煤矿井下避难硐室的制冷方法研究

介绍了适合煤矿井下避难硐室的二氧化碳制冷、蓄冰制冷、相变制冷和化学制冷的制冷原理。应根据避难硐室大小和所处环境,选择相适应的制冷方法。     

矿井避难硐室热环境研究综述

综述了矿井避难硐室热环境的形成及其传热问题解析解、数值解和试验研究情况,分析了围岩初始温度、热物性参数等对硐室热环境的影响及现有避难硐室的降温方式,介绍了当前研究的不足,指出了下一步的研究方向。     

矿井避难硐室环境有害气体浓度控制技术

为有效控制煤矿避难硐室内有害气体浓度,保证避灾人员安全,分析了避灾过程人体代谢产生有害气体类型与释放速率,结合有害气体环境中人体的耐受能力,提出对人体代谢产生的CO、H2S、NH3、CH4等有害气体可不必采取净化措施.通过理论分析得出人均供风量为107 L/min时可将硐室内CO2平均浓度控制在0.5％,满足硐室CO2净化需要,人均压风供气量为450 L/min时,才满足《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定》中对CO快速净化的需要,结合人体对CO浓度环境的耐受能力,建议延长硐室内CO快速净化时间.通过试验得出2台风量4.7 m3/min、有效净化功率20％ ～ 30％的净化装置可满足50人避难硐室空气净化要求.     

矿井避难硐室的热负荷计算与分析

通过对影响避难硐室热负荷各种因素的分析,基于半无限大物体传热模型,建立了避难硐室的传热计算微分方程。分别采用解析法、一维传热数值解法和三维数值解法对硐室岩体的传热进行了计算与对比,与此同时,研究了岩体初始温度、岩体热物性和舱体控制温度等参数对硐室热负荷的影响。结果表明：一维传热数值解法可用于硐室岩体计算;岩体的初始温度和岩体的热扩散系数对硐室热负荷的影响显著,在硐室设计前必须对岩体温度和热扩散系数进行详细测量。该研究工作可对于避难硐室的结构设计和制冷量的确定提供参考。     

避难硐室墙壁吸热特性试验研究

研究避难硐室墙壁吸热特性是优化气动蓄冰空调机组热负荷计算的有效途径。因此本试验以容纳人数为20人的硐室为例,计算壁面吸热量,并得出壁面吸热量在总发热量中所占的比例。试验结果表明,硐室吸热量大于总放热量,因此低温矿井中避难硐室墙壁可以将大部分的放热量吸收,使硐室内的温度不会出现较大的波动。     

常村煤矿避难硐室的应用

煤矿井下紧急避难系统是井下安全生产必须的,避难硐室是为避难人员的生命安全增加保障,让生命得以延续的工程。潞安集团常村煤矿固定式避难硐室的成功启动很有意义。     

压风供氧状态下避难硐室污染物分布特性及热舒适性研究

为确定井下避难硐室合理供风量,采用RNGκ-ε模型和SIMPLE算法,对某100人避难硐室压风供氧状态下,不同供风量、散流器布置方案、空载和载人时生存区的污染物净化时间、通风效率、污染物(CO,CO2)浓度场分布和人体热舒适性等进行了数值模拟分析,并与现场实测结果进行了对比。模拟结果表明,若硐室内CO体积分数偏高,供风量应不低于0.1 m3/(min·人),并配合使用净化药剂尽快去除;常规避难状态下,供风量减小至600 m3/h,配合局部通风措施,即可满足人员避险和热舒适性基本要求。     

煤矿避难硐室热环境控制范围探讨

针对人员在煤矿避难硐室内96 h避灾过程中环境温湿度对人体安全的影响,分析了避难硐室内热环境形成原因,推导出硐室内环境升温规律,介绍了热环境对人体引发的危害,并深入分析人在热环境中的热耐受能力,提出在避灾过程中,避难硐室内环境湿度70%~80%、温度32℃以上时,避灾人员对硐室热环境热耐受的安全时间不超过12 h。研究结果对确定煤矿避难硐室与其他受限空间的温湿度控制范围具有一定的参考作用。     

煤矿地质条件对避难硐室降温的影响分析

在介绍煤矿避难硐室常用的几种降温方式及优缺点的基础上,就煤(岩)初始温度、煤层瓦斯涌出量、地表深度等对避难硐室降温的影响进行了分析。提出煤矿避难硐室选择降温方式的一些基本原则,指出煤矿建设避难硐室时应根据自身矿井地质条件,结合各种避难硐室降温方式的优缺点,选择可靠性高、安全性好、使用与维护容易、环保、经济的降温方式。     

煤矿井下避难硐室系统设计的探讨

提出了建设由永久性避难硐室、临时避难硐室和移动式救生舱组成的相互独立却紧密结合井下避难硐室系统,辐射全部采矿活动区域以帮助井下遇险人员安全避险。提出了避难硐室系统设计的基本原则,并阐述了3种类型避难所在实际矿井条件下的布置原则和结构形式,煤炭企业的避难硐室建设具指导意义。     

救生舱舱内热湿环境模拟与气流组织优化

应用计算流体力学软件Fluent,对某救生舱样舱内热湿环境进行了三维稳态数值模拟,得到了舱内温度场、湿度场的分布情况.模拟结果表明:舱内温湿度能基本满足设计标准,但温湿度分布的梯度较大,相对湿度较低,送风口1对舱内气流的影响区域很小,并且人体头部高度处存在较大涡流区,空气质量较差.针对以上几个方面的问题,提出了气流组织改进方案,修改了两风口的位置与送风参数.改进后的数值模拟表明,舱内平均温度控制在303K左右,相对湿度控制在55%左右,且舱内温湿度分布更加均匀.     

