掘进巷道风流热环境的数值模拟

用三维k-ε紊流模型模拟了压入式局部通风掘进工作面风流与巷道围岩的热交换过程以及巷道壁面水分和风流之间的热湿交换.得出掘进工作面风流温度和湿度的分布是相似的, 阐明了从工作面壁面散发显热和潜热随时间的变化规律及其与湿度系数的关系,即湿度系数越大,潜热热流密度越大,显热热流密度越小,总热流密度随湿度系数的增大而增加.分析了掘进巷道周围岩石的温度分布和变化规律,壁面换热系数分布不均匀对壁面附近岩石温度分布有很大影响,随着向围岩内部的深入,围岩温度趋于均匀分布.     

井下局部制冷系统在高温高湿工作面的试验及应用

针对龙家堡矿411工作面的工程及地质条件,采用井下局部制冷系统在411工作面开展了降温、除湿试验及应用。结果表明:在开启井下局部降温系统3 h后,能使风流温度平均下降3.3~5.3℃、湿度平均下降11%~17%;随着风流本身温度和湿度的降低,制冷系统所引起的平均温降和平均湿降也将有所降低;井下局部降温系统能使411工作面风流温度下降至26℃以下,降温效果显著。     

基于Surfer8.0的回采工作面热湿源分布及变化规律

为了研究工作面热湿源分布及变化规律,采用单元法对回采工作面风流参数进行了现场测定,利用Surfer8.0软件得到了工作面风流温度、含湿量的分布等值线图和云图。现场测试与分析结果表明:沿工作面倾斜方向风流的温度和湿度逐渐升高,增热和增湿的趋势基本上是同步的。温度参数在沿工作面走向方向靠近采空区位置温度最高,其次为靠近煤壁方向,在工作面中部温度相对最低,变化幅度也最小,基本与巷道风流速度场的分布成反比。湿度参数则由于防尘水的原因在煤壁附近最高,靠近采空区附近较低,巷道中部最小。总体分析工作面后半部分较前半部分的温度和湿度增加梯度稍大。     

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。     

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。     

沙溪铜矿井下掘进工作面局部降温技术的应用

随着金属矿山资源日益深部化,深立井及超深立井施工过程中的矿井热害问题也日益突出,以沙溪铜矿千米深井为例,首先分析了地面送风风流余热、围岩传热、井下岩石爆破余热、井下设备散热等热源源头,然后根据国内外煤矿、金属矿建井期的降温经验,采用3种降温方式对比分析,确定了掘进工作面实施矿井排水散热的局部制冷降温方案。因掘进工作面局部降温送冷风距离长,利用热力学理论及经验公式定量分析了冷风输送量及送风温度对降温效果的影响,降温后风流的实测参数表明理论分析方法正确有效。根据降温前后风流温、湿度的实测对比分析,表明矿井排水散热的局部制冷降温可有效消除井下掘进工作面的热害影响,具有较好的借鉴意义。     

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。     

掘进巷道风流温度场分布规律的研究

为了获得掘进巷道风流温度场分布规律,通过巷道实体模型和数值模拟实验相结合的方法,测试了不同巷壁温度、通风风量、入口风温时掘进巷道风流热环境的分布情况,分析了温湿度场分布差异,提出掘进巷道风流温度场"四区"即迎头阻碍区、射流影响区、回风稳定区、外部影响区分布概念,壁温发生改变可对迎头阻碍区、外部影响区造成更大影响,改变入风温度可对射流影响区造成更大影响;通过对比分析掘进巷道风流温度和湿度场,发现风流温度分布受风流参数影响较大,而湿度分布受巷道物理结构影响较大。     

实施降温措施的采掘工作面空气处理过程分析

针对高温矿井采掘工作面空冷器常见安装位置和冷风输送方式,分析了冷风流自空冷器出口后沿途发生的变化及其对应的冷风流状态参数变化过程;分析了各空冷器安装位置、送风方式下引起冷风流状态变化的原因;提出了各空冷器安装位置、送风方式下确保工作面设计状态的空冷器出口冷风参数确定路径及装机冷量的构成;定性得出将空冷器距工作面一定距离安装、采用隔湿风筒输送冷风的方式较优.得出的结论对指导高温矿井降温系统设计有一定的指导意义.     

压入式局部通风掘进巷道内热环境数值模拟研究

采用三维k-ε紊流模型,利用Fluent软件模拟了2种风筒送风方式下,压入式局部通风掘进工作面风流与巷道围岩的热交换过程,得到了掘进巷道内速度场、温度场以及人体热舒适指标(PMV～PPD)分布图.计算结果表明,边长为0.7m的风筒、风速6m/s和空气温度20℃的送风方式,较其它送风方式能为矿工提供更好的热舒适工作环境;在掘进巷道同一截面不同高度的温差小于3℃;在掘进巷道内人体活动区域预测平均投票数平均值低于0.5,预测不满意百分数平均值小于20%,靠近掘进巷道侧风速较大,人体有吹风感.在满足人体热舒适的条件下,采用较大直径送风筒和相对较低的送风速度的送风方式有利于气流组织对有害物质的稀释和排出.