用差分法解算巷道围岩与风流不稳定换热准数

本文分析了巷道围岩不稳定温度场的导热微分方程及其无因次形式，论证了变节距差分法的计算原理和公式，给出了不稳定换热准数随傅立叶数变化曲线，计算结果证明了该方法具有快速准确的特点。     

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。     

围岩对矿井入风流温度的影响分析

基于传热学理论,结合湿壁特点,建立了矿井入风流与巷道岩壁间热湿交换数学模型,分析了巷道几何尺寸、岩层热物理性质及入风流初始温度对入风流温度的影响。分析结果表明,岩层热物理性质对井下风流影响最大,风流温度随着垂直深度的下延呈线性增加;巷道几何尺寸对井下入风流影响较小,巷道水力半径越大,在同一深度的平巷内入风流温度变化越大;入风流初始温度对井下空气流的影响随着深度的增加逐渐减小,到达增温层深处空气流温度主要受岩层放热的影响。     

井巷围岩与风流间温湿交换理论模型及应用

结合金洲矿业集团金青顶矿区的实际情况,对井巷围岩与风流间温湿交换建立了数学模型,通过与现场实测结果比较分析,数值模拟的入风流温度分布与实测数据非常接近,在深度和水平方向上的变化较为明显,反映了实际岩层预冷降温系统中入风流在废弃斜井中的变化情况,揭示了井巷围岩与风流间的热交换规律,证明了所建立的预测模型在地温预冷分析方面的可行性并应用于通风系统的实际设计之中。     

巷壁与风流间对流换热系数计算及敏感性分析

为准确计算矿井巷道风流与巷壁间的对流换热系数,根据巷道风流与巷壁间的热湿交换原理,考虑巷壁潮湿、巷道风流为湿空气及巷壁粗糙特征等矿井实际生产情况,将对流换热系数表示为风温、风速、潮湿率、巷道尺寸、巷壁温度、热物性参数及摩擦阻力系数等可测参数的函数;基于对流换热系数的表达式,利用敏感性分析法,主要讨论了对流换热系数对巷道风速、巷道半径及巷道摩擦阻力系数等3个因素的敏感程度。结果表明:3个因素的影响敏感程度具有较明显差异,其中巷道风速是影响对流换热系数的最敏感因素,对流换热系数对巷道摩擦阻力系数敏感性次之,对巷道半径敏感度最低,且当巷道半径在一定范围内变化时对流换热系数对巷道半径的敏感度较低,此时可忽略其对换热系数的影响。     

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。     

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。     

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。     

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。     

倾斜井巷围岩与空气间的热交换研究

随着矿井开采深度的增加,地温不断增加,井巷围岩与空气热交换所占的比重也越来越大,研究一般情况下围岩与空气间的热交换规律对井下热源分析和风温预测都有着重要的意义。根据调热圈理论,在不考虑湿交换和其它井下热源的前提下,导出了倾斜井巷围岩与空气热交换的数学模型并得到了解析解,并用金洲矿业集团金青顶矿区的实测数据对模型进行了分析验证。     

井巷除湿降温风流温度分布模型计算研究

为有效控制井下热害问题,考虑井巷中水分蒸发吸热对风流温度分布的影响,研究风流除湿降温效果。采用最小二乘法拟合水分蒸发量随岩壁温度变化的函数,作为求解风流含湿量的基础方程,建立井巷除湿降温的有限差分法数值模拟模型,应用Matlab软件编写了仿真程序进行计算,给出计算的稳定性和收敛性条件。计算结果表明,水分蒸发量是影响风流温度分布的重要因素,受水分蒸发的影响,围岩传递给空气的热量并不一定会使风流温度上升;当采取除湿降温的复合制冷方法后,风流降温迅速,且在相当长的一段巷道中保持持续降温的效果。     

Heat Exchange of Rock and Filling Masses in Kimberlite Mining

Heat interaction between rock and solidifying filling masses is considered in underground kimberlite mining in kriolite zone. The mathematical model is developed for the heat exchange process with allowance for the moisture phase transfer. The influence exerted by cement consumption and geometrical dimensions of mine workings on the intensity of rock mass thawing around them are investigated.     

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。     

顾桥矿高温风流致热源分析及防治措施

针对深井开采时的风流高温问题,对具有代表性的顾桥煤矿高温致热源进行了全方位的分析。提出了相关的高温防治措施,有开采技术措施以及分区集中制冷、冷凝热地面排放降温系统,对该降温系统进行了详细的介绍,对比分析了降温措施取得的效果。结果表明,采取降温措施可降低井下局部区域风流温度4～5℃,改善了工作环境,提高了工作效率,降低了事故的发生率,保障了煤矿的安全生产。     

矿井深部热害分析及治理研究

高温高湿热害是矿井向深部开拓延伸中普遍面临的问题,给井下作业人员的健康和矿井安全生产带来了极大的影响和危害。论述了热害治理的非人工制冷降温与人工制冷降温（矿井空调降温）两条主要思路,分析了非人工制冷降温的主要技术措施及特点,矿井空调降温的主要类型与基本原理,以及矿井空调降温方案的优缺点。     

堆积硫化矿散热影响因素的研究

硫化矿自燃是一个以氧化放热为主、自发产生热量及热量积蓄引起硫化矿堆升温的非常复杂的物理化学过程。温度是描述硫矿堆自燃的一个重要物理量,它能反映采场硫化矿氧化自燃的程度及其散热条件的优劣。分析了国内一些矿山硫化矿自燃的原因,用实验验证了矿堆堆积密度、矿堆含水率、环境风速、矿石块度等对堆积硫化矿散热的影响,提出了几点预防硫化矿自燃的措施,为矿山实际生产提供指导和帮助。     

矿井深部热害分析及治理研究

高温高湿热害是矿井向深部开拓延伸中普遍面临的问题,给井下作业人员的健康和矿井安全生产带来了极大的影响和危害。论述了热害治理的非人工制冷降温与人工制冷降温（矿井空调降温）两条主要思路,分析了非人工制冷降温的主要技术措施及特点,矿井空调降温的主要类型与基本原理,以及矿井空调降温方案的优缺点。