矿井蒸发冷却降温装置及降温方法

权利要求书： 1.一种矿井蒸发冷却降温装置，其特征在于：包括设置在井上地面的井上间接蒸发冷却系统和设置在矿井下的井下直接蒸发冷却系统，以及供水调节系统；

所述井上间接蒸发冷却系统包括用于盛放循环水的圆形水池(8)和设置在水池(8)内的溢流管(20)，所述溢流管(20)的下端穿过水池(8)底部与外界相连通，所述溢流管(20)的上端外露在水池(8)内的液面以上，所述水池(8)的底部设置有排水管(18)，外露在水池(8)外的一段排水管(18)上设置有排水阀(21)，所述水池(8)的侧面设置有第一补水管(16)和喷淋循环水管(6)，外露在水池(8)外的一段第一补水管(16)上设置有补水阀(15)，所述喷淋循环水管(6)在水池(8)内的一端连接有水过滤器(22)，外露在水池(8)外的一段喷淋循环水管(6)上设置有第一同轴阀(19)和喷淋循环水泵(7)，所述水池(8)的上部通过多组矩形连接体(26)固定连接有井上间接蒸发冷却系统的上部壳体(17)，所述多组矩形连接体(26)的四周环绕布置有井上空气过滤器(1)，所述上部壳体(17)内固定连接有位于井上空气过滤器(1)上方的盘管(2)，所述盘管(2)上安装有多组翼片(3)，所述盘管(2)的进口端连接有第一冷媒水管(9)，所述第一冷媒水管(9)上靠近盘管(2)进口端处设置有流量计(38)，所述第一冷媒水管(9)上连接有第二补水管(39)，所述第二补水管(39)上设置有补水泵(25)，所述盘管(2)的出口端连接有第二冷媒水管(27)，所述上部壳体(17)内设置有位于盘管(2)上方的喷雾水管(28)，所述喷雾水管(28)的一端与喷淋循环水管(6)连接，所述喷雾水管(28)上并列安装有多个喷雾器(4)，所述上部壳体(17)的顶部开口处安装有井上离心风机(5)；

所述井下直接蒸发冷却系统包括井下壳体(29)，所述井下壳体(29)内依次设置有井下空气过滤器(11)、空气冷却器(12)、湿帘(13)和井下离心风机(14)，所述空气冷却器(12)的进口端通过第一连接管(30)连接有三通旋塞阀(23)，所述第一连接管(30)上设置有第二同轴阀(31)，所述三通旋塞阀(23)的进口端与第二冷媒水管(27)连接，所述三通旋塞阀(23)的另一个出口端通过第二连接管(32)与湿帘(13)的进水口连接，所述第二连接管(32)上设置有进水阀(33)，所述空气冷却器(12)的出口端与第一冷媒水管(9)连接，且在靠近空气冷却器(12)出口端的第一冷媒水管(9)上依次设置有第三同轴阀(34)和冷媒水泵(10)；

所述供水调节系统包括控制器(40)和为所述供水调节系统中各用电模块供电的电源模块(45)，所述控制器(40)的输入端接有水位检测模块(41)，所述控制器(40)的输出端接有阀门控制模块(42)、水泵控制模块(43)和风机控制模块(44)，所述流量计(38)与控制器(40)的输入端连接，所述补水阀(15)、第一同轴阀(19)、第二同轴阀(31)、第三同轴阀(34)和进水阀(33)均与阀门控制模块(42)的输出端连接，所述喷淋循环水泵(7)、冷媒水泵(10)和补水泵(25)均与水泵控制模块(43)的输出端连接，所述井上离心风机(5)和井下离心风机(14)均与风机控制模块(44)的输出端连接。

2.按照权利要求1所述的一种矿井蒸发冷却降温装置，其特征在于：所述水池(8)的底部设置有支撑底座(24)。

3.按照权利要求1所述的一种矿井蒸发冷却降温装置，其特征在于：所述水池(8)和上部壳体(17)的材质均为玻璃钢。

4.按照权利要求1所述的一种矿井蒸发冷却降温装置，其特征在于：所述上部壳体(17)的顶部为倒锥形开口结构。

5.按照权利要求1所述的一种矿井蒸发冷却降温装置，其特征在于：所述湿帘(13)的下部设置有用于存放积水的集水箱(35)，所述集水箱(35)的侧面靠近集水箱(35)的底部设置有排水口(36)。

6.按照权利要求1所述的一种矿井蒸发冷却降温装置，其特征在于：所述水位检测模块(41)包括伸入水池(8)内上部的高液位感应线(41?1)和伸入水池(8)内中部的中液位感应线(41?2)，以及振荡电路(41?3)和基准电压产生电路(41?4)，所述高液位感应线(41?1)的一端和中液位感应线(41?2)的一端均与振荡电路(41?3)的输出端连接，所述高液位感应线(41?1)的另一端接有第一电压比较电路(41?6)，所述中液位感应线(41?2)的另一端接有第二电压比较电路(41?7)，所述第一电压比较电路(41?6)的基准电压输入端和第二电压比较电路(41?7)的基准电压输入端均与基准电压产生电路(41?4)的输出端连接，所述第一电压比较电路(41?6)的输出端和第二电压比较电路(41?7)的输出端均与控制器(40)的输入端连接。

7.按照权利要求6所述的一种矿井蒸发冷却降温装置，其特征在于：所述振荡电路(41?

3)包括运算放大器U1A，所述运算放大器U1A的同相输入端通过电阻R1与电源模块(45)的+

5电压输出端连接，且通过电阻R12接地，所述运算放大器U1A的同相输入端与输出端之间接有电阻R3，所述运算放大器U1A的反相输入端通过非极性电容C1接地，所述运算放大器U1A的反相输入端与输出端之间接有电阻R2，所述运算放大器U1A的输出端为振荡电路(41?

3)的输出端SIG；所述基准电压产生电路(41?4)包括电阻R10、电阻R11和极性电容C10，所述电阻R10与电阻R11串联后的一端与电源模块(45)的+5电压输出端连接，另一端接地，所述电阻R10和电阻R11的连接端为基准电压产生电路(41?4)的输出端REF，所述电阻R10和电阻R11的连接端通过极性电容C10接地；所述第一电压比较电路(41?6)包括比较器U1B、整流二极管D1、整流二极管D2、非极性电容C2和电阻R5，所述整流二极管D1的阴极和整流二极管D2的阳极均与非极性电容C2的一端连接，所述非极性电容C2的另一端与高液位感应线(41?

1)的另一端连接，所述整流二极管D2的阴极、非极性电容C4的一端和电阻R4的一端均与比较器U1B的反相输入端连接，所述整流二极管D1的阳极、非极性电容C4的另一端和电阻R4的另一端均接地，所述比较器U1B的同相输入端与电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端为第一电压比较电路(41?6)的参考电压输入端，所述比较器U1B的输出端为第一电压比较电路(41?6)的输出端OUT1，所述比较器U1B的同相输入端与输出端之间接有电阻R6；所述第二电压比较电路(41?7)包括比较器U1C、整流二极管D4、整流二极管D5、非极性电容C7和电阻R14，所述整流二极管D4的阴极和整流二极管D5的阳极均与非极性电容C7的一端连接，所述非极性电容C7的另一端与中液位感应线(41?2)的另一端连接，所述整流二极管D5的阴极、非极性电容C9的一端和电阻R13的一端均与比较器U1C的反相输入端连接，所述整流二极管D4的阳极、非极性电容C9的另一端和电阻R13的另一端均接地，所述比较器U1C的同相输入端与电阻R14的一端连接，所述电阻R14的另一端为第二电压比较电路(41?7)的参考电压输入端，所述比较器U1C的输出端为第二电压比较电路(41?7)的输出端OUT2，所述比较器U1C的同相输入端与输出端之间接有电阻R15。

