連接有調(diào)頻裝置，所述的調(diào)頻裝置用于調(diào)整壓力泵的運(yùn)行頻率。

所述的第二壓力表，用于監(jiān)測(cè)壓力泵加壓后液態(tài)CO₂輸送管內(nèi)的液態(tài)CO₂的壓力值。

所述的第一溫度表，用于監(jiān)測(cè)壓力泵加壓后液態(tài)CO₂輸送管內(nèi)的液態(tài)CO₂的溫度值。

所述的液態(tài)CO₂輸送管用于將液態(tài)CO₂儲(chǔ)罐內(nèi)的液態(tài)CO₂輸送到熱交換器的冷卻盤(pán)管。

所述的液態(tài)CO₂輸送管外層設(shè)有保溫層。

所述的保溫層，用于減少液態(tài)CO₂在所述液態(tài)CO₂輸送管輸運(yùn)過(guò)程中冷能損失，提高液態(tài)CO₂的利用效率。

所述的液態(tài)CO₂輸送管由若干單元輸送管串聯(lián)而成，各單元輸送管之間通過(guò)法蘭盤(pán)連接，法蘭盤(pán)接口處安有墊圈，若干距離的輸送管路之間串聯(lián)軟管實(shí)現(xiàn)軟連接。

所述的軟連接，用于抵償液態(tài)CO₂輸送管路因溫度改變導(dǎo)致的尺寸變化。

所述的液態(tài)CO₂輸送管和軟管耐壓強(qiáng)度在5MP以上，耐溫下限不高于-57℃。

所述的第三壓力表，用于監(jiān)測(cè)液態(tài)CO₂在進(jìn)入冷卻盤(pán)管之前的壓力。

所述的第二溫度表，用于監(jiān)測(cè)液態(tài)CO₂在進(jìn)入冷卻盤(pán)管之前的溫度。

所述的導(dǎo)風(fēng)板，用于克服風(fēng)流在熱交換器內(nèi)的不均勻分配，增加換熱效率，減少通風(fēng)阻力。

所述的冷卻盤(pán)管為豎直星型翅片管，所述的冷卻盤(pán)管按照蛇形盤(pán)管的方式布置；

所述的熱交換器用于使液態(tài)CO₂與風(fēng)流進(jìn)行熱量交換，液態(tài)CO₂遇熱汽化產(chǎn)生的冷量用于冷卻由風(fēng)筒輸送到熱交換器內(nèi)的風(fēng)流，形成冷卻風(fēng)流，達(dá)到降低風(fēng)流溫度的目的。

所述的熱交換器尺寸根據(jù)具體巷道斷面尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。

所述的熱交換器的布置數(shù)量n根據(jù)采掘工作面的降溫需要確定，其中n≥1。

當(dāng)n＞1時(shí)，各臺(tái)換熱器應(yīng)依次緊鄰串聯(lián)布置，后一臺(tái)熱交換器的風(fēng)流進(jìn)風(fēng)口與前一臺(tái)熱交換器的風(fēng)流出風(fēng)口通過(guò)風(fēng)筒連接，后一臺(tái)熱交換器的液態(tài)CO₂輸入口與前一臺(tái)熱交換器的CO₂排出口通過(guò)軟管連接；通過(guò)多臺(tái)換熱器的布置，使得降溫操作時(shí)氣態(tài)CO₂輸出口輸出的氣態(tài)CO₂中含有的未汽化的液態(tài)CO₂充分汽化，對(duì)冷卻風(fēng)流進(jìn)行二次冷卻，提高降溫效果。

所述的第三溫度表，用于監(jiān)測(cè)換熱器出口CO₂的溫度值。

所述的第四壓力表，用于監(jiān)測(cè)換熱器出口CO₂的壓力值。

所述的第二閥門(mén)為泄壓閥，用于控制冷卻盤(pán)管內(nèi)壓力及氣態(tài)CO₂的排放。

所述的氣態(tài)CO₂排放管用于將液態(tài)CO₂經(jīng)過(guò)熱交換器后轉(zhuǎn)換為的氣態(tài)CO₂排放至采空區(qū)。

所述的氣態(tài)CO₂排放管由若干單元排放管串聯(lián)而成，各單元排放管之間通過(guò)快速接頭連接。

所述的高溫礦井采掘工作面液態(tài)CO₂降溫裝置布置在巷道內(nèi)，其中，所述的通風(fēng)機(jī)安設(shè)在進(jìn)風(fēng)巷道；所述熱交換器安設(shè)在靠近采掘工作面的位置，使形成的冷卻風(fēng)流能夠迅速送至采掘工作面；所述的風(fēng)筒和熱交換器均通過(guò)掛鉤吊掛在巷道頂板，所述的液態(tài)CO₂輸送管和氣態(tài)CO₂排放管均鋪設(shè)在巷道壁。

