矿井集中制冷机组高压换热器的设计研究与应用

为解决矿井热害治理关键技术装备依赖进口的难题,根据矿井降温技术装备的发展现状,结合矿井降温的实际需求,研制了适用于煤矿的高承压冷凝器、蒸发器,并在此基础上进行了矿井集中制冷机组的模块化设计研究.现场实践表明,矿井集中制冷机组最大换热量达到了3670 kW,冷冻水出水温度达到了3℃,可拆件的结构长度小于4.4 m,达到了...     

热泵与动力热管复合的深井热害控制试验研究

随着矿井开采深度的日趋增加,井下高温热害越来越严重,现阶段应用于矿井中的降温措施主要有非机械式制冷技术和机械式制冷技术,部分方法简单易操作但是降温效果不佳,部分方法降温效果良好但是受地势影响较大且安装成本高。提出并研究了高效制冷和远距离传热的热泵与动力热管复合系统。通过搭建试验平台,模拟井下工作环境,在不同热管长度条件下进行试验和测量,研究了不同长度对系统换热性能的影响。结合实际情况,分析了热泵与动力型分离式热管复合系统用于井下降温时在设计上和性能上的优势,明确了该系统在矿井中应用的可行性。研究表明:系统换热量随着蒸发段温度的升高或冷凝段温度的降低而增加;系统驱动温差越大,换热效率越高,同时所提出的试验系统可以在驱动温差为0或者蒸发段温度低于冷凝段温度时正常使用;工质循环动力泵流量增大,系统换热量先增大后保持不变,系统管路越长到达稳定值需要的动力泵流量越大,管路沿程损失对系统性能有一定的影响。     

矿井降温除湿系统的热力学分析

针对目前普通矿井空调系统存在降温效率低、能耗高、湿度大且舒适性差的问题,分析高温矿井各种热湿负荷特性,提出基于热害矿井热源一体化循环利用的热管降温除湿空调系统。通过高效相变换热的分离式热管系统,以矿井余热为启动热源,热管蒸发段承担矿井湿负荷,降低蒸发器进风温度。实现矿井空气温湿度的独立控制和高效节能运行,并使矿井除湿量显著增加。     

矿井热源分析及降温技术研究和发展

矿井热源分析及降温技术对深井开采有重要意义。从矿井巷道内岩体放热、矿石氧化放热、机电设备放热、井下热水放热及局部热源放热5方面分析煤矿热害来源。将矿井降温技术分为传统降温技术和现代降温技术2大类型,评述各降温技术原理、特点及应用现状。机械制冰降温仍然存在运冰和融冰技术难题。机械制冷水降温技术应用成熟,已经成为现行矿井降温的主要手段;瓦斯发电制冷降温技术有机地结合了煤矿瓦斯排放和治理井下热害问题,实现了能源的合理利用;分离式热管降温技术适应大型化换热设备,冷、热流体完全分隔开,且系统循环不需要外加动力。另外,提出了现行矿井降温技术的一些改进方法及研究趋势。     

分离式热管在矿井降温中的探索

矿井高温热害日益严重,严重影响了工人的健康和安全,文章针对目前矿井降温措施的缺点,在分析分离热管原理的基础上,提出了分离式热管用于矿井降温的构思,进行了理论上的可行性分析,对于解决矿井热害有一定参考价值。     

基于矿井水源的井下降温技术应用研究

为解决深井开采下作业环境的高温热害问题,在分析井下高温热害致灾因素的基础上,探讨了井下主要热源的类别及其散热量的计算,并制定有效的热害治理方案。在综合分析传统制冷降温原理的基础上,提出一种以矿井水源为冷源的降温技术方案,通过提取矿井涌水中蕴含的天然冷能来实现对深井高温作业面上的热害治理。结合了金渠金矿1 118 m坑口矿井作业面上的高温热害问题和井下的开采现状,利用640 m水平存在的低温涌水,在440 m水平的回风井附近建立制冷降温系统,对280 m水平中段西翼独头掘进作业面进行降温降湿的热害治理。实践结果表明,降温后,280 m水平西翼独头掘进工作环境的温度控制在28℃以内,相比降温前降低了4~5℃,作业面上的相对湿度也控制在75%左右。     

基于FLUENT的掘进作业面通风降温数值模拟研究

掘进作业面是矿山开采的主要工作面之一,研究高温矿井掘进作业面通风降温,可为井下深部开采通风系统的设计提出理论依据。根据空气动力学、流体力学和传热学等理论,利用FLUENT软件,在不同送风风速下对巷道内的温度场的分布进行数值模拟研究。结果表明,送风风速是影响巷道内温度场分布的重要因素之一,巷道围岩温度为35℃,在入口风温为20℃,风速为6 m/s,模拟得到掘进迎头处的温度在26℃左右,在距离掘进2 m的区域内的温度都在28℃以下,基本满足安全规程要求,当风速增加到10 m/s时,可更有效的带走迎头岩壁的热量,通风降温效果越好。     

