矿井热害事故树的建立及风温预测

文中对矿井下风流温度升高的原因进行了分析,得出引起矿井高温的主要原因是井下风流和巷道壁面的对流换热以及风流自身的压缩热,并建立了相应的矿井热害事故树图。最后对矿井巷道岩石内部温度场做了分析,提出矿井干燥巷道风流温度的预测式,对水平和倾斜巷道中风流温度的变化规律进行了模拟分析,从而为矿井降温奠定相应的理论基础。     

高温矿井进风井筒及巷道风温预测

为准确预测矿井高温工作面气候条件,有必要对工作面通风系统进风井筒及巷道的风流温度进行计算。根据进风井筒及巷道的热湿交换特点,运用有限差分方法,分别建立了进风井筒及巷道的风温迭代计算数学模型;运用VB 6.0语言,编制了高温矿井进风井筒及进风巷道风温预测程序;应用于新巨龙矿井现场,计算得到了其进风井筒及巷道的风流温度。计算和实测所得风温误差较小,预测方法和计算程序是可靠的。     

高温矿井巷道风流对流换热相似实验研究

运用模型实验相似理论,推导出高温矿井巷道风流对流换热原型和模型之间的相似判据,建立了高温矿井巷道风流对流换热的实验系统。测量并分析了不同巷道壁温、不同入口风速以及入口温度对对流换热系数的影响;利用相关分析的方法,分析了巷道壁温、入口风速和巷道平均风流温度对对流换热系数的影响程度,得到各因素对对流换热系数影响程度,按从大到小的顺序为巷道平均风流温度、入口风速及巷道壁温;其中,巷道平均风流温度和入口风速均与对流换热系数呈正相关,而巷道壁温与对流换热系数呈负相关。基于对各影响因素的分析,得到了高温矿井巷道风流对流换热实验关联式,该关联式可以在实验范围内计算实际矿井风流的对流换热系数。     

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。     

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。     

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.     

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。     

矿井风流热交换

<正> 三、风流通过矿内巷道的热交换通过矿内巷道的风流,要与巷道围岩、矿井水等周围物体发生一系列地热交换,使风流的状态参数不断地发生变化。我们取单元巷道长度 dy 进行分析。在围岩壁面完全干燥,并且无局部热源时,风流与围岩热交换的微分方程为:     

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。     

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。     

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。     

高温矿井风流温度和湿度预测及其程序编制

分析了不同外界条件下巷道围岩与风流的不稳定换热系数的理论计算方法.讨论了存在不同壁面粗糙程度的巷道中围岩或煤壁氧化散热及其对风流温度的影响.然后以热力学中热质交换理论为基础,建立了单风路矿井巷道沿程风流温度、湿度的预测计算的理论以及数学模型,并编制了井下巷道风温分段计算的计算机程序.最后将该计算机程序应用于实际现场中,得到的计算结果与实测结果吻合,检验了该计算机程序的可靠性.     

局部通风掘进工作面换热系数分布研究

运用计算流体力学软件FLUENT对局部通风掘进工作面的流场、巷道壁面和风流之间的热量交换进行模拟,获得了局部通风掘进工作面风流速度和温度的分布。根据牛顿冷却定律和换热量与壁面风流速度、摩擦速度以及壁面黏度系数之间的关系,提出了换热系数的计算方法。运用此方法得到了半圆拱形巷道掘进工作面无量纲换热系数的分布,并对不同风量和不同壁面温度情况下无量纲换热系数进行对比分析可知,无量纲换热系数不受巷道风量和壁面温度的影响,只与风筒位置和巷道形状有关。     

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。     

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。     

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。     

高温矿井巷道风流温湿度预测模拟研究

为较准确地预测高温矿井风流温度及湿度,对巷道风流温湿度的分布进行数值计算,并建立了适用于矿井通风网络的温湿环境预测数学模型;以回采巷道、准备巷道、开拓巷道为研究对象,对其风流温湿度进行了计算,并与矿井实测数据进行对比验证。结果表明,现场实测值与预测值之间的误差均低于0.5 ℃,相对湿度误差均在1%以内,模型计算具有较高的可靠性,为高温矿井巷道风流温湿度的预测提供了简单便捷的方法,可及时采取相应措施应对井下的高温高湿环境。     

巷道棚子支护对围岩传热影响研究

围岩散热在矿井热源中占有很大的比例,而棚子支护对巷道围岩传热产生一定的影响。利用数值计算方法,采用湍流模型Standard k-e,分析了在雷诺数25860~689600下棚子支护巷道的湍流传热、流阻及对巷道风流的影响。结果表明,棚子支护增大对流换热强度,加大壁面向巷道空间散热,随雷诺数的增大呈线性增强;巷道棚子支护扩大了温度梯度,使距离壁面0.75m处温度便显著增加,压差随雷诺数呈指数函数增加,而无支护压差呈直线增加。     

热害矿井巷道围岩冷水截流降温技术北大核心

为了缓解矿井热害问题,提出了向巷道围岩中置入冷水管,通过冷水管截流高温的方法来降低围岩温度。根据相似性原理搭建了高温围岩冷水截流降温实验系统,改变冷水流速、通入时长和围岩温度等进行实验;结合COMSOL模拟分析了冷水管不同管径、不同间距布局对巷道围岩冷水截流降温效果的影响。结果表明:其他条件不变时,围岩降温幅度随着冷水流速,通入时长以及围岩与冷水的温差的增大而增大;模拟实际巷道围岩冷水截流降温,在冷水管管径为10 cm,竖直方向间距为2.5 m时,降温后巷道壁面的平均温度为23.4℃。     

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。