采用所述的高溫礦井采掘工作面液態(tài)CO₂降溫裝置進(jìn)行降溫的方法，包括以下步驟：

步驟1，加壓

(1)啟動(dòng)通風(fēng)機(jī)，風(fēng)流通過(guò)風(fēng)筒，流向換熱器；

(2)關(guān)閉第一閥門(mén)，設(shè)定第二閥門(mén)的安全壓力，開(kāi)啟壓力泵，對(duì)液態(tài)CO₂輸送管和冷卻盤(pán)管加壓，直至第四壓力表壓力達(dá)到設(shè)計(jì)的壓力值，其中，第四壓力表設(shè)計(jì)的壓力值應(yīng)不大于第二閥門(mén)的安全壓力；

步驟2，壓力與溫度控制

(1)打開(kāi)第一閥門(mén)，液態(tài)CO₂通過(guò)液態(tài)CO₂輸送管流動(dòng)到壓力泵，經(jīng)過(guò)壓力泵的加壓作用輸送到冷卻盤(pán)管；

(2)監(jiān)測(cè)液態(tài)CO₂輸入口前液態(tài)CO₂輸送管內(nèi)的液態(tài)CO₂的壓力值和溫度值，確保該處壓力和溫度條件下CO₂為液態(tài)；同時(shí)，監(jiān)測(cè)液態(tài)CO₂儲(chǔ)罐內(nèi)的液態(tài)CO₂的壓力值，當(dāng)液態(tài)CO₂儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力值低于其最低工作壓力時(shí)，更換液態(tài)CO₂儲(chǔ)罐；

(3)根據(jù)采掘工作面的降溫需要，通過(guò)調(diào)整壓力泵的運(yùn)行頻率和第二閥門(mén)的安全壓力來(lái)控制液態(tài)CO₂的流量；

步驟3，熱交換降溫

(1)流經(jīng)冷卻盤(pán)管的液態(tài)CO₂，與流經(jīng)熱交換器的風(fēng)流發(fā)生相變換熱，由液態(tài)CO₂轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)CO₂，并經(jīng)氣態(tài)CO₂排放管排放至采空區(qū)；

(2)流經(jīng)熱交換器的風(fēng)流吸收液態(tài)CO₂汽化產(chǎn)生的冷量形成冷卻風(fēng)流，冷卻風(fēng)流通過(guò)風(fēng)筒輸送到采掘工作面，實(shí)現(xiàn)采掘工作面降溫；

步驟4，停止降溫

當(dāng)停止降溫時(shí)，先關(guān)閉第一閥門(mén)，壓力泵繼續(xù)工作，直至將液態(tài)CO₂輸送管中的液態(tài)CO₂排空。

所述的步驟2(1)中，由于液態(tài)CO₂具有高壓力，第一閥門(mén)打開(kāi)后，液態(tài)CO₂通過(guò)液態(tài)CO₂輸送管主動(dòng)流入壓力泵。

所述的步驟2(2)中，通過(guò)第三壓力表和第二溫度表監(jiān)測(cè)液態(tài)CO₂輸入口前液態(tài)CO₂輸送管內(nèi)的液態(tài)CO₂的壓力值和溫度值。

所述的步驟2(2)中，通過(guò)第一壓力表監(jiān)測(cè)液態(tài)CO₂儲(chǔ)罐內(nèi)的液態(tài)CO₂的壓力值。

所述的步驟2(3)中，壓力泵的運(yùn)行頻率和閥門(mén)安全壓力的調(diào)整應(yīng)按照從小到大的原則進(jìn)行。

所述的步驟3(2)中，流經(jīng)熱交換器的風(fēng)流吸收液態(tài)CO₂汽化產(chǎn)生的冷量形成冷卻風(fēng)流的同時(shí)，風(fēng)流析出冷凝水，冷凝水由冷凝水排放口排出。

