制冷降温掘进工作面的风温预测及需冷量计算

根据掘进工作面风筒内、外风流相互传热，相互影响以及风温沿巷道非线性变化的特点，指出了掘进工作面风温预测存在的问题．提出了独头巷道风筒内、外风流温度的差分计算的原理和方法，并依此编制了制冷掘进工作面风筒内外风流温、湿度和需冷量预测的计算机程序．大量的实例计算说明，该计算机程序不仅能准确计算出制冷降温掘进工作面风温和需冷量，而且能揭示掘进工作面风筒内、外风流温度的非线性变化规律，为高温掘进工作面制定合理降温措施提供了基础．     

制冷降温掘进工作面的风温预测需冷量计算

根据掘进工作面风筒内，外风流相互传热，相互影响以及风温沿巷道非线性变化的特点，指出了掘进工作面预测存在的问题，提出了独头恭我筒内，外风流工的差分计算的原理和方法，并依此编制了制冷掘进工作面风筒风外风流量、工和需冷量预测的计算机程序。     

掘进巷道风流流场和温度场数值模拟

针对长距离掘进巷道仿真模型中长度与高度、宽度比例不协调的问题,选取永川煤矿掘进工作面及附近50 m巷道区域为研究对象,采用CFD软件对巷道风流流场及降温前后温度场的分布及变化进行了模拟分析,结果表明:掘进工作面及巷道内风流速度整体上以风筒出口为界分为高速风流区和低速风流区。高速区风流速度较大(5~10 m/s),流场结构复杂并且衰减明显;低速区风流速度较小(1 m/s左右),衰减变化不明显。掘进巷道及工作面温度受风筒出口风流温度影响较大,容易产生巷道里端冷、外端热的风流"回头热"现象。掘进工作面及巷道流场模拟结果与实际吻合程度较高,但温度场模拟结果与实际有一定的差距。     

建井期间平巷冷风输送系统的冷损失

建井期间平巷掘进工作面局部降温系统多采用非保温风筒长距离输送冷风的方法,输送距离可达600 m。由于距离长输送过程中的冷量损失占总制冷量的比重较大,是影响降温系统投资、设计、运行管理的关键因素。为解决该项冷量损失的计算问题,针对建井期间水平巷道的掘进与通风系统尚未贯通的特点,基于风筒内、外风流及风流与围岩间热能的输运与守恒关系,构建了风筒内、外风流温度场的微分方程组;并将巷道内随通风时长变化的不稳定换热系数解析为沿巷道长度变化的空间分布函数,通过数值计算得到了风筒内外温度场的分布及输送过程中的冷量损失。进一步结合工程案例现场实测的结果,分析了降温系统送风风筒入口风温、通风时间与送风距离、送风量等主要设计参数对风筒、内外风流温度场及输送冷量损失的影响。并通过理论计算对比了该案例在通风时长为0,30,90,120,150 d,送风量为300,330,360 m~3/min,送风入口风温为16,18,20℃时系统的运行特征,结果表明围岩与风流的不稳定换热系数随通风时长增加而减小,并在通风90 d左右后基本达到稳定;受不稳定换热系数变化的影响,风筒内风流的温度沿风流方向增加较为明显;风筒外的风流温度变化随通风时间的增长逐渐变得平缓;系统的冷量损失约为制冷量的5%～9%;送风温度每降低2℃,冷量损失平均增大约5%;冷量损失大小与送风距离呈线性正比关系;通风风量每增大10%,冷量损失减小约4.5%。     

永川煤矿高温热害防治技术研究与实践

针对永川煤矿-500 m水平开拓期间掘进工作面产生的高温热害现象,采用局部冷水降温系统,利用矿井涌水和回风综合排热,使掘进工作面附近100 m范围内干球温度平均降低5.6℃,湿球温度平均降低8.5℃,相对湿度平均降低20%。现场实测发现,降温后掘进工作面干球温度与风筒出口干球温度近似为线性关系,与空冷器后风筒内干球温度在一定范围内近似呈二次抛物线关系。此外,掘进工作面附近干湿球温度差值较大,最大可达5～7℃。风流在回头过程中湿交换较大,易形成放大的＂回头热＂现象。     

空气冷却器降温工艺分析

空冷器是降温系统末端传冷的关键设备,其类型、布置方式和工作参数对制冷效果影响显著。阐述了空冷器的分类及选择标准,分析了空冷器在采煤工作面和掘进工作面的布置形式:在采煤工作面中空冷器可以布置在进风巷始端、工作面进风口处、工作面和回风巷内;在掘进工作面中空冷器可以放置在距掘进迎头50 m的区域内,并将空冷器出风风筒进行隔热处理。介绍了空冷器布置在巷道内风流的处理过程和计算方法,分析了空冷器处理风流的热力学特征,得出空冷器单位产冷量的计算公式。     

