计算机仿真在巷道围岩与风流热交换研究中的应用

<正> 巷道围岩与风流热交换的理论研究是矿内空气热力学的基础。这一工作的开展对深井降温技术实践和地热能源的利用都有指导意义。本文的主要目的在于给出求算非稳态热交换过程中,任一时刻水平巷道围岩内岩温径向分布及巷道中风温沿轴向分布的方法。为解决工程实际问题(诸如:冷却方式的选择,地温利用中预热暴露面积的确定等)提供理论依据。水平巷道围岩与风流热交换的研究内容     

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。     

矿井风流温度预测及热交换机理分析

为探讨矿井风流热交换机理,采用归纳法对我国部分具有高温热害矿井的相关资料进行分析研究,总结出矿井中不同地点的风流热交换规律,进而提出矿井风流热力计算的数学方法和参数选取的条件和范围。研究表明:风流通过井筒、矿内巷道和回采工作面时,其热力变化规律有显著不同。这为实施矿井降温措施,改善井下作业条件,提高矿工劳动效率和安全保障提供了理论依据。     

深热矿井巷道围岩的热分析

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风流的对流热交换,着重从这两个方面对巷道围岩进行热分析。分析了巷道围岩调热圈和围岩内部温度场及其影响因素,以及围岩与风流热湿交换的显热和潜热。     

矿井风流温度预测及热交换机理分析

为探讨矿井风流热交换机理,采用归纳的方法对我国部分具有高温热害矿井的相关资料进行分析研究,总结出矿井中不同地点的风流热交换规律,进而提出了矿井风流热力计算的数学方法和参数选取的条件和范围,研究表明:风流通过井筒、矿内巷道和回采工作面时,其热力变化规律有显著不同.这为实施矿井降温措施,改善井下作业条件,提高矿工劳动效率和安全保障提供了理论依据.     

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。     

基于粗神经网络确定影响矿内通风风流稳定性主要风路的方法

提出基于粗神经网络确定影响矿内通风风流稳定性主要风路的方法.该方法首先应用粗糙集理论来选择影响风流稳定性的重要因素.然后构造确定影响矿内通风风流稳定性主要风路BP神经网络模型,根据重要因素采集生产实际数据,对神经网络模型进行训练,从而确定影响矿内通风风流稳定性的重要因素与巷道的风量之间的非线性映射关系.最后用神经网络计算主要因素的变化对巷道风量的影响,通过风量变化分析确定影响矿内通风风流稳定性主要风路.     

基于移动参考框架的矿内运输工具活塞风数值模拟

提出了采用基于移动参考框架的k-ε湍流模型对矿内运输巷道内的气流组织进行数值模拟．通过计算流体力学（CFD）应用软件Gambit和Fluent等,模拟矿内运输工具运动方向与风流方向一致情况下的巷道内空气流场的空间矢量分布情况．数值模拟结果表明：巷道内风流组织形式复杂,各个区域流速差别较大,与各参数选择有密切关系．     

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。     

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.     

井巷围岩与风流热湿交换影响因素分析

基于不稳定换热系数,建立了经过一段巷道后风流的温升公式,并运用计算软件Mathematica分析了各种参数对于井巷围岩与风流间的热交换结果的影响。从分析结果来看,岩石的热导率和巷道断面周长对风流的温升有一定影响,壁面粗糙度系数影响不明显,风流质量流量的影响很明显,而巷道水分蒸发的影响最强烈。相关计算参数获取的多寡和精度决定了计算的精确度。     

高温矿井风网解算中通风参数校正问题的探讨

受风流增温的影响,使用常规算法计算高温矿井的巷道通风参数会产生一定误差,这会直接影响风网解算结果。通过研究空气密度的计算、风流与巷道进行热交换条件下风流温度的分布计算、巷道段的自然风压计算,通过巷道入口风流温度和巷道壁对流传热系数计算,获得高温矿井巷道自然风压的计算方法,利用该方法计算巷道自然风压,参数易于测得、计算结果精确、便于实际应用;通过分析风流增温对巷道风量的影响,为解决节点风量平衡与风流增温风量增加的矛盾,假设巷道风量不变,通过巷道风阻校正,消除保持风量不变对巷道阻力计算的影响。通过自然风压的加入与巷道风阻的校正,可有效提高高温矿井的风网解算精度。     

深部开采煤巷预冷风流降温模拟测试研究

基于人工制冰降温技术优点,提出了预冷风流降温技术,搭建热害矿井冰水预冷风流降温模拟测试平台,研究井下风流降温特性。结果表明:巷道通风风流与围岩、工作面进行热交换,风流温度逐步升高直至趋于稳定,且围岩、工作面温度越高,通风风流温升越高。冷风流持续与煤巷通风风流混合换热,可使煤巷通风风流温度降至煤矿安全规程要求26℃以下,且冷风流量越大,煤巷通风风流降温效果越明显。预冷风流降温技术经济、实用,对深部矿井煤巷通风风流降温具有重要实际意义。     

巷道风流中瓦斯逆流机理及其实验研究

分析了井巷风流中瓦斯逆流现象及其特征，运用相似原理导出矿内紊流风流中瓦斯运移无量纲微分方程组和相似参数，通过实验得到倾斜共馘上行风流中巷道顶板瓦斯逆流、浓度分布及逆流区长度的变化规律，并得出倾斜巷道下行风发生瓦斯逆流的临界判别式。     

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。     

矿井通风系统环境温度实时计算与应用

结合矿井通风网络解算,对矿内通风巷道风流温度进行了实时计算与分析.首先对影响风流温度的不同热源进行了分类,选定了基本热源计算公式;然后根据对矿井不同特征巷道的划分,对不同性质的巷道进行了分析,最后结合大强煤矿实际状况,计算并分析了矿井风流温度参数.成果可为高温矿井的系统开拓、改扩建和通风系统的设计提供参考。     

金属矿山深井高温巷道通风预冷降温技术

依据金属矿山井下巷道热交换的能量方程,分析了井下巷道的热交换基本规律,以及矿井通风风流预冷降温的理论依据,并通过冬瓜山铜矿实践证明,对巷道入风风温控制可提高井巷热交换效率,达到降温目的。     

风流温度周期性变化的围岩传热数学模型研究

针对深井围岩传热问题,建立了风流温度周期性变化的围岩传热模型。通过对巷道进行特性优化,构建了巷道围岩传热的物理模型,基于物理模型建立了径向一维非稳态传热模型,在此基础上对风流温度的周期性变化与围岩散热的数学关系进行了研究。通过求解得出受风流温度周期性变化的巷道壁面温度以及围岩散热量的表达式,为深井降温提供了技术支撑。     

用废旧巷道和采空区预热进风

为防止进风井筒冬季结冰,需对进风预热。我国矿山一般采用锅炉蒸气或电炉预热,这就需设置采暖设施,消耗大量的燃料或电能。现在东北地区利用废旧巷道和采空区,使冷空气先与围岩进行热交换,升温后,再将风流送入井下。