所述的步驟3(2)中，冷卻風(fēng)流在通風(fēng)壓力作用下自動(dòng)輸送到采掘工作面。

本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明的裝置采用壓力泵和閥門(mén)系統(tǒng)的組合控制實(shí)現(xiàn)液態(tài)CO₂在巷道中的遠(yuǎn)距離和大高差傳輸，解決液態(tài)CO₂傳輸過(guò)程中的固化堵管問(wèn)題；

(2)本發(fā)明裝置的熱交換器輕便、靈活，便于移動(dòng)，不影響工作面正常生產(chǎn)；

(3)本發(fā)明的裝置通過(guò)設(shè)置冷凝水排放口，使汽化過(guò)程中產(chǎn)生的冷凝水及時(shí)排出，確保熱交換器能正常工作，同時(shí)保護(hù)熱交換器，延長(zhǎng)使用壽命；

(4)本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，降溫設(shè)備投入成本低，可操作性強(qiáng)，能夠快速構(gòu)建降溫系統(tǒng)，對(duì)降溫地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)有效降溫；

(5)本發(fā)明的方法將氣態(tài)CO₂廢氣排入采空區(qū)，促進(jìn)礦井火災(zāi)的防治；

(6)本發(fā)明的方法利用液態(tài)CO₂汽化過(guò)程中釋放的冷能用來(lái)降低流經(jīng)熱交換器的風(fēng)流溫度，將冷卻風(fēng)流直接送至采掘工作面，解決了以往降溫裝置存在的混風(fēng)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)采掘工作面的高效降溫，為工作人員提供舒適的工作環(huán)境。

附圖說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明的高溫礦井采掘工作面液態(tài)CO₂降溫裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-礦用局部通風(fēng)機(jī)；2-風(fēng)筒；3-液態(tài)CO₂儲(chǔ)罐；4-第一壓力表；5-第一閥門(mén)；6-液態(tài)二氧化碳流量計(jì)；7-壓力泵；8-調(diào)頻裝置；9-第二壓力表；10-第一溫度表；11-液態(tài)CO₂輸送管；12-第三壓力表；13-第二溫度表；14-風(fēng)流進(jìn)風(fēng)口；15-導(dǎo)風(fēng)板；16-冷卻盤(pán)管；17-殼體；18-風(fēng)流出風(fēng)口；19-熱交換器；20-第四壓力表；21-第三溫度表；22-泄壓閥；23-氣態(tài)CO₂排放管。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1

一種高溫礦井采掘工作面液態(tài)CO₂降溫裝置，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，該裝置包括：礦用局部通風(fēng)機(jī)1、風(fēng)筒2、液態(tài)CO₂儲(chǔ)罐3、壓力泵7、液態(tài)CO₂輸送管11、熱交換器19和氣態(tài)CO₂排放管23；其中：

所述的熱交換器19設(shè)有風(fēng)流進(jìn)風(fēng)口14和風(fēng)流出風(fēng)口18；

所述的熱交換器19包括殼體17、冷卻盤(pán)管16和導(dǎo)風(fēng)板15，所述冷卻盤(pán)管16和所述導(dǎo)風(fēng)板15均布置在殼體17內(nèi)；

所述的導(dǎo)風(fēng)板15設(shè)置在風(fēng)流進(jìn)風(fēng)口14和冷卻盤(pán)管16之間；

所述礦用局部通風(fēng)機(jī)1通過(guò)風(fēng)筒2與風(fēng)流進(jìn)風(fēng)口14連接，所述的風(fēng)流出風(fēng)口18通過(guò)風(fēng)筒2與采掘工作面連通；

所述的熱交換器19設(shè)有液態(tài)CO₂輸入口、氣態(tài)CO₂排放口和冷凝水排放口，所述冷凝水排放口設(shè)置在熱交換器19底部；

所述的液態(tài)CO₂儲(chǔ)罐3設(shè)有出口，所述的壓力泵7兩側(cè)通過(guò)液態(tài)CO₂輸送管11分別與液態(tài)CO₂儲(chǔ)存罐3和液態(tài)CO₂輸入口連接，所述的氣態(tài)CO₂排放口連接氣態(tài)CO₂排放管23；