8.一种采用如权利要求1所述的矿井蒸发冷却降温装置的降温方法，包括井上间接蒸发冷却系统的降温方法和井下直接蒸发冷却系统的降温方法，其特征在于，所述井上间接蒸发冷却系统的降温方法的具体步骤为：

步骤A1、将井上间接蒸发冷却系统安装在井上地面通风处，将井下直接蒸发冷却系统安装在矿井下需要降温的环境中；

步骤A2、将井上间接蒸发冷却系统的盘管(2)进口端通过第一冷媒水管(9)与井下直接蒸发冷却系统的空气冷却器(12)出口端连接；

步骤A3、将井上间接蒸发冷却系统的盘管(2)出口端通过第二冷媒水管(27)与井下直接蒸发冷却系统的三通旋塞阀(23)进口端连接；

步骤A4、将井下直接蒸发冷却系统的空气冷却器(12)进口端通过第一连接管(30)与三通旋塞阀(23)的一个出口端连接；

步骤A5、将井下直接蒸发冷却系统的湿帘(13)进水口通过第二连接管(32)与三通旋塞阀(23)的另一个出口端连接；

步骤A6、当井上间接蒸发冷却系统和井下直接蒸发冷却系统连接完成，正常工作时，井上高温度低湿度的空气从井上间接蒸发冷却系统四周通过井上空气过滤器(1)进入到上部壳体(17)中，且在上部壳体(17)内向上流动；同时，水池(8)中的循环水在喷淋循环水泵(7)的提升作用下，通过喷淋循环水管(6)到达上部壳体(17)内部的喷雾水管(28)中，经过多组喷雾器(4)向下喷出循环水；

步骤A7、当喷雾器(4)向下喷出的循环水与上升的井外空气相遇时，循环水吸收空气中热量进行蒸发，空气温度降低，湿度增大；

步骤A8、降温后的空气与上部壳体(17)内的盘管(2)以及盘管(2)上安装的多组翼片(3)接触，进行显热交换，使得盘管(2)内的冷媒水温度降低；

步骤A9、低温的冷媒水通过第二冷媒水管(27)输送到井下直接蒸发冷却系统中，同时，经过与盘管(2)进行了显热交换后的温度升高的空气，在井上离心风机(5)的作用下，从井上间接蒸发冷却系统的上部壳体(17)顶部的开口区域排出；

所述井下直接蒸发冷却系统的降温方法的具体步骤为：步骤B1、矿井下高温高湿的空气通过井下空气过滤器(11)，过滤掉一部分粉尘和颗粒物；

步骤B2、过滤后的井下空气再通过井下空气冷却器(12)，高温高湿的井下空气与空气冷却器(12)进行显热交换，使得空气温度降低；同时，使得空气冷却器(12)中来自井上间接蒸发冷却系统的低温冷媒水温度升高；温度升高的冷媒水在冷媒水泵(10)的作用下，通过第一冷媒水管(9)输送到了井上间接蒸发冷却系统中；

步骤B3、初次降温后的空气再通入湿帘(13)，初次降温的空气将与湿帘(13)中的低温水进行充分的接触，湿帘(13)中的低温水将进行蒸发，继续吸收空气中的热量，使得空气进一步降温；

步骤B4、经过湿帘(13)降温后的空气在井下离心风机(14)的作用下，吹散到井下湿热环境中。

9.一种对权利要求1所述的矿井蒸发冷却降温装置进行控制的方法，其特征在于，该控制方法的具体步骤为：

步骤C1、所述控制器(40)通过阀门控制模块(42)打开井上间接蒸发冷却系统的补水阀(15)，将水池(8)中的水位补充到预定设定位置；

步骤C2、所述控制器(40)通过阀门控制模块(42)打开第一同轴阀(19)，同时，所述控制器(40)通过水泵控制模块(43)开启喷淋循环水泵(7)，使喷淋水经过多组喷雾器(4)开始喷淋；

步骤C3、所述控制器(40)通过风机控制模块(44)开启井上离心风机(5)，加强井上间接蒸发冷却系统内的空气循环，使得井上喷淋水的蒸发降温系统开始运行；

步骤C4、所述控制器(40)通过风机控制模块(44)开启井下离心风机(14)，井下空气通过井下直接蒸发冷却系统的空气环路开始循环；

步骤C5、打开三通旋塞阀(23)；

步骤C6、所述控制器(40)通过阀门控制模块(42)打开第二同轴阀(31)和第三同轴阀(34)，使得冷媒环路连通；同时，所述控制器(40)通过水泵控制模块(43)开启冷媒水泵(10)，冷媒环路开始运行，在经过井上间接蒸发冷却系统换热后，冷媒水温度降低；

步骤C7、所述控制器(40)通过阀门控制模块(42)打开进水阀(33)，向湿帘(13)内补充低温冷媒水；

步骤C8、在矿井蒸发冷却降温装置运行过程中，所述流量计(38)实时检测第一冷媒水管(9)内的水流量，所述控制器(40)采用复合控制算法控制补水泵(25)，向低温冷媒水环路中进行补水；所述水位检测模块(41)实时检测水池(8)内的水位，当检测到的水位值低于控制器(40)预先设置水位值时，所述控制器(40)通过阀门控制模块(42)打开补水阀(15)，将水池(8)中的水位补充到预定设定位置。

10.按照权利要求9所述的一种矿井蒸发冷却降温装置的控制方法，所述水泵控制模块(43)包括变频器，其特征在于：步骤C8中所述控制器(40)采用复合控制算法控制补水泵(25)的具体过程为：

所述控制器(40)根据公式e(k)＝lPS(k)?lS(k)对其第k次测量时初始水流量设定值lPS(k)与第k次采样得到的水流量测量值lS(k)作差，得到第k次采样时初始水流量设定值与水流量测量值的流量偏差e(k)；其中，k的取值为非0自然数；控制器(40)将流量偏差e(k)与预先设定的阈值进行对比，当流量偏差e(k)大于预先设定的阈值时，采用PD控制算法；当流量偏差e(k)不大于预先设定的阈值时，采用带前馈PD补偿的单神经元模糊PID控制算法，具体步骤为：

步骤D1、所述控制器(40)将流量偏差e(k)作为单神经元PID控制器的第一个分量输入信号，将其记作x1(k)；

步骤D2、所述控制器(40)根据公式Δe(k)＝e(k)?e(k?1)对其第k次采样时初始水流量设定值与水流量测量值的流量偏差e(k)与第k?1次采样时初始水流量设定值与水流量测量值的流量偏差e(k?1)作差，得到第k次采样时初始水流量设定值与水流量测量值的流量偏差变化量Δe(k)，作为单神经元PID控制器的第二个分量输入信号，将其记作x2(k)；

步骤D3、所述控制器(40)根据公式Δe(k?1)＝e(k?1)?e(k?2)对其第k?1次采样时初始水流量设定值与水流量测量值的流量偏差e(k?1)与第k?2次采样时初始水流量设定值与水流量测量值的流量偏差e(k?2)作差，得到第k?1次采样时初始水流量设定值与水流量测量值的流量偏差变化量Δe(k?1)；

步骤D4、所述控制器(40)根据公式Δe2(k)＝Δe(k)?Δe(k?1)对其第k次采样时初始水流量设定值与水流量测量值的流量偏差变化量Δe(k)与第k?1次采样时初始水流量设定值与水流量测量值的流量偏差变化量Δe(k?1)作差，将所得差值Δe2(k)，作为单神经元PID控制器的第三个分量输入信号，将其记作x3(k)；