空气冷却器降温工艺分析

空冷器是降温系统末端传冷的关键设备,其类型、布置方式和工作参数对制冷效果影响显著。阐述了空冷器的分类及选择标准,分析了空冷器在采煤工作面和掘进工作面的布置形式：在采煤工作面中空冷器可以布置在进风巷始端、工作面进风口处、工作面和回风巷内;在掘进工作面中空冷器可以放置在距掘进迎头50 m的区域内,并将空冷器出风风筒进行隔热处理。介绍了空冷器布置在巷道内风流的处理过程和计算方法,分析了空冷器处理风流的热力学特征,得出空冷器单位产冷量的计算公式。     

掘进作业面压入式通风温度场数值模拟

依据空气动力学、流体力学和传热学等相关理论并结合矿山实例,利用Fluent模拟软件分别在单风筒、双风筒两种不同压入式通风方式下,对巷道内的温度场在多种送风风速、风温情况下的分布规律进行数值模拟研究。结果表明,双风筒压入式通风较单一压入式通风更优,并且距离掘进面较远部分的巷道低温区更广,风温低于28℃的区域占2/3;同时在掘进面附近,双风筒压入式要比单风筒压入式温度低1℃~2℃,风流分布更均匀;入口风速能影响巷道内温度场分布,当巷道风速超过0.5 m/s,其降温效果不再明显;掘进面的温度会随着入口风流温度的降低而逐渐下降,且两者呈很强相关性。     

高温掘进巷道温度场影响因素分析研究

针对高温掘进巷道,通过数值模拟方法研究其温度场分布。建立数学模型,设定巷道壁面温度沿长度方向变化,得出降温前后巷道温度分布变化云图,与井下实测温度值进行比对。具体分析了风流温度、风量以及风筒位置对巷道温度场的影响。结果表明,降低巷道入风温度,巷道内温度明显降低,但会造成冷量分布不均,扩大巷道内部风流温差;增大风量可以扩大巷道内低温区域,但对巷道内温度的降低作用不大;调节风筒离工作面距离可以改善巷道内温度分布,降低巷道内风流温差。     

受限射流结构参数对通风流场影响的数值模拟

采用流体力学软件对掘进巷道工作面的通风流场进行了模拟研究,分析了风筒出口位置、出口风速、风筒出口距工作面距离和掘进巷道断面宽高比等掘进巷道受限射流结构参数对流场的影响。结果表明:风筒出口位于掘进巷道顶角利于增大射流的有效射程;在相同的风筒出口直径下,风筒出口风速对掘进巷道受限贴附风流中心轴线速度变化的影响不大;在风流有效射程范围内,风筒出口距掘进巷道迎头端面的距离对流场的影响不大;掘进巷道断面宽高比越大,对射流的贴附效应越好。     

全岩机掘面压风空气幕封闭除尘系统的研究与应用

分析了掘进工作面压风空气幕的形成机制,并采用k-ε双方程模型建立了单相风流流动的数学模型,基于同位网格的SIMPLE算法,利用FLUENT软件对全岩机掘面压风口距掘进头不同长度时形成空气幕的状况进行了数值模拟,结果显示,随着压风口距掘进头长度的增大,压风形成覆盖巷道整个断面空气幕的能力不断增强,压风口距掘进头30 m时,在距掘进头约8.7 m的位置即可形成1.62 Pa的空气幕,是形成压风空气幕的最佳距离。设计了压风空气幕封闭除尘系统,在唐口煤矿南部回风大巷全岩机掘面试验了该系统压风口距掘进头分别为10,20,30和35 m时的除尘效果,数据表明,应用4种方式后,现场的粉尘浓度均有了明显降低,尤其压风口距掘进头30 m时,效果最为明显,全尘和呼尘的降尘率分别高达95.1%和96.1%,这与数值模拟结果一致。     

综掘工作面压风气幕形成机理与阻尘效果分析

为了确定综掘工作面压风气幕形成机理与阻尘效果,采用数值模拟与现场实测相结合的方法,分析了压风口与工作面不同距离时风流与粉尘流场运移规律,结果表明：压风气幕的形成主要由压风涡流风流场与工作面距离决定,若涡流风流场与工作面距离大于抽风口与工作面距离,可在压风口与抽风口间形成风流方向均指向工作面的压风气幕,压风口与工作面距离越大,涡流风流场与工作面距离越大,越利于形成压风气幕;数值模拟确定了50 mg/m3以上高浓度粉尘扩散距离随压风口与工作面距离变化的数学关系式;现场实测也显示,压风气幕阻尘效果明显,压风口距工作面30 m时,形成的压风气幕使距工作面10 m断面测点的粉尘浓度降至19.2 mg/m3,有效提高了除尘风机抽尘量,降低了现场粉尘浓度。     