救生舱内氧含量舒适度研究

在救生舱内长时间等待救援过程中，避难人员能够适应的的氧气体积分数存在一个较宽的范围，如果氧分压过低会引起各种缺氧反应，精神效能受到影响；氧分压过高则不能保证正常新陈代谢，会导致氧中毒等现象。通过测试不同环境温度下受试人员心率与氧气体积分数的关系，得到人体氧含量生理舒适度的范围。同时参照ASHRAE七级标度法，设计了新的非对称五标度舒适度评价体系，采用调查问卷方式得到受试人员对氧含量的舒适度投票，通过两种方法确定了人体在救生舱内长时间生存时氧气体积分数的上、下限分别为18.5%和22.5%。通过对舒适度曲线的拟合，得到人体舒适度感觉与环境中氧气体积分数的依变关系。     

冰层空气反循环快速钻进方法及冰屑运移研究

空气反循环钻进技术具有钻速快、能耗低、可不提钻连续取心取样、能有效避免积雪层漏失等优点,在冰层钻探中极具应用潜力。本文针对冰层钻探技术特点,提出了双壁钻杆式、双通道高压胶管式和寄生高压胶管式等3种空气反循环冰层钻探技术,分别介绍了其工作原理及特点。基于气力输送和气体钻井基本理论,对冰屑颗粒气体介质中的悬浮速度进行了分析,建立了单颗粒冰屑悬浮、运移方程和冰屑颗粒群悬浮方程,并设计了冰屑悬浮实验台,对冰屑悬浮所需的风速进行了实验测试。理论计算值与实验实测值吻合较好,最大误差约10.91%,结果表明冰屑粒径、冰屑密度和风量是影响其悬浮和上返速度的关建因素。可用本文建立的冰屑运动方程来计算实际钻进时携带冰屑所需的风量,为后续在极地实施冰层空气反循环钻进技术提供了依据。     

矿井移动空调室技术的研究

矿井移动空调室技术的实质是利用热幛将作业者与环境隔离,再用一种水轮机式空气冷却器向移动空调室内供冷.水轮机式空气冷却器的冷源和通风动力均来自矿井恒温带.通过实验得知：环境温度为32 ℃时,以1.6 m³/h的速度供给水温为18 ℃的冷水启动空气冷却器10 min后,矿井移动空调室内干球温度可降至24 ℃;空气冷却器停止工作后30 min,矿井移动空调室内的空气温度仍可维持在28 ℃以下.     

矿井救生舱空调CO2在毛细管内的节流仿真

节流降温装置是矿井救生舱CO2开式空调中关键的部件之一.采用毛细管进行节流降温,首先针对CO2节流过程进行热力学分析,然后建立两相区及气相区的节流数学模型并进行仿真计算.计算结果表明:制冷量越大,所需毛细管长度越长;在相同制冷量条件下,毛细管内径越大,所需毛细管长度越长;初始温度越高,可利用的焓差越小,且节流所需毛细管长度越长.最后针对制冷量分别为2 kW和3 kW的系统进行毛细管节流降温设计.     

矿井避难硐室防火防爆密闭系统研究与试验

通过爆炸冲击压力计算,确定了矿井避难硐室防火防爆密闭门、墙的厚度分别为8 mm和1.6 m。研究确定了防爆门墙采用抗爆隔温的复合结构及阻燃材料：硐室外管路采用预埋的铺设方式;硐室四周充填密闭缓冲材料。通过抗爆及现场气密试验,测定了防爆门的最大抗爆压力为0.61 MPa,回风系统抗爆压力为0.37 MPa,硐室最大充气压力为2 700 Pa,研究确定了避难硐室防火防爆密闭系统的组成,提高了系统的防火防爆性能。     

矩形巷道转弯后测风站位置的数值分析

提出井下测风站应设在巷道风流的充分发展段,并以某矩形巷道为原型建立六个模型进行数值试验。数值结果表明,进风顺槽测风站合理位置距离转弯处远超10m;不同转弯角度时进风顺槽测风站的合理位置在距离转弯处163~176m之后;模型3在计算表面粗糙度范围内,测风站合理位置在距转弯处144~177m之后。     

煤矿乏风的蓄热逆流氧化

用自行研制的蓄热逆流氧化装置对煤矿乏风的氧化反应进行试验,考察了CH₄体积分数、乏风流量、换向周期和反应区温度对煤矿乏风氧化的影响.结果表明：当CH₄体积分数大于0.2％时,蓄热逆流氧化装置能够维持自热氧化反应,氧化率在99％以上,且能够回收一定的热量;随CH₄体积分数和乏风流量的增加,氧化装置中心区温度升高,高温区域扩大,有利于氧化反应的进行;最佳换向周期范围为90～150 s;煤矿乏风氧化的最低反应温度为880 ℃左右.     

矿井巷道淋湿蒸发换热系数构建及风流温度计算

针对全矿井网域系统巷道围岩与风流热-湿交换计算复杂的问题,提出构建淋湿巷道风流换热系数模型,根据现场实测风流相对湿度,掌握矿井(进风侧)风流湿度变化规律,反向推演确定井巷水蒸发影响下风流与巷道围岩热交换的模型,修正围岩与风流的换热系数;用风量加权距离描述实际矿井网域风流相对湿度变化规律。结合九道岭矿实例,将算法纳入到矿井网络系统中,在MATLAB平台上运用TF1M3D对全矿井网域系统风流温度进行仿真求解。研究表明,巷道淋水蒸发吸热对井巷风流温度影响很大,主进风井段风流温度增加0.97℃,变化幅度不大,随着湿度增大风流温度递增变化幅度增大,与九道岭矿进风大巷测定结果吻合。将该算法纳入网络体系计算中,可解决3D矿井模型通风系统热害防治温度分布仿真及自然风压自动计算问题。