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。     

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。     

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。     

掘进工作面换热模拟研究

根据掘进工作面通风和换热特点,以掘进工作面冲击射流换热系数的影响因素关联式为基础,采用ANSYS软件,对特定巷道(中煤科工集团重庆研究院粉尘通风防灭火试验巷道,D已确定)不同风流雷诺数Re、风筒直径d、风筒出口距迎头断面的距离H以及边界围岩处于恒壁温条件下等840种组合情况进行了模拟。得出了掘进工作面冲击射流换热系数影响因素关联式的具体形式,其相关系数R2为0.937,可为矿井降温中围岩热源散热量的计算提供理论基础。     

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。     

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。     

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。     

新型矿井热害防治措施初探

提出一种新的矿井热害防治措施,并简要分析了其经济性和可行性。先在巷道围岩上覆盖一层隔热材料,再在这层隔热材料上安装换热袋,袋内有蛇形管道,管内以空气作为空气压缩制冷装置的工作介质,管外充适量水以增强降温效果。隔热材料的覆盖一方面增加了围岩导热热阻,减少围岩散热量,另一方面避免了换热袋直接贴在围岩上影响制冷效果。换热袋的设置进一步阻碍围岩散热的同时,降低对流换热系数,减少了对流换热量,冷却井下风流,并将高温围岩的热辐射转变成低温换热袋的热辐射。另外,同其它制冷剂相比,空气不仅质量轻、无毒害,不会产生新的问题,而且完全免费,大大降低了成本。     

巷道围岩渗流与传热耦合数值模拟研究

为了得到具有地下水渗流的矿井围岩内部传热规律,基于等效连续介质渗流模型,建立矿井巷道裂隙密集性围岩渗流和传热耦合模型,应用COMSOL Multiphysics有限元分析软件,实现了矿井巷道裂隙围岩温度场的分布模拟,并分析了矿井通风时间、围岩孔隙率、围岩渗透率、固体导热系数、围岩初温和通风温度对温度场分布的影响。结果表明:通风时间增加会使得调热圈半径增大;在孔隙率较大时,孔隙率越大越有利于换热,孔隙率较小时,孔隙率越小越有利于换热;渗透率越大、固体导热系数越大和通风温度越低越有利于换热。固体导热系数、原始岩温及通风温度对围岩调热圈半径影响不明显。     

风流与湿润围岩的热-质交换特性及其影响因素研究

为了分析风流与完全湿润岩壁的热-质交换特性及相关影响因素,通过相似理论建立了物理模型,解决了相关问题难以现场实测的难题,分析了冷风流与完全湿润围岩间的传热与传质过程,进一步研究了风流速度、湿度、温度、围岩岩壁温度等因素对降温控制区内传质及传热的影响。结果表明假定降温控制区域内风流的水蒸气分压力为线性分布时,计算结果的误差为5%~10%;交换过程中潜热传递约占总换热量的80%;其他条件一定时,风流速度增加25%,传质量增加约33%;送风相对湿度增加12.5%,传质量减少约11%;送风温度增加10%,换热系数增加约10%;围岩温度增加8℃,传质量增加约79%;对传质过程有影响的因素,对换热量及总换热系数也有同样重要的影响。     

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。     

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。     

建井期间平巷冷风输送系统的冷损失

建井期间平巷掘进工作面局部降温系统多采用非保温风筒长距离输送冷风的方法,输送距离可达600 m。由于距离长输送过程中的冷量损失占总制冷量的比重较大,是影响降温系统投资、设计、运行管理的关键因素。为解决该项冷量损失的计算问题,针对建井期间水平巷道的掘进与通风系统尚未贯通的特点,基于风筒内、外风流及风流与围岩间热能的输运与守恒关系,构建了风筒内、外风流温度场的微分方程组;并将巷道内随通风时长变化的不稳定换热系数解析为沿巷道长度变化的空间分布函数,通过数值计算得到了风筒内外温度场的分布及输送过程中的冷量损失。进一步结合工程案例现场实测的结果,分析了降温系统送风风筒入口风温、通风时间与送风距离、送风量等主要设计参数对风筒、内外风流温度场及输送冷量损失的影响。并通过理论计算对比了该案例在通风时长为0,30,90,120,150 d,送风量为300,330,360 m~3/min,送风入口风温为16,18,20℃时系统的运行特征,结果表明围岩与风流的不稳定换热系数随通风时长增加而减小,并在通风90 d左右后基本达到稳定;受不稳定换热系数变化的影响,风筒内风流的温度沿风流方向增加较为明显;风筒外的风流温度变化随通风时间的增长逐渐变得平缓;系统的冷量损失约为制冷量的5%～9%;送风温度每降低2℃,冷量损失平均增大约5%;冷量损失大小与送风距离呈线性正比关系;通风风量每增大10%,冷量损失减小约4.5%。     

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。     

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。     

高温深井风温影响因子特性与降温基础研究

基于广西铜坑矿锌多金属矿区的通风现状,利用Ventsim软件构建矿区通风井巷可视化仿真模型,计算分析风流温度在不同影响因子作用下的变化特性,归纳影响风流温度的主要因素,探寻首采区通风降温方案。研究结果表明:增加矿井总通风量不能达到降温目的,但局部风量和通风时间的增加可使巷道风流温度降低;在相同采矿背景条件下,采掘工作面越深,降温要求越高;采掘工作面温度与地表各月份气温变化规律一致,6,7,8月份采掘工作面温度高于30℃时需采取降温措施,建议采用井下集中降温系统方案。     

水分蒸发引起巷道局部壁温低于风温的理论分析

现场实测发现高温矿井井下巷道壁面温度低于风流干球温度现象.通过对巷道围岩与风流间热湿交换分析,建立了巷道围岩内部温度场数学模型;将潜热交换量表示成巷道壁面温度、风流温度及对流换热系数的函数,得出了求解巷道壁面温度的计算式;对此巷道壁面温度计算式进行数学变换、整理,得出二次曲线.经理论和图解法分析得出了湿润巷道壁面温度低于风流干球温度的临界条件,从理论上解释了"高温矿井湿润巷道壁面局部温度低于风流干球温度"这一现象.     

金属矿山热源散热影响因子及通风降温技术研究

受矿井开采深度的增加、大型机械设备的大量使用及其它热源的影响,深井矿山井下环境温度升高,作业环境恶化,已经严重影响井下作业人员的身体健康和安全生产。在分析矿井围岩、机电设备、含硫矿物氧化、井下热水等热源及其散热影响因子的基础上,总结了优化矿井通风系统和调控风流等的通风降温的效果,研究表明,加强通风有利于热量的散发;应用矿用空气幕引射风流增加中段作业面风量,能有效降低风温1～2℃;通风降温可以作为矿井作业环境降温的重要措施。     

深井采空区和废旧巷道风流预冷降温研究

冬瓜山铜矿是大型（开采规模300万t/a）千米深高温热害矿井。利用矿井上部采空区及废旧巷道具有低温围岩这一天然冷源,对矿井深部进风流进行地温自然预冷降温,预冷风量达到200 m3/s,入风流温度降低2～3 ℃。与直接采取矿井空调制冷降温技术相比较,不仅减少了制冷设备投资、运行管理成本,降低了技术风险,而且充分利用了已有通风工程与地温资源,实现了矿井节能环保生产。