高温,高温矿井中风流热力动力变化规律及热阻力的研究

根据热力学，热流体学和流体力学等基本理论，结合高温，高湿矿井的风流运动特征，推导出适合于高温，高湿矿井的风流运动基本理论方程组，并引入了热阻力概念及推导出热阻力的计算公式。最后，结合某高温工作面实测参数进行分析，进一步说明了高温，高湿矿井中热湿源对风流运动的影响不可忽视。     

高温高湿矿井湿热空气对通风风阻的影响

高温矿井中矿井通风阻力包括摩擦阻力和热阻力。在考虑湿、热源影响的情况下,井下风流密度应视为变量,通过对巷道平均密度的推导得出了以压力损失表示的巷道摩擦阻力的修正公式;引入热阻力的概念,以一维可压缩稳定流为基础,建立流体的连续性方程、动量方程、能量方程,推导得出流体在粘性阻力和重力同时存在的情况下热阻力的表达式,给出了热阻力系数的计算公式。通过对某矿山运输巷道的实测参数的分析,进一步证实了井下热源对巷道通风阻力的影响已不容忽视。     

高温矿井风流热力参数测定及其变化规律和热湿源的分析

在对高温矿井风流基本热力参数测定的基础上,详细分析了风流自地面流向采掘工作面的过程中,风流的温度、焓、含湿量和相对湿度沿程变化规律,从而掌握高温矿井的热、湿源分布状况和采掘工作面热害环境状况,为高温矿井的热湿源分析和制定热害治理措施提供可靠的基础数据。     

矿井火灾巷道通风热阻力计算与实验研究

针对火灾时期矿井巷道通风热阻力计算问题,对风流温度-密度变化的通风巷道,推导出一种规范表达计算式。指出从广义的通风原理上,火灾时期的风流(热)阻力仍然包括摩擦阻力和局部阻力,同时还包括火燃烟气这一外来风源的附加阻力。新公式将通风阻力计算按巷道与流体“固-流双质”特性来表达,引入巷道几何风阻的概念,几何风阻是指巷道本身的阻力特性,与流体无关,它包括摩擦风阻和局部风阻两部分。从概念上,新公式对热阻力的本质有明确的辨析,在计算和分析上避免了容易出现的错误,由此推导出高温烟流通风阻力与火灾温度成正比。为了验证这一热流阻力效应,设计了一个实验管道装置,实验测定了热阻力随温度的变化,实验结果与理论推导结论相吻合。利用该实验装置还成功分离出了外源烟气流的附加阻力,实验结果表明,外源阻力完全是燃烧过程的物理映像,给出了有火灾外源气体参与热阻力贡献的实用算法。     

基于网络解算的矿井风流温度计算方法研究

矿井热害是影响煤矿安全生产的问题之一,通过对矿井热源的分析,对巷道进行了分类。结合风流热湿交换理论,总结了各类巷道的风流温度计算公式。在通风网络解算理论的基础上,对具体矿井进行了风流温度模拟计算。为高温矿井降温系统的确立提供了理论基础,以确保矿井能够安全、高效、经济的运转。     

基于网络解算的矿井风流温度计算方法研究

矿井热害是影响煤矿安全生产的问题之一,通过对矿井热源的分析,对巷道进行了分类。结合风流热湿交换理论,总结了各类巷道的风流温度计算公式。在通风网络解算理论的基础上,对具体矿井进行了风流温度模拟计算。为高温矿井降温系统的确立提供了理论基础,以确保矿井能够安全、高效、经济的运转。     

矿内风温预测计算及程序编制

本文以热质交换的基本理论为依据，结合多年来矿井降温研究的实际经验，论述矿内风流与环境的热质交换机理，建立了沿巷风流风温预测的数学模型，并编制了计算程序。     

金川二矿风流热力参数规律分析

在对金川二矿风流热力参数测定的基础之上,详细地分析了风流焓值、含湿量、相对湿度、露点温度和空气密度随风流路线的变化规律,掌握了金川二矿高温矿井的热、湿源的类型及分布状况。金川二矿的主要热源是井筒段的风流自身压缩热、运输中矸石散热、暴露时间较短的围岩散热及机电设备散热;主要湿源为井筒段的淋水加湿、涌水加湿和开采盘区内的喷雾降尘加湿。针对具体的热、湿源提出了治理措施。     

倾斜巷道风流热环境数值模拟

由于长期的开采,我国煤矿浅部资源已殆尽,矿井开采以每年15m的速度向深部开采,热害已经成为矿井灾害之一,矿井风流热交换理论的研究对热害治理有重要意义.基于传热学理论,建立了三维矿井风流与倾斜巷道热湿交换的数学模型,采用异步长有限差分法对巷道内风流热环境参数进行数值模拟求解,分析了巷道倾角对风流温湿度的影响,得到了巷道倾角不同时风流温、湿度关系分布图,对高温矿井热害治理有一定的指导意义.     

