温湿度独立控制系统应用于深井降温

针对传统矿井降温系统能耗大和工作面湿度大的问题,结合深井特殊环境及要求,研制出温湿度独立控制新型深井降温系统。由于冷水不承担除湿任务,该系统可由各种天然冷源或高COP的高温冷水机组承担显热负荷,由转轮除湿机承担潜热负荷,并利用深井余热废热作为转轮除湿的再生热源。通过对实例的热力学计算表明:温湿度独立控制深井降温系统能较好地应用于深井降温,该系统既可以有效改善工作面环境,又可以节约深井降温能耗,是一种值得推广的深井降温方式。通过对实例的能耗分析表明:冷源选用高温冷水机组,再生热源采用电加热方式,工作面相对湿度接近饱和的条件下,温湿度独立控制深井降温系统能耗略小于传统深井降温系统。进一步分析表明:工作面湿负荷越大,温湿度独立控制深井降温系统节能的优越性越明显,当利用余热、废热和天然冷源时,可进一步降低系统能耗。     

深井充填体传热计算模型及其解析解

深部矿井热害问题日益突出,尤其是采用充填采矿法的深部矿井。为了解决深井充填体的传热计算问题,建立了深井充填体有内热源的一维非稳态的传热模型,内热源为充填体中水泥的水化热。运用格林函数法,对传热方程进行了求解,推导出深井充填体温度场的解析表达式,解析表达式是初始条件、边界条件及充填体水泥水化热对温度场的影响的叠加。该理论解析表达式反映出充填体的温度分布是位置毕渥数(Bi)和傅里叶数(FO)的函数。推导出深井充填体的工程简化计算式,提供了计算充填体温度场分布和传热量的快速、准确且有效的方法。以某矿的充填体为例,应用本研究提出的深井充填体传热的工程简化式进行了充填体温度场的计算分析,分析结果表明:随着充填体位移的增加,温度逐渐降低,充填体顶部温度接近工作面风流温度。     

矿山蓄热/储能充填体的热-力性能与传热过程

我国地下矿山储存着丰富的地热资源,深部矿井资源的开采为地热资源的开发提供了有利条件。将充填采矿与地热资源开采相结合,利用蓄热/储能功能性充填体提取地热,借助深部矿井开采已有条件为地热开发的动力供应和管路布设提供保障,可有效节约地热资源开发所需的钻探和开采成本,促进矿区的长期可持续发展。蓄热/储能功能性充填的总体实施方案包括充填材料制备、采热管路布置、充填体蓄热/释热3个阶段,本研究在材料制备方面提出了适宜于矿山蓄热/储能功能性充填的材料特性及优化目标,并测试了使用石蜡作为相变材料替代部分骨料(如尾矿)的充填材料热力学性能,结果表明随着灰砂比或料浆质量浓度的增加,充填体的抗压强度增大,同时相变材料的加入会使充填体的抗压强度、导热系数下降,而比热容明显增大。采用实验测试的方法对不同管路布置及不同换热工况下采热系统的性能展开研究,并基于热平衡计算了系统的总能效系数,得到了最优的采热管路布置方式及设计参数,当采用蛇形管路布置,载热流体入口速度为0.7 m/s,围岩温度为35℃时,采热系统具有更高的总能效系数,其值为0.48。采用数值模拟的方法对添加石蜡的充填体蓄热/释热行为展开研究,结果表明:...     

移动制冷机在深井降温中的研究与应用

通过井下实测矿井热环境参数和矿井岩体温度,分析了矿井地热灾害原因,结合具体条件提出了适合平顶山天安煤业股份有限责任公司四矿深井热害治理方案,即利用井筒淋水一次性水排热的局部制冷降温方案,介绍了矿井降温系统的工作原理、配备及其运行情况,并对深井降温系统降温效果进行了研究与分析.结果表明,掘进工作面温度降低了6～8℃,最高温度控制在26.2℃,这将有益于降低我国掘进工作面温度,消除矿井热害.     