步骤D5、所述控制器(40)根据公式 得到单神经元PID控制器的输入A，其中，i＝1,2,3，wi(k)为第k次测量、第i个输入信号xi(k)的连接权值；

步骤 D6、所述 控制器 (40) 中 单神经 元P ID控 制器的 算法 公式 为其中，up(k)为第k次测量时，单神经元PID控制器产生的控制输出信号，up(k?1)为第k?1次测量时，单神经元PID控制器产生的控制输出信号，K(k)为第k次测量时神经元的输出增益；

步骤D7、所述控制器(40)根据公式 采用有监督的Hebb学习规则，对连接权值进行调整，其中，w1(k)为第k次测量时第1个输入信号x1(k)的连接权值，w1(k?1)为第k?1次测量时第1个输入信号x1(k)的连接权值，w2(k)为第k次测量时第2个输入信号x2(k)的连接权值，w2(k?1)为第k?1次测量时第2个输入信号x2(k)的连接权值，w3(k)为第k次测量时第3个输入信号x3(k)的连接权值，w3(k?1)为第k?1次测量时第3个输入信号x3(k)的连接权值，ηI为积分学习速率，ηP为比例学习速率，ηD为微分学习速率，γi(k)为学习信号，z(k)为教师信号；

步骤D8、所述控制器(40)根据公式 对连接权值w1(k)、w2(k)和w3(k)进行规范化处理，其中，

步骤D9、所述控制器(40)采用模糊控制算法调整神经元输出增益K(k)，并将步骤D8处理得到的w′i(k)替换步骤D6公式 中wi(k)并整理 ，得到第k次 测量时 单神经元模 糊PI D控制器产生的控 制输出 量步骤D10、所述控制器(40)根据公式uf(k)＝lPS(k)Gr(S)，得到前馈PD补偿控制器的输出量uf(k)，其中，lPS(k)为第k次测量时的初始水流量设定值，Gr(S)为前馈PD通道的传递函数， Kp为比例系数，Kd为微分系数；

步骤D11、所述控制器(40)将单神经元模糊PID控制器产生的控制输出量up(k)与前馈PD补偿控制器的输出量uf(k)进行求和运算，得到带前馈PD补偿的单神经元模糊PID控制算法的输出量u(k)，即u(k)＝up(k)+uf(k)；

步骤D12、所述控制器(40)将输出量u(k)转换为模拟量的控制信号，输出到变频器中，通过变频器控制补水泵(25)，调节低温冷媒水环路中的补水量。

说明书： 一种矿井蒸发冷却降温装置及降温方法技术领域[0001] 本发明属于矿井制冷技术领域，具体涉及一种矿井蒸发冷却降温装置及降温方法。

背景技术[0002] 随着矿井采掘深度的增加，井下热害问题越来越严重，矿井集中制冷空调被广泛采用，但矿井集中制冷空调系统能耗大幅地增加了矿井开采总能耗，据统计，空调系统耗电

量约占矿井开采总耗电量的25％，研究高效节能的矿井空调系统是实现节能减排目标的关

键途径之一。

[0003] 气候条件对空调方案的制定影响重大，合理利用气候优势是空调节能的最佳选择，我国地域广阔，东、西部气候差异明显，约占国土面积一半的西北地区处在干旱、半干旱

区，根据气象台站数据统计，西北地区空气具有含湿量低，湿球温度低，露点温度低的特点，

利用这种干燥的空气，可以直接带走井下湿负荷，同时可以通过蒸发冷却技术获得冷量对

井下空气降温，从环境的角度来看，干燥空气可视作可再生能源，其节能环保意义明显。

[0004] 因此，如果能有一套针对西北地区气候特点，充分利用干燥空气这一自然环境条件的独特的矿井降温系统，将大大降低矿井开采能耗，但是，现有技术中，还没有这类矿井

降温系统。

发明内容[0005] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种矿井蒸发冷却降温装置及降温方法，其结构简单，设计合理，实现方便且成本低，结合矿井蒸发冷却

降温方法能够有效降低矿井内温度，节能减排，自然环保，使用效果好，便于推广使用。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种矿井蒸发冷却降温装置，包括设置在井上地面的井上间接蒸发冷却系统和设置在矿井下的井下直接蒸发冷却系统，以

及供水调节系统；

[0007] 所述井上间接蒸发冷却系统包括用于盛放循环水的圆形水池和设置在水池内的溢流管，所述溢流管的下端穿过水池底部与外界相连通，所述溢流管的上端外露在水池内

的液面以上，所述水池的底部设置有排水管，外露在水池外的一段排水管上设置有排水阀，

所述水池的侧面设置有第一补水管和喷淋循环水管，外露在水池外的一段第一补水管上设

置有补水阀，所述喷淋循环水管在水池内的一端连接有水过滤器，外露在水池外的一段喷

淋循环水管上设置有第一同轴阀和喷淋循环水泵，所述水池的上部通过多组矩形连接体固

定连接有井上间接蒸发冷却系统的上部壳体，所述多组矩形连接体的四周环绕布置有井上

空气过滤器，所述上部壳体内固定连接有位于井上空气过滤器上方的盘管，所述盘管上安

装有多组翼片，所述盘管的进口端连接有第一冷媒水管，所述第一冷媒水管上靠近盘管进

口端处设置有流量计，所述第一冷媒水管上连接有第二补水管，所述第二补水管上设置有

补水泵，所述盘管的出口端连接有第二冷媒水管，所述上部壳体内设置有位于盘管上方的

喷雾水管，所述喷雾水管的一端与喷淋循环水管连接，所述喷雾水管上并列安装有多个喷

雾器，所述上部壳体的顶部开口处安装有井上离心风机；

[0008] 所述井下直接蒸发冷却系统包括井下壳体，所述井下壳体内依次设置有井下空气过滤器、空气冷却器、湿帘和井下离心风机，所述空气冷却器的进口端通过第一连接管连接

有三通旋塞阀，所述第一连接管上设置有第二同轴阀，所述三通旋塞阀的进口端与第二冷

媒水管连接，所述三通旋塞阀的另一个出口端通过第二连接管与湿帘的进水口连接，所述

第二连接管上设置有进水阀，所述空气冷却器的出口端与第一冷媒水管连接，且在靠近空

气冷却器出口端的第一冷媒水管上依次设置有第三同轴阀和冷媒水泵；

[0009] 所述供水调节系统包括控制器和为所述供水调节系统中各用电模块供电的电源模块，所述控制器的输入端接有水位检测模块，所述控制器的输出端接有阀门控制模块、水

泵控制模块和风机控制模块，所述流量计与控制器的输入端连接，所述补水阀、第一同轴

阀、第二同轴阀、第三同轴阀和进水阀均与阀门控制模块的输出端连接，所述喷淋循环水

泵、冷媒水泵和补水泵均与水泵控制模块的输出端连接，所述井上离心风机和井下离心风

机均与风机控制模块的输出端连接。

[0010] 上述的一种矿井蒸发冷却降温装置，所述水池的底部设置有支撑底座。[0011] 上述的一种矿井蒸发冷却降温装置，所述水池和上部壳体的材质均为玻璃钢。[0012] 上述的一种矿井蒸发冷却降温装置，所述上部壳体的顶部为倒锥形开口结构。[0013] 上述的一种矿井蒸发冷却降温装置，所述湿帘的下部设置有用于存放积水的集水箱，所述集水箱的侧面靠近集水箱的底部设置有排水口。

[0014] 上述的一种矿井蒸发冷却降温装置，所述水位检测模块包括伸入水池内上部的高液位感应线和伸入水池内中部的中液位感应线，以及振荡电路和基准电压产生电路，所述

