深部高温高湿矿井热平衡及热舒适评价研究

基于对深部高温高湿矿井的研究,在分析影响矿工热舒适性环境的各种因素的基础上,通过矿工热平衡的计算,建立了矿工热舒适方程.介绍了矿工热舒适性的评价指标:预测平均评价,有效温度,过渡活动状态的热舒适指标,热应力指数和风冷却指数,分析了其评价的局限性,指出对深部高温高湿矿工热舒适性评价需要开展进一步研究的必要性.     

高温矿井热舒适性及评价指标的研究

通过对矿井高温现象的研究,分析影响矿工热舒适性环境因素,建立了矿工热舒适方程,绘制矿工热舒适图,查矿工热舒适图可以确定适宜的风速,并可计算送风量的大小。确定了矿工热舒适性的评价指标PMV,PPD,以及预测计算公式;根据预测平均热感觉指标PMV值评价矿工热舒适性及矿井热害程度的大小。     

救生舱内部舒适性数值模拟

应用计算流体力学软件FLUENT对KJYF-96/12型矿用可移动式救生舱内部空间进行了三维稳态数值模拟,获得了不同送风风速与送风温度组合工况下舱内气流速度与温度分布情况,通过计算不均匀系数与PMV-PPD指标对舱内舒适性进行了评价.结果表明:两种送风工况均能满足要求,送风风速大与温度高的送风工况能提高舱内舒适性,舱内温度分布性能对舒适性的影响程度较大.     

基于热舒适方程的矿井热舒适性研究

基于热舒适方程和评价指标,在矿井热环境舒适性评价研究中,首次将空气干球温度、相对湿度、风速3个参数综合起来,评价矿井热环境的热舒适性,结果表明,在满足一定矿井热环境相对湿度和风速的条件下,可以把煤矿井下工作面的干球温度提高到27℃,并且得出在这3个基本参数共同作用下对人体热舒适性影响的变化规律,在此基础上参照ASHRAE公布的焓湿图,添加风速参数绘制出矿井热环境的人体热舒适区域。热舒适区域80%～100%的相对湿度适用于煤矿井下实际条件,1～4m/s的风速满足《煤矿安全规程》的规定。研究得出的矿井热舒适区域可作为矿井降温和矿井热环境评价的标准。     

矿井热环境人体热舒适性研究

通过对热平衡条件下矿工皮肤平均温度、排汗率、皮肤湿度和工作时间上限等主观热应力指标的计算分析,发现在满足一定环境湿度条件下可将回采工作面干球温度上限放宽至28 ℃。在此基础上,应用人体热平衡模型,结合实测数据提出含有多个主客观指标的热舒适区图概念。在同时满足矿工热平衡及出汗率条件下,根据从事一定劳动强度的矿工所对应的皮肤平均温度曲线将热舒适区图划分为非工作区、舒适区及禁止工作区。采用兖州煤业集团东滩煤矿某回采工作面实测数据及流场、温度场模拟结果,验证了干球温度上限有条件地定为28 ℃及热舒适区图的正确性。     

评估3种热舒适指数在高温矿井的适用性

通过人体实验研究湿球黑球温度(Wet Bulb Globe Temperature,WBGT)、预测热应激模型(Predicted Heat Strain,PHS)、不舒适指数(Discomfort Index,DI)这3个热舒适指数是否适用于高温矿井.在4个不同的高温矿井热湿环境(26℃/90％,30℃/90％,34...     

压入式局部通风掘进巷道内热环境数值模拟研究

采用三维k-ε紊流模型,利用Fluent软件模拟了2种风筒送风方式下,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,得到了掘进巷道内速度场、温度场以及人体热舒适指标(PMV～PPD)分布图.计算结果表明,边长为0.7m的风筒、风速6m/s和空气温度20℃的送风方式,较其它送风方式能为矿工提供更好的热舒适工作环境;在掘进巷道同一截面不同高度的温差小于3℃;在掘进巷道内人体活动区域预测平均投票数平均值低于0.5,预测不满意百分数平均值小于20%,靠近掘进巷道侧风速较大,人体有吹风感.在满足人体热舒适的条件下,采用较大直径送风筒和相对较低的送风速度的送风方式有利于气流组织对有害物质的稀释和排出.     