井下降温室温度场演化规律研究

随着煤矿开采深度的加深,热害加重,现有的整体降温方式不能满足井下需冷要求,需要局部降温来缓解矿井热害。根据唐口煤矿现有的局部降温室构造建立模型,通过数值模拟的方法对降温室温度演化规律进行分析,并通过现场实测验证了规律,得出了较为合理进风条件,即风速为1.5m/s、风温为18℃的通风条件能耗较少且热舒适度较好。     

高温矿井热湿环境对人体机能的影响

矿井高温热害及其治理已成为国内外采矿界公认的科技难题,矿井降温技术已成为高温矿井正常安全生产、企业发展的瓶颈技术和关键技术。随着矿井开采深度逐渐增加,作业人员的安全及职业健康问题愈加突出,尤其是高温高湿环境下矿工的健康问题。研究热湿环境对人体机能的影响尺度,可为更好地调节高温矿井热湿环境提供依据和借鉴。针对3个高温金属矿井,选取不同中段的5个作业点（其环境温度范围分别为23~26 ℃、27~30 ℃、31~34 ℃、35~38 ℃、39~42 ℃,湿度范围介于60%~70%、70%~80%、80%~90%三个区间,风速调控为0.5 m/s、1.5 m/s、2.5 m/s）,对50名矿工（10个作业小组）进行生理、心理及行为测量。通过测量及数据分析得到热湿环境下人体各机能参数的变化趋势,结论为温度27 ℃以下、湿度60%~70%、风速0.5 m/s为矿工作业环境的舒适范围。温度超过27℃,湿度超过70%时,需采取降温除湿措施改善井下作业条件。     

矿井地热资源综合化应用研究

河北省某矿井有丰富的水资源,矿井的涌水量平均为1 766.9m3/h,最高涌水量为2 135.7m3/h,最低涌水量为1 485.3m3/h。排水水温平均为14.68℃,最高水温为18℃,最低水温为10℃。矿井水中蕴涵丰富的余热资源,利用水源热泵技术,开发利用这些矿区的地热资源,有助于减轻矿井热害,改善井下工作环境,有利于改善矿区的能源消费结构,减轻环境污染和增加企业经济效益。     

张双楼煤矿深井热害控制及其资源化利用技术应用

随着开采深度的增加,越来越多的矿井面临高温热害,热害作为地热能的一种形式可以有效利用。以张双楼煤矿为例,通过现场试验,进行热害资源化利用技术研究。认为矿井涌水丰富的矿井可以充分利用矿井涌水作为井下降温系统冷源;同时,以矿井涌水为冷媒,通过矿井排水系统输送井下热能至地面,在地面建立热能综合利用系统进行工业广场建筑物、井口防冻和洗浴供热;张双楼煤矿实施热害资源化利用技术后,井下工作面空气温度降低了7 ℃,工作面空气含湿量降低了13.62 g/kg,同时取代地面燃煤锅炉后,年节省燃煤11 790 t,减排二氧化碳31 122 t。     

首山一矿地面集中式降温技术与工程实践

首山一矿己组煤层属二级高温区,煤层埋藏深、工作面走向长、通风距离远,煤层底板以上地温梯度263～418℃/100m,平均地温梯度342℃/100m,大多数工作面温度均超过33℃、湿度达到96%,矿井热害问题严重。为保障职工的身心健康和矿井的生产安全,平宝公司采用集中式降温技术处理首山一矿己组煤层矿井热害问题。文章通过对己组煤层各工作面降温效果进行分析,评价了地面集中式降温系统的降温效果。结果表明,装备空冷机的制冷分支巷道温度降幅5～11℃,湿度降幅20%～30%,工作面温度基本上降到25℃以下,湿度均降到75%以下,取得良好的降温效果。平宝公司通过工程实践为高温矿井的降温提供了可靠的方法。     

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。     

整体式热管换热技术在煤矿井口防冻系统中的应用

以阳煤二矿南风井井口防冻应用整体式热管换热技术为例,根据井口防冻热负荷和矿井回风余热的供热能力,对热管换热器基本参数和热管阻力进行了设计计算.经过统计一个采暖季的数据,分析了典型工况下矿井回风、新风在换热前后的温度变化情况.结果表明:应用热管换热技术可以满足井口防冻的热需求,当最低温度-15℃接近设计最低值时,进风温度...     

