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。     

寺河矿采煤工作面降温系统研究

为研究热害矿井采煤工作面的有效降温方法,采用数值模拟与现场测试相结合的方法,选用内含液态CO_2的盘管式换热器系统对寺河矿6301#采煤工作面的降温效果进行研究,利用COMSOL软件探究了不同液态CO_2流速、不同换热器管间距和不同换热器布置长度的降温效果,得到了对寺河矿6301#采煤工作面降温效果最佳的液态CO_2流速,分析得出了具有最佳降温效果且符合实际工况的换热器管间距及换热器布置长度。结果表明:液态CO_2流速为0.1 m/s、管间距为75 mm、换热器布置长度为30 m时,采煤工作面降温效果最佳。将模拟结果与实测结果对比,证明了该降温方法能够有效降低采煤工作面的温度。     

水平巷道通风降温适用风量的研究

为了分析水平巷道通风降温的适用性,运用理论分析、现场试验和数值模拟的方法对水平巷道通风降温的适用风量及影响因素进行了研究,建立了水平巷道通风降温适用风量的数学模型,并依据夏甸金矿一水平巷道热环境参数验证了模型可靠性。研究结果表明:巷道热物理参数确定时,适用风量增加幅度随入风温度的增加而增大;当入风温度和风量不变时,出口风温随壁温的增加呈近似线性增加,壁温越高时出口风温下降幅度越大,因此较大风量对严重热害区域的降温效果较好。通风降温效果上,降低入风温度比增加风量效果更好。     

基于VUMA的某矿井下热环境模拟研究

随着矿山开采深度的不断增加,井下环境存在的高温高湿问题日益凸显,严重威胁工人职业健康和生产安全。为了探究井下热环境的分布及其影响因素,采取针对性的降温措施,基于VUMA-3D对某矿井进行了井下热环境模拟,研究了地温梯度、围岩传热系数、设备功率、入风风速和入风风温等不同因素对井下热环境的影响规律。研究结果表明：地温梯度每增加0.001℃/m,巷道内温度增大0.75℃左右;入风风速每增大0.2 m/s,巷道温度降低0.8℃,巷道内风速达到2.4 m/s后,巷道温度降低幅度变为0.34℃;入风温度以0.62℃的梯度递减,回风温度以平均0.4℃递减;增大风速和降低风温相结合的降温效果更好,但是降温效果对风流不畅的巷道有限,采用局部通风方法后,巷道温度从28.3℃降低到27.5℃以下,高温热害得到改善。     

掘进巷道回头热及其影响因素分析研究

在现场实验研究掘进巷道温度场的基础上,基于巷道围岩散热沿长度方向的变化情况建立数学模型进行数值模拟,得出巷道温度场及回头热分布规律。分析了掘进巷道回头热现象出现的原因及其影响因素,研究了入风温度、风量及风筒位置对回头热的影响。研究结果表明：入风温度越高,回头热温度越高、位置越靠近工作面;风量越大,回头热温度越低、位置距离工作面越远;风筒出口距离工作面越近,回头热温度越高、位置越靠近工作面。可为选择合理的掘进巷道降温方式及优化降温系统提供参考。     

高地温深部矿井巷道通风联合喷雾降温控制技术研究

:为解决矿井巷道高温环境危害,采用理论分析、数值模拟及现场应用效果分析等方法,研究高地温矿井温度场分布,同时模拟分析不同通风风速和通风温度对矿井环境温度的影响,并对喷雾降温效果进行分析,研究结果表明:提高通风风速能有效降低矿井环境温度,风筒出 口 速 度 为 ４ m/s时,通风降温效果最好,通风速度v 与巷道内温度T 变化存在关系为T＝３００．７９v－０．００４(R２ ＝０．９９);降低通风温度能够在增加通风风速的基础上进一步起到降低环境温度的效果,通风温度设置为２８８K 时,可以满足现场巷道掘进面处通风降温的要求;按照模拟确定出的最佳通风参数进行现场通风调整,监测发现巷道开挖面处的最大降温值可以达到１０．１６K,最高降温率为３．３８％,采取通风及喷雾降温方式,可以确保距巷道掘进面５m 内的降温效果,有效缓解了高地温环境对作业人员的影响.     

