干燥巷道围岩传热对平巷风流温度影响研究

井下巷道中的风流温度受到多种因素的影响,如原岩温度、围岩传热性能、风流与围岩的热交换时间、其他热源等,其中围岩传热起主要作用。为分析围岩传热对风温的影响,以干燥巷道为例,根据巷道围岩与风流热交换规律,通过理论计算,分析水平巷道围岩与风流热交换对风温变化的基本影响规律,为矿井通风设计提供较精确的预测值,使矿井通风设计更精细。     

不同风量及围岩温度下围岩传热的实验研究

针对深井地下围岩传热大、不稳定的难题,结合围岩传热的基本原理,采用"模拟巷道通风系统+围岩温度模拟实验系统+数据采集系统"的方式,实现了对围岩传热模拟巷道实验系统的设计,详细介绍了围岩传热实验系统的构成、工作原理以及实验系统相关的硬件及软件,并通过多组实验验证了不同围岩温度及不同风量下的模拟巷道进出口温度变化特性,定性、定量分析了围岩传热的机理,为井下通风降温及制冷降温提供技术支撑。     

周期性边界下围岩温度场有限体积法分析

为研究矿井风流温度周期性变化对巷道围岩温度场的影响,依据能量守恒定律及围岩散热的特点,建立了周期性变化边界条件下的一维非稳态导热控制方程。引入了无因次准数,对围岩导热控制方程进行了无因次化,并利用变量分离法对控制方程进行了分解,然后运用有限体积法对分解的方程建立了热平衡方程,最后编写VB程序进行了求解。结果表明:在周期性边界条件下,围岩体各处的温度随时间周期性地波动,并且温度波动的振幅随围岩深度的延伸呈负指数规律变化,围岩体不同层面上的温度波具有振幅衰减和波动延迟的特点。综合以上分析,推导了巷道围岩体温度随深度和时间变化的函数关系式,并得到了巷道壁面热流波的计算公式,该研究加深了对周期性边界下围岩温度场变化规律的认识。     

主动隔热巷道隔热层热物性参数对隔热效果的影响

为得到主动隔热巷道隔热层热物性参数对隔热效果的影响规律,建立了主动隔热巷道风流与围岩的气—固耦合传热模型。选取8种建筑保温材料的热物性参数进行数值模拟,结果表明:不论巷道是否构建有隔热层,巷道围岩的散热量都与通风时间呈正幂指数关系;巷道构建隔热层后,减少的围岩散热量与隔热层的导热系数呈负幂指数关系,同一地点的风流温度降低值与隔热层的导热系数呈负指数关系。隔热层导热系数是影响其隔热效果的主要因素,隔热层的导热系数越小,隔热效果越明显。     

围岩散热风流温度、湿度计算时水分蒸发的处理

在进行巷道水分蒸发处理时,建立了壁面水分、风流中水分同时蒸发情况下,围岩温度场分布、壁面与风流热湿交换、风流温湿度变化的数学方程。当水分蒸发量一定情况下,解算出水分全部由巷道壁面蒸发和全部从风流中蒸发时的围岩温度分布规律,壁面温度、风流温度、风流相对湿度随巷道距离的分布规律,围岩散热热流密度随通风时间的变化规律并进行了对比分析。结果表明,水分全部由巷道壁面蒸发时比水分全部从风流中蒸发时的围岩温度低,巷道壁面温度也低,围岩散热量大,所计算出的风流温度也高;通风时间越短和巷道距离越长,差别越大。因此,在对井下风流热环境进行预测时,将巷道中水分蒸发全部处理成在巷道壁面蒸发是不合理的,应该根据实际情况同时考虑巷道壁面水分蒸发和风流中水分蒸发两个过程。     

深井巷道围岩与空气热交换过程的研究

本文应用数值法和电子计算机求解了各种复杂条件下深井巷道围岩与空气的热交换问题。求算了巷道风温恒定时岩体壁面温度、岩体与空气的非稳态热交换系数和围岩调热圈厚度。另外,还求算了巷道风温周期变化和巷道风温随时间衰减时,围岩与风流的非稳态热交换系数。所得出的计算图表和校正公式可用于复杂条件下深井巷道围岩散热量和空气温度的计算。     

深井回采巷道围岩破坏机理影响因素及FLAC3D模拟

对影响巷道围岩稳定性因素如围岩自身结构特点、围岩应力、支护形式等进行了初步分析,简要介绍了FLAC3D软件,并运用FLAC3D软件依照实际情况建立巷道围岩的数值模型,计算得出巷道围岩掘进及回采期间的垂直应力分布图,通过分析巷道掘进及回采期间不同的围岩应力分布图揭示了深井回采巷道围岩应力变化特征,以期为今后深井回采巷道支护生产实践有一定的指导作用.     