NH_3/CO_2复叠制冷系统在实际工程应用中的研究

随着NH3/CO2复叠式制冷系统的应用,开发高效冷凝蒸发器来提高系统的性能是必要手段。对一种新型NH3/CO2冷凝蒸发器进行实验研究得出:不同制冷工况下,不同的换热温差,测试出相对应的传热系数,对比分析出不同布管形式对传热系数、换热温差、热流密度等的影响,从而得出最优的布管方式,为高效冷凝蒸发器的开发和设计奠定了基础。     

矿井乏风余热回收和除尘实验研究

煤矿在开采的过程中会产生数量巨大的低温热源,如果能合理利用,将产生丰厚的经济效益和环境效益。设计了矿井乏风余热回收净化系统,采用多级喷淋对矿井乏风进行显热回收并除尘。实验研究各级喷淋换热效率及除尘效率,并分析其影响因素。实验结果表明:当整体水气质量流量比为0.649 8、单级水气质量流量比为0.324,且环境温度为17℃时,乏风两级喷淋后水温可以升高约3.4℃,喷淋室风侧换热总效率为82.72%;乏风温度越高,各级换热效率越高;乏风湿度越大,各级换热效率和换热总效率增加,但湿度超过70%后效率变化不明显;乏风速度增大,各级换热效率降低;喷淋室入口水温升高,各级换热效率降低;随着风速的升高,除尘效率降低。当风速1 m/s时,喷淋室的平均除尘效率约为55%。     

高温环境下料浆大流量输送管流特性研究

为分析大流量管道输送过程中温度上升对料浆管流特征的影响,得出高温环境下料浆最佳输送管径及初始流速等参数,建立了充填料浆输送L管模型,基于流变试验获取料浆塑性黏度和屈服应力,利用COMSOL数值模拟软件分析了高温环境下不同温度、管径以及初始速度对应的管流速度场特性。结果表明：随着温度升高,充填料浆屈服应力以及塑性黏度随之降低;在弯管与水平管相接处,流态不稳定,料浆速度层出现较大变化,由塞流推进转化为速度自上而下递增的流动模式,易造成堵管、爆管;温度提高会导致中心最大流核区面积减小,温度为40、50、60 ℃时,最大流核区径向长度分别为0.09、0.07、0.05 m,减小率为22.2%,最大流速随之增加,当温度为40 ℃时,径向最大流速为2.978 m/s,温度增加至60 ℃,最大流速增大至3.135 m/s;随着管径增大,塞流最大流速区面积增加,管径为200 mm、240 mm时,最大流速区径向长度分别为0.1 m、0.12 m,最大流速随之减小,管径自200 mm增大至240 mm,最大流速由2.977 m/s变为2.876 m/s;随着进口速度增加,料浆中心最大流速区域增大,对塞流区域面积大小影响较小。基于上述试验成果,为减少输送阻力损失,提高矿山效益,建议矿山输送料浆参数选取温度40~50 ℃,管径200 mm,初始流速2.5 m/s。上述分析可为矿山充填设计及进一步研究管道输送流态问题提供一定的理论依据。     

局部降温系统在深井掘进中的应用

针对热害矿井井下热环境参数和煤岩温度,分析了矿井热害形成原因。根据矿井具体条件提出了适合济宁三号煤矿的掘进工作面热害治理方案。利用局部降温系统制取低温冷水,降低风流温度,介绍了系统工作原理、布置流程及其运行情况,并对深井降温效果进行了分析。结果表明,掘进迎头温度降低5～7℃,掘进巷道最高温度控制在30℃。局部降温系统可以有效缓解局部地点热害状况,改善井下作业环境。     

胶东半岛矿山地热资源利用方法

随着矿产资源的大量消耗,矿山向纵深开采成为必然趋势,随之而来的地热问题也越来越多地显现出来;矿山地热水既是淡水资源又蕴含热能,极具利用价值。矿山地热虽是绿色能源,如不能合理转化利用,会造成井下高温,严重影响生产效率。以矿山地热资源循环利用为研究目的,从地温效应调控入风流温度、热泵技术在金属矿山中的应用以及地下水回灌系统的角度,分析了矿山地热的利用原理及方法,建立了浅层井筒与风流热交换模型、压力回灌三维非稳定流数学模型等相关理论模型,并对地热利用方法进行试验研究和分析,研究结果应用于胶东半岛典型金属矿山中。结果表明,对矿山地热资源的合理利用在理论上和实际操作上具有可行性,可为我国矿业绿色能源开发探索一条可能的途径。