高液位感应线的一端和中液位感应线的一端均与振荡电路的输出端连接，所述高液位感应

线的另一端接有第一电压比较电路，所述中液位感应线的另一端接有第二电压比较电路，

所述第一电压比较电路的基准电压输入端和第二电压比较电路的基准电压输入端均与基

准电压产生电路的输出端连接，所述第一电压比较电路的输出端和第二电压比较电路的输

出端均与控制器的输入端连接。

[0015] 上述的一种矿井蒸发冷却降温装置，所述振荡电路包括运算放大器U1A，所述运算放大器U1A的同相输入端通过电阻R1与电源模块的+5电压输出端连接，且通过电阻R12接

地，所述运算放大器U1A的同相输入端与输出端之间接有电阻R3，所述运算放大器U1A的反

相输入端通过非极性电容C1接地，所述运算放大器U1A的反相输入端与输出端之间接有电

阻R2，所述运算放大器U1A的输出端为振荡电路的输出端SIG；所述基准电压产生电路包括

电阻R10、电阻R11和极性电容C10，所述电阻R10与电阻R11串联后的一端与电源模块的+5

电压输出端连接，另一端接地，所述电阻R10和电阻R11的连接端为基准电压产生电路的输

出端REF，所述电阻R10和电阻R11的连接端通过极性电容C10接地；所述第一电压比较电路

包括比较器U1B、整流二极管D1、整流二极管D2、非极性电容C2和电阻R5，所述整流二极管D1

的阴极和整流二极管D2的阳极均与非极性电容C2的一端连接，所述非极性电容C2的另一端

与高液位感应线的另一端连接，所述整流二极管D2的阴极、非极性电容C4的一端和电阻R4

的一端均与比较器U1B的反相输入端连接，所述整流二极管D1的阳极、非极性电容C4的另一

端和电阻R4的另一端均接地，所述比较器U1B的同相输入端与电阻R5的一端连接，所述电阻

R5的另一端为第一电压比较电路的参考电压输入端，所述比较器U1B的输出端为第一电压

比较电路的输出端OUT1，所述比较器U1B的同相输入端与输出端之间接有电阻R6；所述第二

电压比较电路包括比较器U1C、整流二极管D4、整流二极管D5、非极性电容C7和电阻R14，所

述整流二极管D4的阴极和整流二极管D5的阳极均与非极性电容C7的一端连接，所述非极性

电容C7的另一端与中液位感应线的另一端连接，所述整流二极管D5的阴极、非极性电容C9

的一端和电阻R13的一端均与比较器U1C的反相输入端连接，所述整流二极管D4的阳极、非

极性电容C9的另一端和电阻R13的另一端均接地，所述比较器U1C的同相输入端与电阻R14

的一端连接，所述电阻R14的另一端为第二电压比较电路的参考电压输入端，所述比较器

U1C的输出端为第二电压比较电路的输出端OUT2，所述比较器U1C的同相输入端与输出端之

间接有电阻R15。

[0016] 本发明还公开了一种矿井蒸发冷却降温装置的降温方法，包括井上间接蒸发冷却系统的降温方法和井下直接蒸发冷却系统的降温方法，所述井上间接蒸发冷却系统的降温

方法的具体步骤为：

[0017] 步骤A1、将井上间接蒸发冷却系统安装在井上地面通风处，将井下直接蒸发冷却系统安装在矿井下需要降温的环境中；

[0018] 步骤A2、将井上间接蒸发冷却系统的盘管进口端通过第一冷媒水管与井下直接蒸发冷却系统的空气冷却器出口端连接；

[0019] 步骤A3、将井上间接蒸发冷却系统的盘管出口端通过第二冷媒水管与井下直接蒸发冷却系统的三通旋塞阀进口端连接；

[0020] 步骤A4、将井下直接蒸发冷却系统的空气冷却器进口端通过第一连接管与三通旋塞阀的一个出口端连接；

[0021] 步骤A5、将井下直接蒸发冷却系统的湿帘进水口通过第二连接管与三通旋塞阀的另一个出口端连接；

[0022] 步骤A6、当井上间接蒸发冷却系统和井下直接蒸发冷却系统连接完成，正常工作时，井上高温度低湿度的空气从井上间接蒸发冷却系统四周通过井上空气过滤器进入到上

部壳体中，且在上部壳体内向上流动；同时，水池中的循环水在喷淋循环水泵的提升作用

下，通过喷淋循环水管到达上部壳体内部的喷雾水管中，经过多组喷雾器向下喷出循环水；

[0023] 步骤A7、当喷雾器向下喷出的循环水与上升的井外空气相遇时，循环水吸收空气中热量进行蒸发，空气温度降低，湿度增大；

[0024] 步骤A8、降温后的空气与上部壳体内的盘管以及盘管上安装的多组翼片接触，进行显热交换，使得盘管内的冷媒水温度降低；

[0025] 步骤A9、低温的冷媒水通过第二冷媒水管输送到井下直接蒸发冷却系统中，同时，经过与盘管进行了显热交换后的温度升高的空气，在井上离心风机的作用下，从井上间接

蒸发冷却系统的上部壳体顶部的开口区域排出；

[0026] 所述井下直接蒸发冷却系统的降温方法的具体步骤为：[0027] 步骤B1、矿井下高温高湿的空气通过井下空气过滤器，过滤掉一部分粉尘和颗粒物；

[0028] 步骤B2、过滤后的井下空气再通过井下空气冷却器，高温高湿的井下空气与空气冷却器进行显热交换，使得空气温度降低；同时，使得空气冷却器中来自井上间接蒸发冷却

系统的低温冷媒水温度升高；温度升高的冷媒水在冷媒水泵的作用下，通过第一冷媒水管

输送到了井上间接蒸发冷却系统中；

[0029] 步骤B3、初次降温后的空气再通入湿帘，初次降温的空气将与湿帘中的低温水进行充分的接触，湿帘中的低温水将进行蒸发，继续吸收空气中的热量，使得空气进一步降

温；

[0030] 步骤B4、经过湿帘降温后的空气在井下离心风机的作用下，吹散到井下湿热环境中。

[0031] 本发明还公开了一种矿井蒸发冷却降温装置的控制方法，该控制方法的具体步骤为：

[0032] 步骤C1、所述控制器通过阀门控制模块打开井上间接蒸发冷却系统的补水阀，将水池中的水位补充到预定设定位置；

[0033] 步骤C2、所述控制器通过阀门控制模块打开第一同轴阀，同时，所述控制器通过水泵控制模块开启喷淋循环水泵，使喷淋水经过多组喷雾器开始喷淋；

[0034] 步骤C3、所述控制器通过风机控制模块开启井上离心风机，加强井上间接蒸发冷却系统内的空气循环，使得井上喷淋水的蒸发降温系统开始运行；

[0035] 步骤C4、所述控制器通过风机控制模块开启井下离心风机，井下空气通过井下直接蒸发冷却系统的空气环路开始循环；

[0036] 步骤C5、打开三通旋塞阀；[0037] 步骤C6、所述控制器通过阀门控制模块打开第二同轴阀和第三同轴阀，使得冷媒环路连通；同时，所述控制器通过水泵控制模块开启冷媒水泵，冷媒环路开始运行，在经过

井上间接蒸发冷却系统换热后，冷媒水温度降低；

[0038] 步骤C7、所述控制器通过阀门控制模块打开进水阀，向湿帘内补充低温冷媒水；[0039] 步骤C8、在矿井蒸发冷却降温装置运行过程中，所述流量计实时检测第一冷媒水管内的水流量，所述控制器采用复合控制算法控制补水泵，向低温冷媒水环路中进行补水；