水分蒸发引起巷道局部壁温低于风温的理论分析

现场实测发现高温矿井井下巷道壁面温度低于风流干球温度现象.通过对巷道围岩与风流间热湿交换分析,建立了巷道围岩内部温度场数学模型;将潜热交换量表示成巷道壁面温度、风流温度及对流换热系数的函数,得出了求解巷道壁面温度的计算式;对此巷道壁面温度计算式进行数学变换、整理,得出二次曲线.经理论和图解法分析得出了湿润巷道壁面温度低于风流干球温度的临界条件,从理论上解释了"高温矿井湿润巷道壁面局部温度低于风流干球温度"这一现象.     

周期性风温下围岩温度场模拟实验的可行性研究

为对周期性风流温度下的围岩温度场相似模拟的可行性进行研究,建立了周期性边界条件下的巷道围岩导热微分方程,引入无因次准数对导热微分方程进行了无因次化;然后根据方程分析法和量纲分析法,推导出周期性风温的巷道围岩温度场相似准则。并以某一矿井岩石巷道为例,设计了5组相似模拟实验方案,通过比较,选择几何相似比为20的相似模型。     

巷道棚子支护对围岩传热影响研究

围岩散热在矿井热源中占有很大的比例,而棚子支护对巷道围岩传热产生一定的影响。利用数值计算方法,采用湍流模型Standard k-e,分析了在雷诺数25860~689600下棚子支护巷道的湍流传热、流阻及对巷道风流的影响。结果表明,棚子支护增大对流换热强度,加大壁面向巷道空间散热,随雷诺数的增大呈线性增强;巷道棚子支护扩大了温度梯度,使距离壁面0.75m处温度便显著增加,压差随雷诺数呈指数函数增加,而无支护压差呈直线增加。     

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。     

岩巷掘进爆破对围岩稳定性影响的研究

利用围岩松动圈理论,计算了深井巷道的松动圈半径;建立了巷道掘进柱状装药爆破对围岩松动圈影响的力学模型,得出了围岩动态松动圈半径的计算公式,为深井巷道爆破掘进过程中巷道的支护设计提供了依据。     

风流与湿润围岩的热-质交换特性及其影响因素研究

为了分析风流与完全湿润岩壁的热-质交换特性及相关影响因素,通过相似理论建立了物理模型,解决了相关问题难以现场实测的难题,分析了冷风流与完全湿润围岩间的传热与传质过程,进一步研究了风流速度、湿度、温度、围岩岩壁温度等因素对降温控制区内传质及传热的影响。结果表明假定降温控制区域内风流的水蒸气分压力为线性分布时,计算结果的误差为5%~10%;交换过程中潜热传递约占总换热量的80%;其他条件一定时,风流速度增加25%,传质量增加约33%;送风相对湿度增加12.5%,传质量减少约11%;送风温度增加10%,换热系数增加约10%;围岩温度增加8℃,传质量增加约79%;对传质过程有影响的因素,对换热量及总换热系数也有同样重要的影响。     

基于不同潮湿模型的矿井热环境数值模拟

考虑了均匀潮湿模型和局部潮湿模型,并对2种巷道潮湿模型内围岩温度的分布进行了数值模拟,对各种情况下的计算精度及在通风网络计算中的应用进行了探讨,并与实际矿井的部分巷道的实测结果进行了比较验证。结果表明,局部潮湿位置的巷道壁温度明显低于干燥部分巷道壁温度;均匀潮湿状态下的围岩内温度分布也不同于局部潮湿状态下的围岩温度分布;实际预测计算应用中可把当下每个巷道的起点温湿度作为风流温湿度计算的初始值。     