所述的液態(tài)CO₂輸送管11上，沿液態(tài)CO₂流動(dòng)方向，依次設(shè)有第一壓力表4，第一閥門(mén)5，液態(tài)CO₂流量計(jì)6，壓力泵7，第二壓力表9，第一溫度表10，第三壓力表12和第二溫度表13，所述的第三壓力表12和第二溫度表13，設(shè)置在靠近CO₂輸入口的位置；

所述壓力泵上連接有調(diào)頻裝置；

所述的液態(tài)CO₂儲(chǔ)罐3用于儲(chǔ)存液態(tài)CO₂；

所述的液態(tài)CO₂用于作為整個(gè)降溫裝置的降溫介質(zhì)；

所述的冷凝水排放口用于排放熱交換器內(nèi)風(fēng)流析出的冷凝水；

所述的第一壓力表4，用于監(jiān)測(cè)液態(tài)CO₂儲(chǔ)罐內(nèi)壓力值；

所述的第一閥門(mén)5，用于控制液態(tài)CO₂儲(chǔ)罐中液態(tài)CO₂的出口流量；

所述的液態(tài)CO₂流量計(jì)6，用于監(jiān)測(cè)液態(tài)CO₂的出口流量；

所述的壓力泵7，用于對(duì)液態(tài)CO₂輸送管內(nèi)液態(tài)CO₂進(jìn)行加壓；

所述的調(diào)頻裝置8，用于調(diào)整壓力泵7的運(yùn)行頻率；

所述的第二壓力表9，用于監(jiān)測(cè)壓力泵加壓后液態(tài)CO₂輸送管內(nèi)的液態(tài)CO₂的壓力值；

所述的第一溫度表10，用于監(jiān)測(cè)壓力泵加壓后液態(tài)CO₂輸送管內(nèi)的液態(tài)CO₂的溫度值；

所述的液態(tài)CO₂輸送管11用于將液態(tài)CO₂儲(chǔ)罐3內(nèi)的液態(tài)CO₂輸送到熱交換器19的冷卻盤(pán)管16；

所述的液態(tài)CO₂輸送管11外層設(shè)有保溫層，用于減少液態(tài)CO₂在所述液態(tài)CO₂輸送管輸運(yùn)過(guò)程中冷能損失，提高液態(tài)CO₂的利用效率；

所述的液態(tài)CO₂輸送管11由若干單元輸送管串聯(lián)而成，各單元輸送管之間通過(guò)法蘭盤(pán)連接，法蘭盤(pán)接口處安有墊圈，若干距離的輸送管路之間串聯(lián)軟管實(shí)現(xiàn)軟連接，用于抵償液態(tài)CO₂輸送管路因溫度改變導(dǎo)致的尺寸變化；

所述的液態(tài)CO₂輸送管11和軟管耐壓強(qiáng)度在5MP以上，耐溫下限不高于-57℃；

所述的第三壓力表12，用于監(jiān)測(cè)液態(tài)CO₂在進(jìn)入冷卻盤(pán)管之前的壓力；

所述的第二溫度表13，用于監(jiān)測(cè)液態(tài)CO₂在進(jìn)入冷卻盤(pán)管之前的溫度；

所述的導(dǎo)風(fēng)板15，用于克服風(fēng)流在熱交換器內(nèi)的不均勻分配，增加換熱效率，減少通風(fēng)阻力；

所述的冷卻盤(pán)管16為豎直星型翅片管，所述的豎直星型翅片管按照蛇形盤(pán)管的方式布置；

所述的熱交換器19用于使液態(tài)CO₂與風(fēng)流進(jìn)行熱量交換，液態(tài)CO₂遇熱汽化產(chǎn)生的冷量用于冷卻由風(fēng)筒輸送到熱交換器內(nèi)的風(fēng)流，形成冷卻風(fēng)流，達(dá)到降低風(fēng)流溫度的目的；熱交換器19尺寸根據(jù)具體巷道斷面尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)；

所述的第四壓力表20，用于監(jiān)測(cè)換熱器出口CO₂的壓力值；

所述的第三溫度表21，用于監(jiān)測(cè)換熱器出口CO₂的溫度值；

所述的泄壓閥22，用于控制冷卻盤(pán)管內(nèi)壓力及氣態(tài)CO₂的排放；

所述的氣態(tài)CO₂排放管23用于將液態(tài)CO₂經(jīng)過(guò)熱交換器后轉(zhuǎn)換為的氣態(tài)CO₂排放至采空區(qū)；