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。     

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。     

基于FLUENT的掘进作业面通风降温数值模拟研究

掘进作业面是矿山开采的主要工作面之一,研究高温矿井掘进作业面通风降温,可为井下深部开采通风系统的设计提出理论依据。根据空气动力学、流体力学和传热学等理论,利用FLUENT软件,在不同送风风速下对巷道内的温度场的分布进行数值模拟研究。结果表明,送风风速是影响巷道内温度场分布的重要因素之一,巷道围岩温度为35℃,在入口风温为20℃,风速为6 m/s,模拟得到掘进迎头处的温度在26℃左右,在距离掘进2 m的区域内的温度都在28℃以下,基本满足安全规程要求,当风速增加到10 m/s时,可更有效的带走迎头岩壁的热量,通风降温效果越好。     

高温环境下料浆大流量输送管流特性研究

为分析大流量管道输送过程中温度上升对料浆管流特征的影响,得出高温环境下料浆最佳输送管径及初始流速等参数,建立了充填料浆输送L管模型,基于流变试验获取料浆塑性黏度和屈服应力,利用COMSOL数值模拟软件分析了高温环境下不同温度、管径以及初始速度对应的管流速度场特性。结果表明：随着温度升高,充填料浆屈服应力以及塑性黏度随之降低;在弯管与水平管相接处,流态不稳定,料浆速度层出现较大变化,由塞流推进转化为速度自上而下递增的流动模式,易造成堵管、爆管;温度提高会导致中心最大流核区面积减小,温度为40、50、60 ℃时,最大流核区径向长度分别为0.09、0.07、0.05 m,减小率为22.2%,最大流速随之增加,当温度为40 ℃时,径向最大流速为2.978 m/s,温度增加至60 ℃,最大流速增大至3.135 m/s;随着管径增大,塞流最大流速区面积增加,管径为200 mm、240 mm时,最大流速区径向长度分别为0.1 m、0.12 m,最大流速随之减小,管径自200 mm增大至240 mm,最大流速由2.977 m/s变为2.876 m/s;随着进口速度增加,料浆中心最大流速区域增大,对塞流区域面积大小影响较小。基于上述试验成果,为减少输送阻力损失,提高矿山效益,建议矿山输送料浆参数选取温度40~50 ℃,管径200 mm,初始流速2.5 m/s。上述分析可为矿山充填设计及进一步研究管道输送流态问题提供一定的理论依据。     

高温高湿矿井人体热舒适数值模拟研究

基于三维k-ε湍流模型,利用Fluent软件模拟了不同风速和不同温度组合条件下,高温高湿巷道中的热环境.并根据热舒适性的评价指标PMV-PPD对巷道中热环境进行预测和评价,给出了高温高湿巷道中的速度场、温度场、热舒适性指标PMV、PPD分布图.结果表明:在巷道壁面温度为42℃、湿度为90%的高温高湿热环境中,采用入口空气温度低于25℃时,以0.5m/s的速度进风完全满足矿工热舒适要求:当入口空气温度在28℃以下时,以1.0m/s的速度进风也可满足矿工热舒适要求;当入口空气温度超过28℃时,应对进风空气进行降温处理.     

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。     

某金属矿山掘进巷道局部降温模拟

针对某金属矿山井下深部独头作业面高温热害问题,以巷道实际的开拓设计建立几何模型,利用FLUENT软件模拟巷道内的温度场变化。模拟巷道采用压入式降温通风系统,通过改变模型中风筒送风风速和温度,探究通风降温参数与巷道温度的相互关系。并在现场进行试验,验证通风降温机组实际运行的效果。结果表明:送风距离一定时,如果风筒送风风速越高,则掘进巷道内环境温度越低,降温效果就越好;若采深较大且存在热涌水等放热量较大的局部热源,送风距离的增大会使风筒送入的冷风温度快速攀升;风筒选用可伸缩性材料,送风距离可调控,有利于在更低的经济成本下改善掘进面热环境。模拟和现场检测具有较好的一致性。     

高地温巷道热害资源化利用数值模拟研究

随着巷道埋深不断增加，高地温带来的危害越来越严重，研究巷道热害资源化利用对地热的防治与利用具有重要意义。文章通过COMSOL模拟软件，建立热能利用数值模型，重点研究了不同影响因素与热交换管换热量的关系。结果表明：单位长度换热量与围岩温度、载体流速、热交换管到围岩距离、管径呈正相关关系；热能系统运行后，热交换管周围有明显的应力集中现象，但影响范围较小，且随着运行时间的增加，应力逐渐下降。     