所述水位检测模块实时检测水池内的水位，当检测到的水位值低于控制器预先设置水位值

时，所述控制器通过阀门控制模块打开补水阀，将水池中的水位补充到预定设定位置。

[0040] 上述的控制方法步骤C8中所述控制器采用复合控制算法控制补水泵的具体过程为：

[0041] 所述控制器根据公式e(k)＝lPS(k)?lS(k)对其第k次测量时初始水流量设定值lPS(k)与第k次采样得到的水流量测量值lS(k)作差，得到第k次采样时初始水流量设定值与水

流量测量值的流量偏差e(k)；其中，k的取值为非0自然数；控制器将流量偏差e(k)与预先设

定的阈值进行对比，当流量偏差e(k)大于预先设定的阈值时，采用PD控制算法；当流量偏差

e(k)不大于预先设定的阈值时，采用带前馈PD补偿的单神经元模糊PID控制算法，具体步骤

为：

[0042] 步骤D1、所述控制器将流量偏差e(k)作为单神经元PID控制器的第一个分量输入信号，将其记作x1(k)；

[0043] 步骤D2、所述控制器根据公式Δe(k)＝e(k)?e(k?1)对其第k次采样时初始水流量设定值与水流量测量值的流量偏差e(k)与第k?1次采样时初始水流量设定值与水流量测量

值的流量偏差e(k?1)作差，得到第k次采样时初始水流量设定值与水流量测量值的流量偏

差变化量Δe(k)，作为单神经元PID控制器的第二个分量输入信号，将其记作x2(k)；

[0044] 步骤D3、所述控制器根据公式Δe(k?1)＝e(k?1)?e(k?2)对其第k?1次采样时初始水流量设定值与水流量测量值的流量偏差e(k?1)与第k?2次采样时初始水流量设定值与水

流量测量值的流量偏差e(k?2)作差，得到第k?1次采样时初始水流量设定值与水流量测量

值的流量偏差变化量Δe(k?1)；

[0045] 步骤D4、所述控制器根据公式Δe2(k)＝Δe(k)?Δe(k?1)对其第k次采样时初始水流量设定值与水流量测量值的流量偏差变化量Δe(k)与第k?1次采样时初始水流量设定

值与水流量测量值的流量偏差变化量Δe(k?1)作差，将所得差值Δe2(k)，作为单神经元

PID控制器的第三个分量输入信号，将其记作x3(k)；

[0046] 步骤D5、所述控制器根据公式 得到单神经元PID控制器的输入A，其中，i＝1,2,3，wi(k)为第k次测量、第i个输入信号xi(k)的连接权值；

[0047] 步 骤 D 6 、所 述 控 制 器 中 单 神 经 元 P I D 控 制 器的 算 法 公式 为其中，up(k)为第k次测量时，单神经元PID控

制器产生的控制输出信号，up(k?1)为第k?1次测量时，单神经元PID控制器产生的控制输出

信号，K(k)为第k次测量时神经元的输出增益；

[0048] 步骤D7、所述控制器根据公式 采用有监督的Hebb学习规则，对连接权值进行调整，其中，w1(k)为第k次测量时第1个输入信号x1(k)的连接权值，w1

(k?1)为第k?1次测量时第1个输入信号x1(k)的连接权值，w2(k)为第k次测量时第2个输入信

号x2(k)的连接权值，w2(k?1)为第k?1次测量时第2个输入信号x2(k)的连接权值，w3(k)为第

k次测量时第3个输入信号x3(k)的连接权值，w3(k?1)为第k?1次测量时第3个输入信号x3(k)

的连接权值，ηI为积分学习速率，ηP为比例学习速率，ηD为微分学习速率，γi(k)为学习信

号，z(k)为教师信号；

[0049] 步骤D8、所述控制器根据公式 对连接权值w1(k)、w2(k)和w3(k)进行规范化处理，其中，

[0050][0051] 步骤D9、所述控制器采用模糊控制算法调整神经元输出增益K(k)，并将步骤D8处理得到的w′i(k)替换步骤D6公式 中wi(k)并

整理 ，得到第k次 测量时单神经元模 糊PI D控制器产生的控 制输出 量

[0052] 步骤D10、所述控制器根据公式uf(k)＝lPS(k)Gr(S)，得到前馈PD补偿控制器的输出量uf(k)，其中，lPS(k)为第k次测量时的初始水流量设定值，Gr(S)为前馈PD通道的传递函

数， Kp为比例系数，Kd为微分系数；

[0053] 步骤D11、所述控制器将单神经元模糊PID控制器产生的控制输出量up(k)与前馈PD补偿控制器的输出量uf(k)进行求和运算，得到带前馈PD补偿的单神经元模糊PID控制算

法的输出量u(k)，即u(k)＝up(k)+uf(k)；

[0054] 步骤D12、所述控制器将输出量u(k)转换为模拟量的控制信号，输出到变频器中，通过变频器控制补水泵，调节低温冷媒水环路中的补水量。

[0055] 本发明与现有技术相比具有以下优点：[0056] 1、本发明的矿井蒸发冷却降温装置的结构简单，设计合理，实现方便且成本低。[0057] 2、本发明的矿井蒸发冷却降温装置，采用了蒸发冷却的方式，通过井上间接蒸发冷却方式降低了冷媒水的温度，通过井下直接蒸发冷却方式，降低了矿井内空气的温度，能

够有效降低矿井内温度。

[0058] 3、本发明的矿井蒸发冷却降温装置，动力设备主要使用了泵与风机，与传统的矿井降温空调装置相比较，耗电量大大降低，节能减排。

[0059] 4、本发明的矿井蒸发冷却降温装置，利用蒸发冷却的方式，与传统矿井降温系统相比较，没有设置压缩机，没有使用制冷剂，对环境不会产生破坏，对环境零污染，自然环

保。

[0060] 5、本发明的矿井蒸发冷却降温装置及降温方法，原理简单，能够有效降低矿井内温度，使用效果好，便于推广使用。

[0061] 综上所述，本发明的矿井蒸发冷却降温装置结构简单，设计合理，实现方便且成本低，结合矿井蒸发冷却降温方法能够有效降低矿井内温度，节能减排，自然环保，使用效果

好，便于推广使用。

[0062] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。附图说明[0063] 图1为本发明的结构示意图；[0064] 图2为本发明水池与上部壳体连接结构示意图；[0065] 图3为本发明水池的结构示意图；[0066] 图4为本发明湿帘的结构示意图；[0067] 图5为本发明井上间接蒸发冷却系统空气处理过程焓湿图；[0068] 图6为本发明井下直接蒸发冷却系统空气处理过程焓湿图；[0069] 图7为本发明控制器与其他单元的连接关系示意图；[0070] 图8为本发明水位检测模块的电路原理框图；[0071] 图9为本发明振荡电路的电路原理图；[0072] 图10为本发明基准电压产生电路的电路原理图；[0073] 图11为本发明第一电压比较电路和第二电压比较电路的电路原理图。[0074] 附图标记说明:[0075] 1—井上空气过滤器； 2—盘管； 3—翼片；[0076] 4—喷雾器； 5—井上离心风机； 6—喷淋循环水管；[0077] 7—喷淋循环水泵； 8—水池； 9—第一冷媒水管；[0078] 10—冷媒水泵； 11—井下空气过滤器； 12—空气冷却器；[0079] 13—湿帘； 14—井下离心风机； 15—补水阀；[0080] 16—第一补水管； 17—上部壳体； 18—排水管；[0081] 19—第一同轴阀； 20—溢流管； 21—排水阀；[0082] 22—水过滤器； 23—三通旋塞阀； 24—支撑底座；[0083] 25—补水泵； 26—矩形连接体； 27—第二冷媒水管；[0084] 28—喷雾水管； 29—井下壳体； 30—第一连接管；[0085] 31—第二同轴阀； 32—第二连接管； 33—进水阀；[0086] 34—第三同轴阀； 35—集水箱； 36—排水口；[0087] 38—流量计； 39—第二补水管； 40—控制器；[0088] 41—水位检测模块； 41?1—高液位感应线； 41?2—中液位感应线；[0089] 41?3—振荡电路； 41?4—基准电压产生电路；[0090] 41?6—第一电压比较电路； 41?7—第二电压比较电路；[0091] 42—阀门控制模块； 43—水泵控制模块； 44—风机控制模块；[0092] 45—电源模块。具体实施方式[0093] 如图1和图2所示，本发明包括设置在井上地面的井上间接蒸发冷却系统和设置在矿井下的井下直接蒸发冷却系统，以及供水调节系统；