局部降温技术在高温回采工作面的应用

为了有效解决深井开采中出现的高温热害问题,为井下作业人员提供舒适的作业环境,在对济宁三号煤矿热害现状调研的基础上,采用分区段法计算得出工作面热源分布情况,提出采用局部降温系统对回采工作面降温的措施。局部降温系统由制冷主机、蒸发器、冷却系统三部分组成。对降温前后工作面风流热力参数进行了测试和对比分析,结果表明,降温后工作面平均干球温度降低了3.0℃,平均湿球温度降低了3.6℃,取得了较好的降温效果。     

矿山载/蓄冷功能性充填基础理论

深井热害是矿产资源开采面临的重大问题,为改善矿井降温效果、提高冷量利用效率,提出了一种结合深井降温需求与充填采矿特点的载/蓄冷功能性充填降温方法,与传统矿井降温方式相比,该方法省去了井下空气调节末端装置和载冷介质输送系统,并营造出采场整体低温环境,其经济和安全效益明显。制定了载/蓄冷功能性充填的总体实施方案,包括材料制备、充填料浆输运、充填体相变降温、充填体固结强化4个阶段。材料制备与配方优化方面提出了以料浆的流动特性,充填体的传热特性,充填体的力学强度特性为三大约束条件的优化目标;在充填体相变降温方面建立了基于焓法模型、多孔介质模型和水化放热模型的载/蓄冷相变充填体瞬态相变传热模型,并以实验验证了该相变传热模型的准确性,应用该模型计算了井下条件中载/蓄冷相变充填体相变过程中的温度和液相率随时间变化的分布特征,对比初始液相率和料浆浓度2个影响因素,计算分析得出影响降温的主要因素为初始液相率;在充填料浆输运方面,实验表明随着初始液相率减小,含冰量增加,屈服应力与塑性黏性系数均增加,采用宾汉模型以及实验测试出的屈服应力与塑性黏性系数,得出了预测工程实际中管道输运剪切应力特性的计算公式;在充...     

永川煤矿井下热环境分析及综合治理的研究

为了改善永川煤矿井下采掘工作面的热环境,从理论分析、方案比较及初步设计角度进行阐述,提出矿井热环境治理的方法和思路。首先,基于对永川煤矿采掘工作面热环境参数的实测与分析,评价矿井的热害程度;其次,对井下各种热源的热释放规律及散热量进行了分析和计算,得出矿井热环境的主要影响因素;再次,根据模拟巷道法进行计算,确定了矿井通风降温的极限可采深度,从而得出了以人工制冷降温为主、通风等措施为辅,综合治理矿井热环境的结论;最后,计算了采掘工作面需冷量及管道的冷量损失,从而得出矿井空调系统需冷量,并根据永川煤矿井下布局,提出了几种降温方案,通过比较分析,确定采用区域集中制冷降温系统分别解决南北两翼的热害问题。     

采空区低温蓄水降温技术

针对济宁二号煤矿热害较为严重的问题,提出利用十一采采空区低温冷水,结合空冷器对矿井进行降温的方法,以此实现冷却水的井下循环,同时避免了矿井供水、排水的紧张局面。运行局部降温系统之后,测试和对比分析了降温前后工作面风流热力参数。结果表明,降温后工作面平均干球温度降低了2.2℃,平均湿球温度降低了2.6℃,取得了较好的应用效果。     

HEMS深井降温系统在唐洞煤矿中的应用

煤矿开采深度不断增加,热害问题越来越严重.介绍了唐洞煤矿热害治理采取HEMS深井降温系统的设计过程,简述了HEMS深井降温系统的工作原理,在计算降温工作面冷负荷的基础上,对主要设备进行了选型,确定了降温系统流程,分析了系统工程的经济性,并与其他降温方法进行了对比,为类似矿井热害治理提供有益借鉴.     

