高溫礦井井巷熱質(zhì)交換理論及降溫技術(shù)研究.pdf

1、隨著淺部礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)殆盡，礦山開(kāi)采逐漸向深部發(fā)展，地溫高、采掘工作面氣溫高的現(xiàn)象不可避免，礦井熱害將成為繼頂板、瓦斯、水、火、粉塵五大災(zāi)害的第六大災(zāi)害，而且，其危害將超過(guò)其它災(zāi)害。因此，對(duì)高溫礦井熱害防治理論及技術(shù)研究有十分重要的意義。
　　 本論文對(duì)高溫礦井井巷熱質(zhì)交換理論及采掘工作面降溫技術(shù)進(jìn)行了研究。研究的具體內(nèi)容和取得的研究成果如下：
　　 1.研究?jī)?nèi)容：濕潤(rùn)巷道表面對(duì)流換熱量簡(jiǎn)化計(jì)算法，預(yù)測(cè)高溫礦井風(fēng)流狀態(tài)參

2、數(shù)的方法，采掘工作面冷負(fù)荷計(jì)算法，確保采掘工作面降溫效果的空冷器出風(fēng)參數(shù)及安裝位置確定方法，大焓降、大溫降礦用空冷器的開(kāi)發(fā)。
　　 2.研究方法：采用理論分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行研究，并借助MATLAB計(jì)算軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
　　 3.主要成果：
　　 (1)以濕壁巷道與風(fēng)流間的對(duì)流換熱為研究對(duì)象，通過(guò)引入劉伊斯(Lewis)關(guān)系、將水蒸汽分壓力和水的汽化潛熱用溫度的線性關(guān)系表示、引入潛熱比系數(shù)和巷道

3、表面濕度系數(shù)，并進(jìn)行合理簡(jiǎn)化處理，從理論上得出了計(jì)算濕潤(rùn)巷道與風(fēng)流間潛熱交換量及濕交換量的簡(jiǎn)化計(jì)算式。分析得出：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，完全濕潤(rùn)表面的潛熱交換量約為顯熱交換量的3.935倍，部分濕潤(rùn)巷道表面潛熱交換量與濕潤(rùn)程度有關(guān)，約為顯熱交換量的0.2～1.57倍。
　　 (2)針對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有礦井風(fēng)流熱力參數(shù)預(yù)測(cè)方法多為綜合各種影響因素、并高度歸納成單一數(shù)學(xué)表達(dá)式的處理方式所存在的弊端，提出了采用多個(gè)關(guān)聯(lián)數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)的方法。建立的新的

4、預(yù)測(cè)模型表達(dá)式簡(jiǎn)單可靠，既能用手工完成計(jì)算，也可借助常用計(jì)算軟件編寫簡(jiǎn)單程序完成。
　　 (3)基于以往采掘工作面冷負(fù)荷確定方法考慮因素多而復(fù)雜的問(wèn)題，結(jié)合“原巖溫度高于31℃的地區(qū)為一級(jí)熱害區(qū)、高于37℃的地區(qū)為二級(jí)熱害區(qū)”的劃分原理，論證了礦井原巖溫度低于30℃以下的采掘工作面不會(huì)出現(xiàn)高溫現(xiàn)象。提出了“只計(jì)算原巖溫度超過(guò)30℃以上部分圍巖及水體放出的熱量作為工作面空間降溫冷負(fù)荷”的簡(jiǎn)化計(jì)算新方法。
　　 (4)提出了

5、末端空冷器裝機(jī)容量應(yīng)包括“進(jìn)風(fēng)流冷負(fù)荷、工作面冷負(fù)荷及輸送冷損失”三大部分的觀點(diǎn)，并建立了計(jì)算進(jìn)風(fēng)流冷負(fù)荷、沿途冷損失的數(shù)學(xué)模型，論述了空冷器出口狀態(tài)參數(shù)及空冷器安裝位置的確定方法。
　　 (5)論證了“杜絕冷風(fēng)流輸送過(guò)程中溫度升高是不可能的，但杜絕冷風(fēng)流輸送過(guò)程中不吸濕是有可能的；冷風(fēng)流吸收1克水蒸氣損失的冷量是溫度升高1℃損失冷量的2.5倍”，得出了“減少冷風(fēng)流中的水蒸氣量更有利于保冷”的結(jié)論。因此，提出了“隔濕保冷”新理念

6、。并運(yùn)用該理念，實(shí)現(xiàn)冷風(fēng)筒不保溫情況下冷量的長(zhǎng)距離輸送。
　　 (6)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的拼裝式大溫降、大焓降、大風(fēng)量、干燥能力強(qiáng)的噴水室可將地面35～39℃的高溫空氣處理到5～10℃左右，溫降幅度可達(dá)30℃左右，空氣焓降在90kJ/kg左右，每個(gè)噴水室每小時(shí)可從風(fēng)流中冷凝1180kg水（處理風(fēng)量為700m3/min）。
　　 (7)開(kāi)發(fā)了一種適用于礦井建設(shè)期間井筒及長(zhǎng)距離大巷掘進(jìn)工作面的熱害防治技術(shù)。
　　 4.論文主要

7、創(chuàng)新點(diǎn)：
　　 (1)提出了將巷道表面水分蒸發(fā)潛熱交換量及濕交換量用巷道壁面溫度與風(fēng)流溫度之差表達(dá)的新方法，并通過(guò)引入潛熱比系數(shù)的概念，將濕潤(rùn)巷道表面潛熱交換量表示成了顯熱換熱量的倍數(shù)，簡(jiǎn)化了已有井巷表面對(duì)流換熱量和濕交換量的復(fù)雜計(jì)算方法。
　　 (2)依據(jù)一級(jí)熱害礦井和二級(jí)熱害礦井的劃分原理，論證了礦井原巖溫度低于30℃以下的采掘工作面不會(huì)出現(xiàn)高溫現(xiàn)象。提出“只計(jì)算原巖溫度超過(guò)30℃以上部分圍巖及水體放出的熱量作為采掘

8、工作面空間降溫冷負(fù)荷”的簡(jiǎn)化計(jì)算新方法。
　　 (3)論證了“杜絕冷風(fēng)流輸送過(guò)程中溫度升高是不可能的，但杜絕冷風(fēng)流輸送過(guò)程中不吸濕是有可能的；冷風(fēng)流吸收1克水蒸氣損失的冷量是溫度升高1℃損失冷量的2.5倍”，得出了“減少冷風(fēng)流中的水蒸氣量更有利于保冷”的結(jié)論。提出了“隔濕保冷”新理念。并運(yùn)用該理念，實(shí)現(xiàn)冷風(fēng)筒不保溫情況下冷量的長(zhǎng)距離輸送。
　　 (4)結(jié)合“隔濕保冷”理念，提出將蒸發(fā)冷卻技術(shù)作為礦井降溫系統(tǒng)冷風(fēng)長(zhǎng)距離輸送