[0094] 所述井上间接蒸发冷却系统包括用于盛放循环水的圆形水池8和设置在水池8内的溢流管20，所述溢流管20的下端穿过水池8底部与外界相连通，所述溢流管20的上端外露

在水池8内的液面以上，所述水池8的底部设置有排水管18，外露在水池8外的一段排水管18

上设置有排水阀21，所述水池8的侧面设置有第一补水管16和喷淋循环水管6，外露在水池8

外的一段第一补水管16上设置有补水阀15，所述喷淋循环水管6在水池8内的一端连接有水

过滤器22，外露在水池8外的一段喷淋循环水管6上设置有第一同轴阀19和喷淋循环水泵7，

所述水池8的上部通过多组矩形连接体26固定连接有井上间接蒸发冷却系统的上部壳体

17，所述多组矩形连接体26的四周环绕布置有井上空气过滤器1，所述上部壳体17内固定连

接有位于井上空气过滤器1上方的盘管2，所述盘管2上安装有多组翼片3，所述盘管2的进口

端连接有第一冷媒水管9，所述第一冷媒水管9上靠近盘管2进口端处设置有流量计38，所述

第一冷媒水管9上连接有第二补水管39，所述第二补水管39上设置有补水泵25，所述盘管2

的出口端连接有第二冷媒水管27，所述上部壳体17内设置有位于盘管2上方的喷雾水管28，

所述喷雾水管28的一端与喷淋循环水管6连接，所述喷雾水管28上并列安装有多个喷雾器

4，所述上部壳体17的顶部开口处安装有井上离心风机5；

[0095] 具体实施时，盘管2上安装的翼片3增大了盘管2与空气的接触面积，提高了盘管2与空气之间的换热效率；井上离心风机5用于加快井上间接蒸发冷却系统的空气流动。

[0096] 所述井下直接蒸发冷却系统包括井下壳体29，所述井下壳体29内依次设置有井下空气过滤器11、空气冷却器12、湿帘13和井下离心风机14，所述空气冷却器12的进口端通过

第一连接管30连接有三通旋塞阀23，所述第一连接管30上设置有第二同轴阀31，所述三通

旋塞阀23的进口端与第二冷媒水管27连接，所述三通旋塞阀23的另一个出口端通过第二连

接管32与湿帘13的进水口连接，所述第二连接管32上设置有进水阀33，所述空气冷却器12

的出口端与第一冷媒水管9连接，且在靠近空气冷却器12出口端的第一冷媒水管9上依次设

置有第三同轴阀34和冷媒水泵10；

[0097] 所述供水调节系统包括控制器40和为所述供水调节系统中各用电模块供电的电源模块45，所述控制器40的输入端接有水位检测模块41，所述控制器40的输出端接有阀门

控制模块42、水泵控制模块43和风机控制模块44，所述流量计38与控制器40的输入端连接，

所述补水阀15、第一同轴阀19、第二同轴阀31、第三同轴阀34和进水阀33均与阀门控制模块

42的输出端连接，所述喷淋循环水泵7、冷媒水泵10和补水泵25均与水泵控制模块43的输出

端连接，所述井上离心风机5和井下离心风机14均与风机控制模块44的输出端连接。

[0098] 本实施例中，如图3所示，所述水池8的底部设置有支撑底座24。[0099] 本实施例中，所述水池8和上部壳体17的材质均为玻璃钢。[0100] 本实施例中，如图1所示，所述上部壳体17的顶部为倒锥形开口结构。[0101] 具体实施时，圆形的上部壳体17倒锥形开口结构能够产生一定的烟囱效应，有益于井上间接蒸发冷却系统内热空气的排出。

[0102] 本实施例中，如图4所示，所述湿帘13的下部设置有用于存放积水的集水箱35，所述集水箱35的侧面靠近集水箱35的底部设置有排水口36。

[0103] 本实施例中，所述水位检测模块41包括伸入水池8内上部的高液位感应线41?1和伸入水池8内中部的中液位感应线41?2，以及振荡电路41?3和基准电压产生电路41?4，所述

高液位感应线41?1的一端和中液位感应线41?2的一端均与振荡电路41?3的输出端连接，所

述高液位感应线41?1的另一端接有第一电压比较电路41?6，所述中液位感应线41?2的另一

端接有第二电压比较电路41?7，所述第一电压比较电路41?6的基准电压输入端和第二电压

比较电路41?7的基准电压输入端均与基准电压产生电路41?4的输出端连接，所述第一电压

比较电路41?6的输出端和第二电压比较电路41?7的输出端均与控制器40的输入端连接。

[0104] 具体实施时，所述高液位感应线41?1和中液位感应线41?2均由镀锡铜线构成。[0105] 本实施例中，所述振荡电路41?3包括运算放大器U1A，所述运算放大器U1A的同相输入端通过电阻R1与电源模块45的+5电压输出端连接，且通过电阻R12接地，所述运算放

大器U1A的同相输入端与输出端之间接有电阻R3，所述运算放大器U1A的反相输入端通过非

极性电容C1接地，所述运算放大器U1A的反相输入端与输出端之间接有电阻R2，所述运算放

大器U1A的输出端为振荡电路41?3的输出端SIG；所述基准电压产生电路41?4包括电阻R10、

电阻R11和极性电容C10，所述电阻R10与电阻R11串联后的一端与电源模块45的+5电压输

出端连接，另一端接地，所述电阻R10和电阻R11的连接端为基准电压产生电路41?4的输出

端REF，所述电阻R10和电阻R11的连接端通过极性电容C10接地；所述第一电压比较电路

41?6包括比较器U1B、整流二极管D1、整流二极管D2、非极性电容C2和电阻R5，所述整流二极

管D1的阴极和整流二极管D2的阳极均与非极性电容C2的一端连接，所述非极性电容C2的另

一端与高液位感应线41?1的另一端连接，所述整流二极管D2的阴极、非极性电容C4的一端

和电阻R4的一端均与比较器U1B的反相输入端连接，所述整流二极管D1的阳极、非极性电容

C4的另一端和电阻R4的另一端均接地，所述比较器U1B的同相输入端与电阻R5的一端连接，

所述电阻R5的另一端为第一电压比较电路41?6的参考电压输入端，所述比较器U1B的输出

端为第一电压比较电路41?6的输出端OUT1，所述比较器U1B的同相输入端与输出端之间接

有电阻R6；所述第二电压比较电路41?7包括比较器U1C、整流二极管D4、整流二极管D5、非极

性电容C7和电阻R14，所述整流二极管D4的阴极和整流二极管D5的阳极均与非极性电容C7

的一端连接，所述非极性电容C7的另一端与中液位感应线41?2的另一端连接，所述整流二

极管D5的阴极、非极性电容C9的一端和电阻R13的一端均与比较器U1C的反相输入端连接，

所述整流二极管D4的阳极、非极性电容C9的另一端和电阻R13的另一端均接地，所述比较器

U1C的同相输入端与电阻R14的一端连接，所述电阻R14的另一端为第二电压比较电路41?7

的参考电压输入端，所述比较器U1C的输出端为第二电压比较电路41?7的输出端OUT2，所述

比较器U1C的同相输入端与输出端之间接有电阻R15。

[0106] 具体实施时，所述振荡电路41?3中，电阻R1和电阻R12对电源模块45的+5电压进行分压，电阻R3为正反馈电阻，共同为运算放大器U1A的同相输入端提供基准电压+，运算