深井降温冷负荷反分析计算方法

在深部高温热害已成为制约煤炭开采的主要障碍,人工制冷降温技术在越来越多的高温矿井中采用,工作面冷负荷作为高温矿井人工制冷降温工程中非常重要的参数,如何较为准确的计算工作面的冷负荷关系到降温工程能否达到预期的降温效果.对原有深井降温冷负荷计算方法进行分析总结,针对现有算法存在不确定参数多、计算结果不精确及实用性差的问题提出反分析算法.根据工作面与巷道风流温度、湿度等热环境参数的实测值,利用热力学原理,通过焓差值反向计算开采工作面的冷负荷,并通过夹河煤矿深井热害控制工程验证.     

高温深井煤矿降温系统集成体系研究

以集成理论、系统优化配置理论为基础,探究了高温深井煤矿降温系统存在的问题及原因,在对高温深井煤矿降温系统构成单元进行划分,对降温构成单元功能、作用、运行及各单元的关系进行归纳分析总结的基础上,构建了以提高降温效果为目的、以余热利用为辅助的深井降温集成体系。该体系以循环经济基本原则作指导,利用热交换、余热利用方法等提取了循环水中的热量并进行利用,节约了冷却和制冷过程使用的能量;利用保温技术减少“冷能”漏失、“热能”散发,通过优化布局、错时利用,实现降温时间安排的科学化,减少“冷能”使用量,提高了降温效果。该方法不仅有利于煤矿提高降温效果、节约能源,对其他降温领域节能也有指导意义。     

矿山功能性充填基础理论与应用探索

从充填材料性能的角度将充填技术演进历程划分为体积性充填、结构性充填和功能性充填三个阶段。提出矿山功能性充填的学术理念,在实现传统充填效能的同时,兼顾载冷、蓄热、储能、防渗及防辐射等拓展功能,应对深地开采高应力、高井温和多空区等复杂环境难题及充填高成本问题。首先,给出了矿山功能性充填材料及技术的科学定义,建立了功能性充填材料的概念模型;然后,根据充填材料实现功能不同,将充填技术分为载冷/蓄冷功能性充填、蓄热/释热功能性充填和储库式功能性充填三种基本类别,分别从概念、功能及基本原理等方面进行了详尽论述。矿山功能性充填材料及技术的应用与探索将进一步革新充填采矿技术,对深地矿床-地热协同开采、井下空区再利用及战略能源储备等产生影响。     

关于高温矿井地面集中制冷降温系统节能设计分析

地面集中制冷降温系统是高温矿井的能耗大户,解决好该系统的节能问题,对高温矿井的节能降耗意义重大。文章从一次冷媒水泵的节能设计入手,提出了高温矿井地面集中制冷降温系统一次冷媒水泵节能设计分析的方法。为制冷降温系统,节能降耗设计人员提供参考。     

工业固体废弃物制备充填胶结剂的研究进展

充填胶结剂是胶结充填技术在矿产资源大规模开发和深度开采中得到广泛应用的关键。水泥作为最常用的胶结剂,存在生产能耗大和充填成本高等问题。使用具有潜在胶凝活性的工业固体废弃物制备胶结剂不仅可以降低成本、提高充填材料的性能且可以增加固体废弃物的综合利用率。按照工业固体废弃物的类别分别介绍了钢渣、高炉矿渣、粉煤灰和有色冶金渣在胶结剂中的应用。工业固体废弃物胶凝活性的激发方法主要为物理激发和化学激发,分别讨论了2种激发方法的激发机理和应用。最后,分析了工业固体废弃物制备胶结剂时对充填材料的强度、稳定性和环境安全性等性能的影响。     