高温高湿矿井作业人员连续工作时间的研究

为了改善高温高湿矿井工作环境,降低作业人员发生中暑的概率,利用作业环境模拟室,对不同温度(32、35、38℃)和相对湿度(70%、90%)环境下人体的口腔温度、心率、体表温度进行测试,并对实验数据变化趋势与显著性进行分析,结果表明：在温度32℃、相对湿度90%环境下,连续作业时间不应超过4 h;在温度35℃、相对湿度分别为70%、90%环境下,连续作业时间不应超过3、2 h;在温度38℃、相对湿度70%环境下,连续作业时间不应超过1 h,在相对湿度90%环境下,应立即停止作业。基于高温高湿矿井作业人员自身热害防护提出了合理措施。     

高温、高湿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。     

Numerical simulation of temperature distribution of deep field in high temperature mine

In order to study the temperature distribution of deep field, mathematical models of temperature field in field and surrounding rock were built based on heat transfer and seepage theory. Combined test data with mathematical model, the temperature distribution under heat-transfer and underground-water coupling was studied by using Golden Software Surfer and Matlab. The results show that distribution law of most isothermal lines is very similar in deep field, and temperature gradient is equal in general. At the same time, temperature distribution is influenced by underground-water and fault. In surrounding rock, seepage changes symmetrical distribution of temperature field and vector, and the temperature field may divide into inward-diffusion area and outward-diffusion area. Peripheral temperature of working will approach to the temperature of airflow. In inward diffusion area, the distribution of temperature and temperature vector is symmetric, and the direction of temperature vector point to the center of working. The action of airflow is stronger than seepage in inward diffusion area, however, the case opposite is true in outward diffusion area. Supported by Foundation of Liaoning Educational Committee (2007F049, 20060390)     

深部高温矿井热害治理技术研究探讨

本文介绍了我国高温矿井的现状,阐述了国内外对于矿井热害理论、技术的研究应用情况,指出了其存在的不足与改进方向,提出了井巷喷注隔热材料这一新型井下主动降温方法,并对其进行了初步的实验探究,预计其将有广泛的应用前景。     

Influence and sensitivity analysis of thermal parameters on temperature field distribution of active thermal insulated roadway in high temperature mine

To study active heat insulation roadway in high temperature mines,the typical high temperature roadway of-965 m in Zhujidong Coal Mine of Anhui,China,is selecte...     

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。     

Numerical simulation study on the thermal environment in heading face

Based on k-ɛ turbulence model, the distributions of the velocity field, temperature field, thermal comfort index, PMV-PPD (Predicted Mean Vote-Predicted Percentage Dissatisfied), and air quality index, mean age of air were obtained of Zhouyuanshan Coal Mine in −650 m level of a heading face by CFD(Computational Fluid Dynamics)software, Airpak 2.0. Moreover, the human thermal comfort and the air quality of the heading face were analyzed with PMV-PPD and mean age of air indices, which received an intuitive visualization and accurate evaluation results. In order to create a safe, comfortable, and economical underground operating environment, a scientific, rational, and comprehensive prediction and evaluation needed to provide a theoretical and technical basis for coal mine ventilation, cooling, heat harm treatment, and prevention. Meanwhile, from the human thermal comfort and air quality to research the underground environment, it embodied the concept of being human oriented.     

煤液化热高压分离器煤粉漂移特性数值模拟与优化

为揭示煤液化热高压分离器（简称“热高分”）内的煤粉漂移规律,基于热高分的结构特性和多相流物性参数,建立物理模型,并采用VOF(volume of fluid)模型和DPM(discrete phase model)模型,数值分析进口液固两相中固相质量分数、颗粒粒径对煤粉漂移特性的影响。研究发现：在气液交界面处,煤粉颗粒平均质量浓度最大,并随进口固相质量分数的增加而增大;小颗粒对气流的跟随性好,故气相出口的煤粉漂移率与颗粒粒径呈负相关关系;当进口固相质量分数增大到7%以上时,对应同一颗粒粒径下煤粉漂移率基本不变。通过在热高分上部增加45°倾斜挡板,发现气相出口处煤粉漂移率从2.03%下降到0.88%。     

某露天矿山破碎岩体高陡岩质边坡稳定性的数值模拟研究

露天矿山高陡岩质边坡的稳定性严重威胁着矿山的安全生产,尤其是对于地质条件复杂、地层分布不均匀且节理裂隙发育的变质岩和侵入岩形成的破碎带发育的边坡更是如此。为确保某矿山的安全生产,通过力学试验的方法确定了岩石的物理力学性质,通过Hoek-Brown强度准则将岩石的力学性质转化为岩体的力学性质并对岩体的质量进行了评价。同时,采用FLAC3D数值模拟技术将高陡岩质边坡进行数值研究。结果表明：终了边坡的安全系数为1.31,边坡总体上处于稳定状态,但是通过对边坡中部的最大主应力分析可知,边坡中部随着开采的进行,可能存在冒落、垮塌或滑坡的风险,针对边坡存在的风险提出了预防措施。研究为矿山的安全生产提供了科学指导,同时为相似矿山的边坡处理提供了科学依据。