放大器U1A的反相输入端电压?取自由电阻R2、电容C1组成的积分电路中电容C1的两端，+

与?进行比较决定振荡电路3的输出端SIG输出电压的高低，由于电容C1不断在正反两个方

向充电和放电，使?的电压不断大于+和小于+，振荡电路3的输出端SIG输出的电压也就

不断在高低电平间翻转，这样就产生了所需的振荡信号；所述基准电压产生电路41?4由电

阻R10与电阻R11串联分压获得基准电压，极性电容C10起到了进一步稳定基准电压的作用；

所述第一电压比较电路41?6中，非极性电容C2为耦合电容，整流二极管D1和整流二极管D2

用于整流，非极性电容C4用于滤波，在电阻R4上形成整流滤波后的电压为比较器U1B的反相

输入端电压，比较器U1B的同相输入端电压由基准电压产生电路41?4提供；比较器U1B将其

同相输入端电压和反相输入端电压进行比较，当同相输入端电压大于反相输入端电压时输

出高电平，反之当反相输入端电压大于同相输入端电压时输出低电平；所述第二电压比较

电路41?7中，非极性电容C7为耦合电容，整流二极管D4和整流二极管D5用于整流，非极性电

容C9用于滤波，在电阻R13上形成整流滤波后的电压为比较器U1C的反相输入端电压，比较

器U1C的同相输入端电压由基准电压产生电路41?4提供；比较器U1C将其同相输入端电压和

反相输入端电压进行比较，当同相输入端电压大于反相输入端电压时输出高电平，反之当

反相输入端电压大于同相输入端电压时输出低电平。

[0107] 本发明的井上间接蒸发冷却系统的降温方法的具体步骤为：[0108] 步骤A1、将井上间接蒸发冷却系统安装在井上地面通风处，将井下直接蒸发冷却系统安装在矿井下需要降温的环境中；

[0109] 步骤A2、将井上间接蒸发冷却系统的盘管2进口端通过第一冷媒水管9与井下直接蒸发冷却系统的空气冷却器12出口端连接；

[0110] 步骤A3、将井上间接蒸发冷却系统的盘管2出口端通过第二冷媒水管27与井下直接蒸发冷却系统的三通旋塞阀23进口端连接；

[0111] 步骤A4、将井下直接蒸发冷却系统的空气冷却器12进口端通过第一连接管30与三通旋塞阀23的一个出口端连接；

[0112] 步骤A5、将井下直接蒸发冷却系统的湿帘13进水口通过第二连接管32与三通旋塞阀23的另一个出口端连接；

[0113] 步骤A6、当井上间接蒸发冷却系统和井下直接蒸发冷却系统连接完成，正常工作时，井上高温度低湿度的空气从井上间接蒸发冷却系统四周通过井上空气过滤器1进入到

上部壳体17中，且在上部壳体17内向上流动；同时，水池8中的循环水在喷淋循环水泵7的提

升作用下，通过喷淋循环水管6到达上部壳体17内部的喷雾水管28中，经过多组喷雾器4向

下喷出循环水；

[0114] 步骤A7、当喷雾器4向下喷出的循环水与上升的井外空气相遇时，循环水吸收空气中热量进行蒸发，空气温度降低，湿度增大；

[0115] 步骤A8、降温后的空气与上部壳体17内的盘管2以及盘管2上安装的多组翼片3接触，进行显热交换，使得盘管2内的冷媒水温度降低；

[0116] 步骤A9、低温的冷媒水通过第二冷媒水管27输送到井下直接蒸发冷却系统中，同时，经过与盘管2进行了显热交换后的温度升高的空气，在井上离心风机5的作用下，从井上

间接蒸发冷却系统的上部壳体17顶部的开口区域排出；

[0117] 具体实施时，如图5所示，在西北地区较干燥的气候条件下，室外空气整天呈现出高温度低湿度的状态，室外空气状态点W，此时的温度为室外空气干球温度，井上空气从四

周通过井上空气过滤器1进入到井上间接蒸发冷却系统中，由于空气温度较高会沿着井上

间接蒸发冷却系统的上部壳体17内部向上运动，同时，喷淋循环水在喷淋循环水泵7的提升

作用下，在喷淋循环水管6中到达井上间接蒸发冷却系统内部的喷雾水管28中，经过喷雾器

4向下喷出循环水，向下喷出的循环水在下落过程中与上升的井外空气相遇，由于井外空气

温度较高，循环水温度较低，水吸收了一部分空气的热量进行了蒸发，形成水蒸气，导致空

气的温度降低，相对湿度增大，此时，空气处理过程是一个等焓的过程，最终的空气状态点

会沿等焓线到达机器露点温度L，在此过程中会消耗一定的循环水量，可通过补水管16进行

补水，经过蒸发降温后的空气同时与井上的盘管2进行了显热交换，空气经历了等湿加热的

过程，空气的温度会升高，但含湿量不会增加，空气状态到达P点，在井上离心风机5的作用

下，从井上间接蒸发冷却系统的上部壳体17顶部的开口区域排出。

[0118] 本发明的井下直接蒸发冷却系统的降温方法的具体步骤为：[0119] 步骤B1、矿井下高温高湿的空气通过井下空气过滤器11，过滤掉一部分粉尘和颗粒物；

[0120] 步骤B2、过滤后的井下空气再通过井下空气冷却器12，高温高湿的井下空气与空气冷却器12进行显热交换，使得空气温度降低；同时，使得空气冷却器12中来自井上间接蒸

发冷却系统的低温冷媒水温度升高；温度升高的冷媒水在冷媒水泵10的作用下，通过第一

冷媒水管9输送到了井上间接蒸发冷却系统中；

[0121] 步骤B3、初次降温后的空气再通入湿帘13，初次降温的空气将与湿帘13中的低温水进行充分的接触，湿帘13中的低温水将进行蒸发，继续吸收空气中的热量，使得空气进一

步降温；

[0122] 步骤B4、经过湿帘13降温后的空气在井下离心风机14的作用下，吹散到井下湿热环境中。

[0123] 具体实施时，如图6所示，矿井下的空气一般为高温高湿的空气，同时会携带大量的粉尘和颗粒物，对应的空气状态点定为W，在实施过程中，首先让高温高湿的井下空气通

