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。     

基于VUMA的某矿井下热环境模拟研究

随着矿山开采深度的不断增加,井下环境存在的高温高湿问题日益凸显,严重威胁工人职业健康和生产安全。为了探究井下热环境的分布及其影响因素,采取针对性的降温措施,基于VUMA-3D对某矿井进行了井下热环境模拟,研究了地温梯度、围岩传热系数、设备功率、入风风速和入风风温等不同因素对井下热环境的影响规律。研究结果表明：地温梯度每增加0.001℃/m,巷道内温度增大0.75℃左右;入风风速每增大0.2 m/s,巷道温度降低0.8℃,巷道内风速达到2.4 m/s后,巷道温度降低幅度变为0.34℃;入风温度以0.62℃的梯度递减,回风温度以平均0.4℃递减;增大风速和降低风温相结合的降温效果更好,但是降温效果对风流不畅的巷道有限,采用局部通风方法后,巷道温度从28.3℃降低到27.5℃以下,高温热害得到改善。     

基于Fluent的独头巷道通风降温的数值模拟研究

基于独头巷道的特点和有限空间的受限贴附射流理论,建立了独头巷道压入式受限贴附射流通风降温的数学模型。采用Fluent软件对入风流在巷道内速度场的分布及在不同风速下巷道内的温度场的分布进行数值模拟。结果表明在风速为5m/s,送风温度为25 ℃时,较好的改善了巷道内的热环境。     

高地温矿井巷道围岩调热圈温度分布规律试验研究

矿井热害给井下作业人员健康和安全生产带来威胁。为了掌握高地温矿井巷道围岩调热圈温度分布规律，提出了巷道围岩测温钻孔及感温光缆的布置方式，通过分布式光纤测温系统的工业性试验，得出以下结论:随巷道围岩钻孔的延深，温度增长率不断减小，先上升后趋于平稳；通过加权平均与数据拟合方法，确定了巷道围岩温度和孔深的定量关系，测出1号、2号、3号钻孔的调热半径分别为30.95，30.25，30.75 m，实测巷道围岩调热圈半径最大为33 m；通过巷道围岩调热圈计算软件，验证了预测值与围岩钻孔实测结果基本一致。研究结论对矿井热害科学防治、保障职工身体健康和提高矿井热害防治技术水平具有重大的现实意义。     

基于Fluent的独头巷道通风降温的数值模拟研究

基于独头巷道的特点和有限空间的受限贴附射流理论,建立了独头巷道压入式受限贴附射流通风降温的数学模型。采用Fluent软件对入风流在巷道内速度场的分布及在不同风速下巷道内的温度场的分布进行数值模拟。结果表明在风速为5m/s,送风温度为25℃时,较好的改善了巷道内的热环境。     

深井矿山巷道围岩调热圈半径测定方法比较研究

为探索深井矿山巷道围岩调热圈半径测定最优方法,确定试验区巷道围岩调热圈参数大小,以铜坑矿锌多金属矿体所在区域为研究背景,采用数值模拟法、公式法及现场实测法等3种方法分别开展深井矿山巷道围岩调热圈半径变化规律分析研究,研究结果表明:巷道围岩调热圈半径-温度变化规律为一阶指数函数模型;获取了各自条件下研究区域围岩调热圈半径、温度值,但公式法缺陷不能计算调热圈温度;综合对比分析各方法优缺点及结果,最终确定现场实测法最优,其次是数值模拟法,公式法最差,但其可以作为其它研究方法的参考,保证其它研究方法的正确实施。     

基于光纤测温技术的矿井围岩调热圈研究

分布式光纤测温具有测温连续、分布式测量等优点,在巷道围岩钻孔中敷设测温光纤可准确测地量出围岩调热圈温度场,并通过有限差分法进行数值模拟。在龙固矿辅二大巷和三采煤仓通道的联络巷围岩布置3个钻孔来测量围岩温度。测试结果表明,巷道围岩调热圈温度场为相似的同心圆,距离巷道壁面越远则围岩温度越高,相同温差之间的等温线之间距离越大,围岩调热圈半径最大为33 m,测试结果与计算结果基本相符。     

巷道围岩调热圈厚度分析及实测

采用理论推导与现场实测的方法,对三河尖矿的巷道围岩调热圈进行了实测及分布研究,借助电阻式温度探头的应用,设计了地温测定方案。结果表明:不同区域内的调热圈半径不同,其半径的形成与通风时间因素的影响最为密切。     

矿井围岩温度场分布规律

应用固体导热的理论,忽略一些次要因素的影响得到矿井围岩传热的数学模型。应用COMSOL Multiphysics模拟软件,计算得到矿井围岩温度场的分布规律,讨论了矿井通风时间、围岩导热系数、围岩径向位移、风流温度和原始岩温对矿井围岩温度场的影响。研究表明:影响围岩调热圈半径的主要因素是通风时间和围岩的导热系数。围岩调热圈半径随通风时间的增加及围岩导热系数的增加而增加。影响围岩温度梯度的主要因素是通风时间、风流温度和原始岩温。围岩温度梯度随通风时间的减少、风流温度的减小和原始岩温的增加而增加。     