所述的氣態(tài)CO₂排放管23由若干單元排放管串聯(lián)而成，各單元排放管之間通過(guò)快速接頭連接；

所述的高溫礦井采掘工作面液態(tài)CO₂降溫裝置布置在巷道內(nèi)；礦用局部通風(fēng)機(jī)1安設(shè)在進(jìn)風(fēng)巷道；熱交換器19安設(shè)在靠近采掘工作面的位置，使形成的冷卻風(fēng)流能夠迅速送至采掘工作面；風(fēng)筒2和熱交換器19均通過(guò)掛鉤吊掛在巷道頂板，液態(tài)CO₂輸送管11和氣態(tài)CO₂排放管23均鋪設(shè)在巷道壁。

本實(shí)施例中的巷道為某礦掘進(jìn)工作面，掘進(jìn)外口距離掘進(jìn)面1350m，液態(tài)CO₂儲(chǔ)罐3布置在距離掘進(jìn)外口約120m處，標(biāo)高-499.30m，熱交換器距離掘進(jìn)面約200m處，標(biāo)高-399.10m。液態(tài)CO₂的輸運(yùn)距離為1030m，前后高差100.2m。

采用所述的高溫礦井采掘工作面液態(tài)CO₂降溫裝置進(jìn)行降溫的方法，包括以下步驟：

步驟1，加壓

(1)啟動(dòng)礦用局部通風(fēng)機(jī)1，采用壓入式通風(fēng)方法提供風(fēng)流，風(fēng)流通過(guò)風(fēng)筒2，流向換熱器19；

(2)關(guān)閉第一閥門(mén)5，設(shè)定泄壓閥22的安全壓力為1.0MPa，開(kāi)啟壓力泵7，對(duì)液態(tài)CO₂輸送管11和冷卻盤(pán)管16加壓，直至第四壓力表20壓力達(dá)到1MPa；

步驟2，壓力與溫度控制

(1)打開(kāi)第一閥門(mén)5，液態(tài)CO₂具有高壓力通過(guò)液態(tài)CO₂輸送管11主動(dòng)流動(dòng)到壓力泵7，經(jīng)過(guò)壓力泵7的加壓作用輸送到冷卻盤(pán)管16；

(2)通過(guò)第三壓力表12和第二溫度表13監(jiān)測(cè)液態(tài)CO₂輸入口前液態(tài)CO₂輸送管內(nèi)的液態(tài)CO₂的壓力值和溫度值，確保該處壓力和溫度條件下CO₂為液態(tài)；同時(shí)，通過(guò)第一壓力表4監(jiān)測(cè)液態(tài)CO₂儲(chǔ)罐3內(nèi)的液態(tài)CO₂的壓力值，當(dāng)液態(tài)CO₂儲(chǔ)罐3內(nèi)的壓力值低于其最低工作壓力時(shí)，更換液態(tài)CO₂儲(chǔ)罐3；

(3)根據(jù)采掘工作面的降溫需要，通過(guò)從小到大的原則調(diào)整壓力泵7的運(yùn)行頻率和泄壓閥22的安全壓力來(lái)控制液態(tài)CO₂的流量；

步驟3，熱交換降溫

(1)流經(jīng)冷卻盤(pán)管16的液態(tài)CO₂，與流經(jīng)熱交換器19的風(fēng)流發(fā)生相變換熱，由液態(tài)CO₂轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)CO₂，并經(jīng)氣態(tài)CO₂排放管23排放至采空區(qū)；

(2)流經(jīng)熱交換器的風(fēng)流吸收液態(tài)CO₂汽化產(chǎn)生的冷量形成冷卻風(fēng)流，同時(shí)析出冷凝水，冷卻風(fēng)流在通風(fēng)壓力作用下通過(guò)風(fēng)筒2自動(dòng)輸送到采掘工作面，實(shí)現(xiàn)采掘工作面降溫，冷凝水由冷凝水排放口排出；

步驟4，停止降溫

當(dāng)停止降溫時(shí)，先關(guān)閉第一閥門(mén)5，壓力泵7繼續(xù)工作，直至將液態(tài)CO₂輸送管中的液態(tài)CO₂排空。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。