三河尖高温矿井风流热力参数测定及变化规律分析

在对徐州矿务局三河尖矿风流热力参数测定的基础上，详细地分析了风流焓值、含湿量、空气密度和相对湿度随风流路线的变化规律，从而摸清了三河尖高温矿井的热、湿源分布状况，且为该矿的热害治理提供了可靠的基础依据。     

基于蓄热充填体深井吸附降温机理

现有深井降温系统主要存在能耗大和工作面湿度高的问题。为了解决这两个问题,提出了基于蓄热充填体深井吸附降温系统。系统由空气处理系统、充填采热系统及矿井水系统3个子系统组成。充填采热系统为空气处理系统中的转轮除湿机提供再生热源。矿井水系统用于给空气处理系统的表面式冷却器提供冷源。研究了系统的工作原理、热力学过程、热力计算和热性能分析。对某矿井工作面设计了基于蓄热充填体深井吸附降温系统,热力计算结果表明:系统降温前后的空气温度降低了8.9 ℃,相对湿度降低了52.9%。这种降温系统改善了井下工作面环境,并具有能耗低的优点,可应用于采用充填法控制地压的高温矿井。     

热害矿井风流热力参数测算程序设计及应用

针对煤矿的高温高湿问题,编制流热力参数测算程序,利用最易于测得的环境热力参数干、湿球湿度和大气压力以及风速,计算测点空气风流中所有其它热力参数。利用这些参数可以分析井巷风流的热力参数变化规律和工作环境的热湿源分布状况,为解决煤矿的热害问题提供帮助。     

流热耦合作用下组合岩体等效导热系数研究

针对存在裂隙和流体的组合岩体,采用理论分析、数值计算和实验研究相结合的方法,基于传热学和热动力学的基本原理,综合考虑不同性质岩石的传热和裂隙流体的对流换热,建立了流热耦合条件下组合岩体等效导热系数的计算模型;采用有限元数值模拟方法,随机模拟岩石的孔隙结构,建立了孔隙分别被空气和水充填时,岩石等效导热系数的统一经验方程;通过对裂隙流体与岩体对流换热系数的实验测试,给出了对流换热系数随与流速和温差的关系;综合分析了裂隙和流体对组合岩体导热性的作用,在低流速和小温差条件下,对流换热阻较小,裂隙宽度和流体导热性对岩体导热系数的影响较大;在高流速和大温差条件下,对流换热阻逐渐超过裂隙流体的热阻,组合岩体导热系数明显增大。     

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。     

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。     

煤矿乏风的蓄热逆流氧化

用自行研制的蓄热逆流氧化装置对煤矿乏风的氧化反应进行试验,考察了CH₄体积分数、乏风流量、换向周期和反应区温度对煤矿乏风氧化的影响.结果表明：当CH₄体积分数大于0.2％时,蓄热逆流氧化装置能够维持自热氧化反应,氧化率在99％以上,且能够回收一定的热量;随CH₄体积分数和乏风流量的增加,氧化装置中心区温度升高,高温区域扩大,有利于氧化反应的进行;最佳换向周期范围为90～150 s;煤矿乏风氧化的最低反应温度为880 ℃左右.     

新城金矿深部热环境分析及围岩温度测试

随着开采深度的增加,新城金矿已经进入深部开采阶段,逐步面临高温热害问题。鉴于此,开展地下深部热环境分析,分析矿区主要热源及其形成机理,应用工程热力学手段量测不同开采深度下巷道风流温度、湿度以及风速等环境因素。采用深孔测量法测定不同深度的围岩温度,研究地温梯度变化规律。测试结果表明,巷道风温、水温均随着开采深度的增加而增大,主要生产中段相对湿度在80% RH以上,矿区恒温带温度为23 ℃,正常地温梯度为0.018 ℃/m,调热圈半径为17~18 m。该结果为有效控制井下作业场所的热环境状况以及热害防治研究提供了基础数据。     

制冷降温掘进工作面的风温预测及需冷量计算

根据掘进工作面风筒内、外风流相互传热，相互影响以及风温沿巷道非线性变化的特点，指出了掘进工作面风温预测存在的问题．提出了独头巷道风筒内、外风流温度的差分计算的原理和方法，并依此编制了制冷掘进工作面风筒内外风流温、湿度和需冷量预测的计算机程序．大量的实例计算说明，该计算机程序不仅能准确计算出制冷降温掘进工作面风温和需冷量，而且能揭示掘进工作面风筒内、外风流温度的非线性变化规律，为高温掘进工作面制定合理降温措施提供了基础．     

矿井空气吸热能力分析与应用

综合考虑空气温度、湿度与焓等参数,提出以矿井空气吸热能力来衡量矿井工作热环境,当矿井空气绝对吸热能力为负值或相对吸热能力超过100%时,可认定此时的工作热环境超出了有关规定,有必要采取降温措施。以山东省济宁二号煤矿为例,对其井下冬夏两季空气吸热能力进行了测定与分析,结果表明：矿井空气吸热能力与一般空气热力参数如温度、湿度等变化趋势相反。在进风及用风区段,吸热能力逐渐下降,至回采工作面出口处最低,甚至出现负值。