黄金矿山深井制冷通风技术应用研究

综合分析了黄金矿山深井生产高温高湿的实际情况,运用理论分析、数值模拟、现场实测等现代科学理论方法,结合矿山的通风现状,进行了深井水源热泵降温技术的研究与应用,实现了矿井废水的二次利用,温度、湿度、风量都满足了规程的要求和生产的需要。研究内容为同类矿山提供了有益的借鉴和参考。     

金属矿山深部掘进巷道热交换模拟测试平台设计

基于深井采矿热害控制问题,研发设计了金属矿山深部掘进巷道热交换模拟测试平台。该测试平台按照相似理论将井下掘进巷道简化为长方体硐室。利用电加热膜模拟井下各类热源,加湿器加湿模拟井下高湿环境;制冷降温装置由制冷机组、空冷器和冷风风管等构成。试验平台采用西门子300PLC系统进行实时监测以及远程操作,对工艺流程上设备运行的工况、生产流程中的工艺参数进行实时采集,并将采集的数据传送到上位操作画面,由上位机根据工艺要求,对设备、工艺过程、工艺参数进行自动控制和操作。试验平台能够在实验室内模拟井下真实热湿交换环境,模拟巷道流场、温度场及湿度场的变化规律,研究制冷降温系统的匹配优化和冷量在工作面的配送方式对降温效果的影响因素等,对于解决目前深井开采面临的问题具有很好的现实意义和推广应用价值。     

一级热害区回采工作面移动风冷降温技术

针对孟村煤矿回采工作面的热害情况,研究利用矿井供、排水系统排热的回采工作面移动风冷降温技术。根据孟村煤矿回采工作面热害现状,计算了回采工作面的需冷量。分析了水冷、风冷2种局部制冷降温系统在回采工作面的适用性。针对矿井回采工作面涌水来自煤层顶板、水温不高,现有供、排水系统具备自然冷却涌水的特点,提出制冷机冷却水取自矿井供水管路、排至巷道水沟的回采工作面移动风冷降温技术。选用1台ZLF-450移动风冷机组在首个回采工作面进行试验。结果表明:制冷机冷却水回水温度略高于矿井涌水,与回采工作面涌水在水沟混合后的水温升高仅为0.4℃;风冷机组运行正常,能效比达到3.05,工作面平均温度降低2.8℃。采用矿井供、排水系统排热,没有为制冷系统铺设任何专用管路,显著降低了系统造价。     

基于井筒低温淋水的矿井降温技术研究

分析了中平能化五矿热害的热源情况,利用五矿风井中低温淋水设计了降温系统,即制冷机组制取低温冷冻水,通过输冷管道向采煤工作面运输巷输送,由安装在运输巷中的空冷器对风流进行冷却,回水重新回入制冷机组进行制冷循环,制冷产生的冷凝热利用北山井筒低温淋水排放,有效解决了井下冷凝热排放困难的技术难题。为避免长采煤工作面降温"下冷上热"现象,采用低温淋水喷淋降温后,现场测试表明,喷淋未开时采煤工作面上出口降温幅度为2.8℃,喷淋开时采煤工作面上出口降温幅度为4.8℃,采煤工作面温度平均降低4℃,空气中含湿量下降6 g/kg左右,保障了热害矿井的安全生产。     

张双楼煤矿深井热害控制及其资源化利用技术应用

随着开采深度的增加,越来越多的矿井面临高温热害,热害作为地热能的一种形式可以有效利用。以张双楼煤矿为例,通过现场试验,进行热害资源化利用技术研究。认为矿井涌水丰富的矿井可以充分利用矿井涌水作为井下降温系统冷源;同时,以矿井涌水为冷媒,通过矿井排水系统输送井下热能至地面,在地面建立热能综合利用系统进行工业广场建筑物、井口防冻和洗浴供热;张双楼煤矿实施热害资源化利用技术后,井下工作面空气温度降低了7 ℃,工作面空气含湿量降低了13.62 g/kg,同时取代地面燃煤锅炉后,年节省燃煤11 790 t,减排二氧化碳31 122 t。