基于Delphi的矿井空气热力参数计算系统设计

矿井空气热力参数是分析热害研究的重要指标,为了能模拟井下空气状态,准确快速地算出井下空气的热力参数,开发了一套适合于矿井特点的计算机程序.本程序借助于国内外成熟的矿井热力参数计算理论,通过Delphi软件的强大计算功能,并以福建省邵武煤矿为例,对其地面至六采区三水平的8个测点进行了风流参数的计算与分析.本计算机程序有助于分析空气干球温度t,焓H,含湿量d,相对湿度φ的变化规律,可作为矿井技术人员从事热害研究和通风降温系统设计时的动态工具.     

掘进工作面射流通风流场研究

掘进工作面压入式通风实际上是有限空间的受限贴附射流通风． 根据流体力学和射流理论, 分析了掘进通风射流产生过程及掘进工作面压入式通风风流结构． 风流从圆形风筒射入掘进工作面形成射流区和回流区． 给出了回流区平均速度、最大回流速度及射流作用距离的计算模型, 为掘进工作面合理有效通风提供了新的理论依据．     

煤矿井下压风自救系统

介绍了压风自救系统的安装布置情况,重点阐述了掘进工作面综采工作面及高档普采工作面的压风自救系统的安装布置要求及注意事项,以及空气压缩机设备的数量、压缩空气管道干管管径的确定等技术要点和使用要求,并介绍了与煤矿井下压风自救系统相关的规程、标准及应用案例情况.     

工作面与采空区漏风交换风量测算方法

针对工作面向采空区漏风问题,提出一种漏风量的测算新方法。分析采空区漏风的风量平衡原理,通过现场实测工作面风速分布,可得到漏风分布类型曲线(由于工作面断面积难于测准,直接计算漏风量误差大),为此,引入实测风速回归曲线的投射面积,作出S-v(x)图,在如采空区瓦斯涌出量、注氮流量和漏风量等外来风量已知的情况下,将外来风量与由外来风量导致的漏回风侧风速投射面积增量之比,得到单位风速投射面积上的漏风量权重Δ,根据漏风量权重Δ计算得到工作面与采空区之间的漏风交换风量。结合九道岭矿E1S6工作面的风速实测,计算得到,注氮量为25 m~3/min时漏风量面积权重为0.087 33 m,由此得到工作面漏出风量为65.5 m~3/min、漏回风量为90.6 m~3/min,该值约占工作面总通风量650 m~3/min的10%～15%,结果符合一般经验值范围。     

Improving thermal comfort of high-temperature environment of heading face through dehumidification

In order to improve the thermal environment of high-temperature heading face, moisture content of supply air is reduced by dehumidification, and the relative humidity of environment air of the heading face is also decreased. First, according to the coefficient of performance of dehumidifier, the capacity of dehumidification was calculated. Second, in the engineering example of the heading face, quantitative changes of WBGT (Wet Bulb Globe Temperature) were compared between with dehumidification and without dehumidification. Based on WBGT standards, the thermal comfort of high-temperature environment of heading face was evaluated between with dehumidification and without handling. Reducing the relative humidity of airflow through dehumidification, the thermal comfort of a high-temperature environment of heading face can improve greatly. Even if dry bulb temperature of airflow is not decreased, the thermal comfort of heading face environment is also improved to some extent.     

掘进工作面局部通风参数对瓦斯分布影响研究

为了研究矿井掘进工作面瓦斯异常涌出时局部通风参数对于瓦斯分布的影响,利用Fluent软件,建立了巷道三维模型,分析不同通风参数时掘进巷道瓦斯分布情况.研究结果表明:初期瓦斯积聚在巷道底部,在风流和浮力作用下瓦斯向出口和上方运移,风流稳定后,瓦斯积聚在掘进迎头附近下部,后方瓦斯分布较为均匀;风筒布置位置对于回风流瓦斯浓度...     

金属矿山独头掘进巷道降温试验

金属矿山独头掘进巷道制冷系数是计算独头掘进巷道降温需冷量非常重要的参数之一,关系到能否达到预期降温效果及影响着降温工程的的经济投入。利用“金属矿山深部开采降温试验系统”分别模拟通风降温、加大风量降温、制冷降温、加大制冷降温4种条件下独头掘进巷道的降温过程,并分析独头掘进巷道降温效果,在通风及加大风量降温后,独头掘进巷道内温度先下降然后趋于稳定,再也无法下降,只有通过制冷措施,对独头掘进工作面进行降温。通过监测数据的焓差值计算出降温制冷系数,同时利用多次试验得出制冷系数范围在1.38~1.68,进而为独头掘进巷道降温设计提供设计依据。