基于Fluent的掘进工作面通风热环境数值模拟

基于计算流体动力学和矿井通风理论,建立掘进工作面通风的k-ε紊流模型,导出描述掘进工作面风流紊流流动和温度分布的微分方程。通过分析掘进巷道模型的边界条件,利用Fluent软件模拟压入式通风的风流与巷道围岩和机械设备散热的热湿交换过程,采用TECPLOT软件进行后处理,显示不同供风量下的速度矢量图和风流温度变化。模拟结果表明,增大供风量可以降低巷道温度,但供风量过大,降温效果越来越不明显,仅依靠通风方式无法改变高温现状。     

深井巷道风流性质与围岩调热圈参数匹配关系研究

为探索巷道风流性质与围岩调热圈参数的匹配关系,依托广西铜坑矿锌多金属矿体,利用ANSYS软件开展深井巷道风流性质与围岩调热圈参数匹配关系单因素及多因素正交数值模拟研究。研究结果表明:风流温度每升高1℃,围岩调热圈半径减少0.6 m,温度升高约0.2℃;调热圈温度对风速、相对湿度均不敏感,调热圈半径随风速、相对湿度都呈先增加后不变的趋势,两因素分界点分别为速度5.0 m/s,相对湿度70%;以调热圈半径为考察目标,最佳入风流方案为入风流温度291.15 K、速度7 m/s,相对湿度70%或90%;以调热圈温度为考察目标,最佳入风流方案为入风流温度291.15 K,速度7 m/s,相对湿度70%。研究成果可为高温矿山通风降温方案的优化选择提供参考。     

深井巷道围岩应力松弛效应与控制技术

基于深井巷道围岩应力松弛特征,建立锚杆支护条件下的黏弹性应力松弛力学模型,分析了在应力松弛过程中巷道围岩应力场的演化规律和多次耦合锚杆支护技术对深井巷道稳定本质,并给出了深井巷道围岩稳定的判定方法。依据上述模型和判定方法确定了协庄煤矿埋深1 000 m左右的二采区轨道下山的支护技术和支护参数,现场应用表明,该技术有效控制了试验巷道的长期流变,3个月后巷道基本稳定,3年多来巷道维护状况良好。     

巷道围岩调热圈半径及温度场分布规律研究

巷道围岩散热是一个复杂的非稳态过程,包括围岩内部的热传导和围岩与巷道风流的热交换。随着矿井开采深度的增加,巷道围岩与空气热交换所占比重增大。研究围岩与空气热交换规律对井下风流温度预测及制定矿井降温措施有着重要的意义。利用数值模拟软件模拟了淮南某矿-965 m轨道大巷不同通风时间围岩的温度场,研究了通风时间对巷道围岩温度的影响,并用实测数据对模型进行了分析验证。     

深井巷道稳定性风险等级评价研究

结合星村煤矿3302掘进工作面工程地质情况及组织管理水平,采用模糊综合评价法并按照三类危险源分类法,对影响深井巷道围岩稳定性的各种因素进行分类,建立了三类危险源影响因素模型。从事故发生原因及影响因素入手,识别出具有代表性的指标,合理构建了危险源风险评价的指标体系;从整体上对巷道围岩危险源的风险等级进行评价,最终得出巷道围岩危险源风险等级为危险;通过对围岩进行监测和优化巷道支护参数,进一步提高巷道围岩的稳定性。     

井下风流温湿度模拟软件的开发及应用

对高温高湿矿井巷道在风流蒸发情况下的壁面湿度系数进行了准确的确定,并且在三维围岩温度场中构建数学模型的基础上,提出了均匀潮湿模型和条带潮湿模型,基于巷道壁面湿度系数研发出了矿井风流温湿度模拟软件,且模拟出在不同壁面湿度情况下、不同通风时长以及不同巷道倾角下的井下风流温湿度的变化规律;最后通过工程实践验证了此软件的准确性与实用性。结果表明:条带潮湿巷道壁面的温度要小于干燥壁面温度,采用均匀潮湿模型模拟出的温湿度参数与工程实测值更加相符,可以将壁面湿度系数引入均匀潮湿模型中来计算。