矿井围岩温度场分布规律北大核心

应用固体导热的理论,忽略一些次要因素的影响得到矿井围岩传热的数学模型。应用COMSOL Multiphysics模拟软件,计算得到矿井围岩温度场的分布规律,讨论了矿井通风时间、围岩导热系数、围岩径向位移、风流温度和原始岩温对矿井围岩温度场的影响。研究表明:影响围岩调热圈半径的主要因素是通风时间和围岩的导热系数。围岩调热圈半径随通风时间的增加及围岩导热系数的增加而增加。影响围岩温度梯度的主要因素是通风时间、风流温度和原始岩温。围岩温度梯度随通风时间的减少、风流温度的减小和原始岩温的增加而增加。     

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。     

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。     

湿度扩散对矩形煤巷围岩破坏的规律研究

围岩表面的相对湿度高于围岩内部的相对湿度,其湿度梯度可视为一种驱动力促使水份向低湿度区扩散,造成围岩力学性质弱化。地下洞室开挖过程中,围岩处于新的湿度环境中,力学性能会发生改变。采用数值计算软件RFPA湿度扩散版,对矩形煤巷围岩的湿度扩散进行了数值模拟。分析出湿度扩散对矩形煤巷围岩的应力场扰动状况和巷道内壁由于湿度扩散作用随时间的位移变化情况,模拟出不同岩层分布的巷道在湿度扩散中围岩破坏的形成、发展过程以及围岩破坏的形态。     

考虑空间和锚固效应的硐室围岩弹塑性分析

为研究圆形硐室围岩在开挖-支护过程中的力学机制,根据围岩力学特征将围岩划分为弹性区、软化区及残余区,考虑围岩软化、扩容和空间、锚固效应,引入软化模量、扩容系数和剪胀角,推出了围岩弹塑性区应力、位移和范围的解析表达式。通过算例分析了不同因素对塑性区范围、应力和硐室周边位移的影响。结果表明:对于软化模量较大的围岩,锚固效应可有效地减小塑性区半径和位移;而考虑空间效应时,当开挖面到计算面的距离x值越小,围岩应力、位移越大,当x值大于10 m时,空间效应基本失效;锚固残余区扩容系数h3对硐室周边位移的影响大于锚固软化区扩容系数h2;根据不同长度锚杆支护下的硐室周边位移为支护结构围岩预留变形量设计提供了参考。     

一种井下新型空气压缩人工制冷系统

以工程热力学与传热学的理论为基础,结合井下实际情况提出一种新型人工制冷系统。该制冷系统由一套空气压缩制冷装置及换热水袋组成,袋内有蛇形布置的空气管,工质空气在管内流动,并借助其他制冷装置完成工作循环。巷道围岩上覆盖一层保温隔热材料,换热水袋安装在这层保温材料之上。该系统不仅能通过井下风流与换热水袋的对流换热降低风流温度,而且有效阻隔了围岩散热,并将高温围岩与人体间的辐射换热转变成低温的换热水袋与人体间的辐射换热,因此制冷效果更好。制冷工质空气本身廉价且无毒害。     

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。     

深部围岩分区破裂化模型试验研究

为研究深部巷道围岩破裂机理,在"深部巷道围岩破裂机理与支护技术模拟试验装置"进行了模型试验,系统研究了深部巷道围岩在最大初始开洞荷载与洞室轴线平行作用下直墙拱顶试验的破坏形态和机理。模型试验表明:当最大主应力与洞室轴线平行,在较大轴向压力作用下产生较大的朝洞内的膨胀变形,使得在围岩内产生较大的径向拉应变,其产生的拉伸断裂是出现分层破坏现象的关键,分布特点是随着轴向应力的增加其拉应变值增加,随距洞壁距离的增大其拉应变值减小。拉伸断裂面形成后,相当于在原来的介质内又形成了一个新的半径增大的洞室,洞室在较大的轴向压应力持续作用下,拉伸破坏过程不断重复出现,就会形成交替的破裂区域和未破裂区域,即分层破裂现象。     

深井回采巷道围岩稳定性模糊聚类及其支护对策

 本文结合平顶山矿区具体地质条件,以围岩强度、巷道埋深、支护强度、采动影响系数为分类指标,采用模糊聚类分析法,将调研的埋深800 m以上的20条回采巷道围岩稳定性分为四类,即不稳定巷道、中等稳定巷道、较稳定巷道和稳定巷道;利用Java编程研发出回采巷道围岩分类及锚网支护设计程序,简化了围岩分类的模糊聚类计算过程,同时给出巷道合理的支护对策。