高溫礦井井巷熱質(zhì)交換理論及降溫技術研究.pdf

1、隨著淺部礦產(chǎn)資源的開發(fā)殆盡，礦山開采逐漸向深部發(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、粉塵五大災害的第六大災害，而且，其危害將超過其它災害。因此，對高溫礦井熱害防治理論及技術研究有十分重要的意義。
　　 本論文對高溫礦井井巷熱質(zhì)交換理論及采掘工作面降溫技術進行了研究。研究的具體內(nèi)容和取得的研究成果如下：
　　 1.研究內(nèi)容：濕潤巷道表面對流換熱量簡化計算法，預測高溫礦井風流狀態(tài)參

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

3、表面濕度系數(shù)，并進行合理簡化處理，從理論上得出了計算濕潤巷道與風流間潛熱交換量及濕交換量的簡化計算式。分析得出：在標準大氣壓下，完全濕潤表面的潛熱交換量約為顯熱交換量的3.935倍，部分濕潤巷道表面潛熱交換量與濕潤程度有關，約為顯熱交換量的0.2～1.57倍。
　　 (2)針對國內(nèi)外現(xiàn)有礦井風流熱力參數(shù)預測方法多為綜合各種影響因素、并高度歸納成單一數(shù)學表達式的處理方式所存在的弊端，提出了采用多個關聯(lián)數(shù)學模型預測的方法。建立的新的

4、預測模型表達式簡單可靠，既能用手工完成計算，也可借助常用計算軟件編寫簡單程序完成。
　　 (3)基于以往采掘工作面冷負荷確定方法考慮因素多而復雜的問題，結(jié)合“原巖溫度高于31℃的地區(qū)為一級熱害區(qū)、高于37℃的地區(qū)為二級熱害區(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出現(xiàn)高溫現(xiàn)象。提出了“只計算原巖溫度超過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荷”的簡化計算新方法。
　　 (4)提出了

5、末端空冷器裝機容量應包括“進風流冷負荷、工作面冷負荷及輸送冷損失”三大部分的觀點，并建立了計算進風流冷負荷、沿途冷損失的數(shù)學模型，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“杜絕冷風流輸送過程中溫度升高是不可能的，但杜絕冷風流輸送過程中不吸濕是有可能的；冷風流吸收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、。并運用該理念，實現(xiàn)冷風筒不保溫情況下冷量的長距離輸送。
　　 (6)設計開發(fā)的拼裝式大溫降、大焓降、大風量、干燥能力強的噴水室可將地面35～39℃的高溫空氣處理到5～10℃左右，溫降幅度可達30℃左右，空氣焓降在90kJ/kg左右，每個噴水室每小時可從風流中冷凝1180kg水（處理風量為700m3/min）。
　　 (7)開發(fā)了一種適用于礦井建設期間井筒及長距離大巷掘進工作面的熱害防治技術。
　　 4.論文主要

7、創(chuàng)新點：
　　 (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流溫度之差表達的新方法，并通過引入潛熱比系數(shù)的概念，將濕潤巷道表面潛熱交換量表示成了顯熱換熱量的倍數(shù)，簡化了已有井巷表面對流換熱量和濕交換量的復雜計算方法。
　　 (2)依據(jù)一級熱害礦井和二級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出現(xiàn)高溫現(xiàn)象。提出“只計算原巖溫度超過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荷”的簡化計算新方法。
　　 (3)論證了“杜絕冷風流輸送過程中溫度升高是不可能的，但杜絕冷風流輸送過程中不吸濕是有可能的；冷風流吸收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。并運用該理念，實現(xiàn)冷風筒不保溫情況下冷量的長距離輸送。
　　 (4)結(jié)合“隔濕保冷”理念，提出將蒸發(fā)冷卻技術作為礦井降溫系統(tǒng)冷風長距離輸送