大断面巷道穿断层破碎带区域支护参数优化数值模拟

目的：合理的支护参数是确保巷道围岩稳定和控制支护成本的关键。本研究以巨龙铜矿大断面排水巷道为研究对象进行支护参数优化。方法：设计了三种支护参数,利用有限元软件进行了数值模拟研究。通过分析不同支护参数下位移、应力及塑性区结果进行支护参数优化。结果：结果表明,锚杆支护能够有效改善围岩应力分布,避免出现应力集中。随着锚杆间距和排距的增大,巷道围岩最大位移增大,当锚杆间距和排距为1 000 mm时,巷道围岩位移最大。围岩塑性变形主要发生于巷道肩部和两帮位置。当锚杆间距和排距为1 000 mm时,塑性区深度大于锚杆长度。综合数值模拟结果和支护成本,巨龙铜矿大断面排水巷道最优锚杆支护参数为800 mm×800 mm(间距×排距)。意义：研究结果为穿断层破碎带巷道支护设计提供了理论参考。     

深部矿井注水对巷道内温度分布的影响

为了研究深部矿井煤岩体注水对巷道温度场的影响,采用每隔3～5m设置一个注水口、低流量中压缓慢注水的方法对煤岩体实施注水降温。建立巷道壁面与巷道环境之间的热湿交换模型,利用Fluent软件进行数值求解,获得了深部矿井煤岩体注水时温度场分布。结果表明:巷道内温度场呈阶梯分布,在采用注水降温时越往深处环境的温度越低;含湿量是影响巷道温度变化的主要因素;当注水口靠近巷道分布、注水间距为5m且注水速度为1.1m/s时,巷道降温效果最好,巷道环境温度约降低2℃。     

矿井降温技术研究述评

将矿井降温技术分为非人工制冷降温技术、人工制冷水降温技术、人工制冰降温技术和空气压缩式制冷技术4种类型。评述了非人工制冷降温技术的降温幅度及应用局限性,并认为抽出式通风改为压入式通风、增加风量的降温机理、调温巷道有效影响范围等方面还需要进一步研究。总结了人工制冷水降温技术存在的问题及研究进展,并认为人工制取冷水降温是一项比较成熟的降温技术;人工制冰降温技术正处在研究阶段,特别是输冰技术和融冰技术还有待进一步探讨;与蒸汽压缩式制冷技术相比较,空气压缩式制冷设备制冷系数低、体积大、投资大,研制的压力引射器、涡流管等设备多用于局部降温。另外,简要评述了空冷器的发展,提出将“一次水温”系统改为“二次水温”系统．以延长表面式空冷器被污染周期的设想。     

掘进巷道通风降温的数值模拟及影响因素分析

选取夏甸金矿-682 m水平38#掘进巷道为研究对象,进行通风降温试验测定,并用Fluent软件对试验条件下掘进巷道的风流速度场和温度场分布进行数值模拟计算,验证了该模拟方法的可靠性。研究不同因素对巷道降温效果的影响,初步得出了井下掘进巷道风流温度与风量、入风温度以及岩壁温度的变化规律。掘进巷道通风降温影响因素的排序为入风温度>岩壁温度>风量。入风温度和岩壁温度的升高均会导致与巷道风流温度线性升高。通过增加风量来降低风流温度是有效的,但随着风量的增加,其降温效果会越来越不明显。     

高温深井矿山独头掘进巷道通风降温机理研究

针对高温深井矿山独头掘进作业温度高、通风难等问题,以海南山金抱伦金矿为原型,基于气固两相流理论,采用三维流体仿真软件模拟深井井下高温环境,根据不同通风参数下主运巷及独头巷道的温度场、速度场分布特征,研究风温、风速及岩温等对气流分布、温度分布特征影响规律。结果表明:独头巷道有效通风临界距离为7 m,巷道交接处会产生“8”字型涡流,涡流交错处断面平均温度达到最低值,超过7 m,需要采取局部通风措施改善作业环境;采用制冷设备进行降温时,制冷装置距离掘进作业点距离小于30 m,入口通风温度为20～25℃时较为适宜;对于高热巷道围岩覆盖一定厚度的保温材料,减少岩壁向气流中散热,可以有效降低巷道空气温度。研究结论可为高温深井矿山通风系统设计、局部制冷降温设计提供理论支撑。     

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。