过井下空气过滤器11，过滤掉一部分粉尘和颗粒物，经过井下空气过滤器11之后再通过井

下空气冷却器12，高温高湿的井下空气与空气冷却器12进行了显热交换，使得空气的温度

降低，含湿量保持不变，此时的空气状态到了W1点状态，这个过程是一个等湿冷却的过程；

空气冷却器12中的低温冷媒水来自于井上间接蒸发冷却系统，经过第一冷媒水管9输送来

的低温冷媒水在经过三通旋塞阀23之后，一个支路输送到了空气冷却器12中，低温冷媒水

进入空气冷却器12之后，再与高温高湿空气进行了显热交换之后，会使的冷媒水的温度升

高，温度升高的冷媒水在冷媒水泵10的作用下，输送到了井上，再次经过井上间接蒸发冷却

系统中的盘管2进行降温，如此往复循环；经过空气冷却器12的空气通入湿帘13，在湿帘13

中，经过初次降温的空气将和湿帘13中的水进行充分的接触，由于空气温度会高于水的温

度，此时湿帘13中吸附的水将开始蒸发，蒸发时将会吸收空气中的热量作为水蒸发时所需

的潜热，此时空气的状态将经过等焓过程，温度降低，含湿量增加，最终达到焓湿图上的L

点；经过三通旋塞阀23之后的另一支路冷媒水会输送到湿帘13处，当湿帘13内需要补充冷

媒水时，打开湿帘13上部的第三旋拧阀31，冷媒水通过湿帘13内部的布水器均匀地喷散到

湿帘13中，经过湿帘13的空气在井下离心风机14的作用下，吹散到井下湿热环境中；在经过

井下离心风机14时，由于井下离心风机14的散热，会使得空气温度产生一个较小的温升，此

过程，含湿量不会发生变化，最后出口处的空气状态会达到焓湿图中O点的位置，至此，井下

高温空气将会被冷却，井下环境温度会得到一定的降低。

[0124] 本发明的矿井蒸发冷却降温装置的控制方法的具体步骤为：[0125] 步骤C1、所述控制器40通过阀门控制模块42打开井上间接蒸发冷却系统的补水阀15，将水池8中的水位补充到预定设定位置；

[0126] 步骤C2、所述控制器40通过阀门控制模块42打开第一同轴阀19，同时，所述控制器40通过水泵控制模块43开启喷淋循环水泵7，使喷淋水经过多组喷雾器4开始喷淋；

[0127] 步骤C3、所述控制器40通过风机控制模块44开启井上离心风机5，加强井上间接蒸发冷却系统内的空气循环，使得井上喷淋水的蒸发降温系统开始运行；

[0128] 步骤C4、所述控制器40通过风机控制模块44开启井下离心风机14，井下空气通过井下直接蒸发冷却系统的空气环路开始循环；

[0129] 步骤C5、打开三通旋塞阀23；[0130] 步骤C6、所述控制器40通过阀门控制模块42打开第二同轴阀31和第三同轴阀34，使得冷媒环路连通；同时，所述控制器40通过水泵控制模块43开启冷媒水泵10，冷媒环路开

始运行，在经过井上间接蒸发冷却系统换热后，冷媒水温度降低；

[0131] 步骤C7、所述控制器40通过阀门控制模块42打开进水阀33，向湿帘13内补充低温冷媒水；

[0132] 步骤C8、在矿井蒸发冷却降温装置运行过程中，所述流量计38实时检测第一冷媒水管9内的水流量，所述控制器40采用复合控制算法控制补水泵25，向低温冷媒水环路中进

行补水；所述水位检测模块41实时检测水池8内的水位，当检测到的水位值低于控制器40预

先设置水位值时，所述控制器40通过阀门控制模块42打开补水阀15，将水池8中的水位补充

到预定设定位置。

[0133] 本发明控制方法中，步骤C8中所述控制器40采用复合控制算法控制补水泵25的具体过程为：

[0134] 所述控制器40根据公式e(k)＝lPS(k)?lS(k)对其第k次测量时初始水流量设定值lPS(k)与第k次采样得到的水流量测量值lS(k)作差，得到第k次采样时初始水流量设定值与

水流量测量值的流量偏差e(k)；其中，k的取值为非0自然数；控制器40将流量偏差e(k)与预

先设定的阈值进行对比，当流量偏差e(k)大于预先设定的阈值时，采用PD控制算法；当流量

偏差e(k)不大于预先设定的阈值时，采用带前馈PD补偿的单神经元模糊PID控制算法，具体

步骤为：

[0135] 步骤D1、所述控制器40将流量偏差e(k)作为单神经元PID控制器的第一个分量输入信号，将其记作x1(k)；

[0136] 步骤D2、所述控制器40根据公式Δe(k)＝e(k)?e(k?1)对其第k次采样时初始水流量设定值与水流量测量值的流量偏差e(k)与第k?1次采样时初始水流量设定值与水流量测

量值的流量偏差e(k?1)作差，得到第k次采样时初始水流量设定值与水流量测量值的流量

偏差变化量Δe(k)，作为单神经元PID控制器的第二个分量输入信号，将其记作x2(k)；

[0137] 步骤D3、所述控制器40根据公式Δe(k?1)＝e(k?1)?e(k?2)对其第k?1次采样时初始水流量设定值与水流量测量值的流量偏差e(k?1)与第k?2次采样时初始水流量设定值与

水流量测量值的流量偏差e(k?2)作差，得到第k?1次采样时初始水流量设定值与水流量测

量值的流量偏差变化量Δe(k?1)；

[0138] 步骤D4、所述控制器40根据公式Δe2(k)＝Δe(k)?Δe(k?1)对其第k次采样时初始水流量设定值与水流量测量值的流量偏差变化量Δe(k)与第k?1次采样时初始水流量设

定值与水流量测量值的流量偏差变化量Δe(k?1)作差，将所得差值Δe2(k)，作为单神经元

PID控制器的第三个分量输入信号，将其记作x3(k)；

[0139] 步骤D5、所述控制器40根据公式 得到单神经元PID控制器的输入A，其中，i＝1,2,3，wi(k)为第k次测量、第i个输入信号xi(k)的连接权值；

[0140] 步骤D 6、所述控 制器40中 单神经元P ID控制器的 算法公式 为其中，up(k)为第k次测量时，单神经元PID控

制器产生的控制输出信号，up(k?1)为第k?1次测量时，单神经元PID控制器产生的控制输出

信号，K(k)为第k次测量时神经元的输出增益；

[0141] 步骤D7、所述控制器40根据公式 采用有监督的Hebb学习规则，对连接权值进行调整，其中，w1(k)为第k次测量时第1个输入信号x1(k)的连接权

值，w1(k?1)为第k?1次测量时第1个输入信号x1(k)的连接权值，w2(k)为第k次测量时第2个

输入信号x2(k)的连接权值，w2(k?1)为第k?1次测量时第2个输入信号x2(k)的连接权值，w3

(k)为第k次测量时第3个输入信号x3(k)的连接权值，w3(k?1)为第k?1次测量时第3个输入信

号x3(k)的连接权值，ηI为积分学习速率，ηP为比例学习速率，ηD为微分学习速率，γi(k)为学

习信号，z(k)为教师信号；

[0142] 步骤D8、所述控制器40根据公式 对连接权值w1(k)、w2(k)和w3(k)进行规范化处理，其中，

[0143][0144] 步骤D9、所述控制器40采用模糊控制算法调整神经元输出增益K(k)，并将步骤D8处理得到的w′i(k)替换步骤D6公式 中wi(k)

并整理，得到第k次测量时单神经元模糊PID控制器产生的控制输出量

[0145] 步骤D10、所述控制器40根据公式uf(k)＝lPS(k)Gr(S)，得到前馈PD补偿控制器的输出量uf(k)，其中，lPS(k)为第k次测量时的初始水流量设定值，Gr(S)为前馈PD通道的传递

函数， Kp为比例系数，Kd为微分系数；

[0146] 步骤D11、所述控制器40将单神经元模糊PID控制器产生的控制输出量up(k)与前馈PD补偿控制器的输出量uf(k)进行求和运算，得到带前馈PD补偿的单神经元模糊PID控制

算法的输出量u(k)，即u(k)＝up(k)+uf(k)；

[0147] 步骤D12、所述控制器40将输出量u(k)转换为模拟量的控制信号，输出到变频器中，通过变频器控制补水泵25，调节低温冷媒水环路中的补水量。

[0148] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技

术方案的保护范围内。