矿山深部开采水力通风换热机动力源研究.pdf

中图分类号． UDC T D 7 2 4 6 2 2 ．4 硕士学位论文 学校代码 Q 3 三 密级公珏 矿山深部开采水力通风换热机动力源研究 R e s e a r c ho nP o w e rSo u r c ef o rH y d r a u l i cV e n t i l a t o r ＆H e a t E x c h a n g e r i nD e e pM i n i n g 作者姓名 学科专业 研究方向 学院 系、所 指导教师 吾I J 指导教师 曾佳龙 矿业工程 采矿工程 资源与安全工程学院 黄锐副教授 杨晓华高级工程师 论文答辩日期弘攀弓 答辩委员会主席 中南大‘学 2 0 1 4 年0 5 月 万方数据 学位论文原创性声明 本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的 同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 作者签名 日期皿年上月乡日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学位论 文的规定即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印 件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以将本学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其它 手段保存和汇编本学位论文。 保密论文待解密后适应本声明。 丫 、 作者签名乐鱼五 日期五雌年上月拳日 导师签名董鱼 日期皇型L 年上月丛日 万方数据 矿山深部开采水力通风换热机动力源研究 摘要在深部开采过程中需发展人工降温技术，依据水能利用理论，提出 了在深井或超深井矿山采掘工作面采用水力驱动通风机 局部 ，实现通 风降温高效联合的设想，并已成功试制实验室样机一台。水力通风换热机 进行现场应用试验前，水是其关键性因素，既是风机的动力来源，又是通 风换热发挥降温效能的冷载体，还是装置湿式除尘的洗剂。基于此，本文 对矿山的供排水系统及水能情况进行了研究。研究的主要工作有 1 在课题组前期研究基础上，介绍了水力通风换热机的工作原理， 从能量转化角度分析了水力通风换热机，将水力通风换热机划分为动力系 统、机械能转换系统、气液换热系统、排水系统4 个能量子系统，寻得评 价各能量子系统性能好坏的指标。 2 选定风量、风速、干球温降、制冷量、第一换热效率作为水力通 风换热机的主要输出参数，水量、水压、水温、水质作为水力通风换热机 的主要用水参数。针对水力通风换热机的这些参数，设计了实验室模拟条 件下水力通风换热机改进后性能参数的测定实验。通过实验，测得水力通 风换热机各性能参数的数值。 3 根据实验数据，分析了改进后样机的运行状况。针对装置存留问 题如风量偏小、动力效率分析误差较大、风机静压不足等，分析了样机 存在问题的原因，形成进一步解决方案。 4 分析了水力通风换热机的用水要求，基于假定条件，建立了水力 通风换热机的主要用水参数和主要输出参数的数学关系。利用实验数据， 确立了水力通风换热机上述参数间存在的统计学关系。 5 ．根据文献和现场资料，分析了深井或超深井矿山的水源，并计算 水量。分析了矿山用水的构成，总结了矿山的各用水地点。研究了矿山的 给排水系统，总结了供水、排水管网的类型及功能，并进行了水力和水量 计算。 6 根据对矿山水源、用水的构成、给排水系统进行研究的结果，分 析了矿山深部开采水能资源的来源，计算了水能资源的蕴藏量；分析了水 能资源的存在形式、应用方式及可用性，着重分析了其中可用于水力通风 换热机的水能资源，并进行了相关计算。具体到研究设备上就是，明确了 哪些水能在水力通风换热机现场应用试验中可以加以利用，且容易利用。 7 分析了实验室模拟实验和现场应用试验的不同，总结了水力通风 换热机进行现场应用试验所需要的试验条件。结合从某些深井矿山收集的 现场资料，分析了水力通风换热机在进行现场应用试验时，可能出现、面 万方数据 临的问题。 8 根据分析结果，提出了分期渐进进行现场应用试验的设想，初步 拟定了水力通风换热机现场应用试验的试验方案。在现场应用阶段，还可 以改进和研究除湿，除尘等问题。 关键词水力通风换热机动力源；深井工程用水；水能资源；深井热害 分类号T D 7 2 4 ；6 2 2 ．4 I I 万方数据 R e s e a r c ho nP o w e rS o u r c ef o rH y d r a u l i cV e n t i l a t o r H e a t E x c h a n g i nD e e lM i n i n g E x c h a n g e r e e ol n l n g A B S T R A C T T od e v e l o pt h et e c h n i q u eo fa r t i f i c i a lc o o l i n gi nt h ep r o c e s so f d e e pm i n i n g ，b a s e do nt h et h e o r yo fw a t e ru t i l i z a t i o n ，p u tf o r w a r di nt h ed e e p o ru l t r ad e e pw e l lm i n i n gm i n i n gw o r k i n gf a c ea d o p t sh y d r a u l i cd r i v ef a n 1 0 c a l ，r e a l i z eh i g hc o m b i n e dt h ei d e ao fv e n t i l a t i o nc o o l i n g ，a n dh a sb e e n s u c c e s s f u l l yt r i a l - p r o d u c e dal a b o r a t o r yp r o t o t y p e ．H y d r a u l i cv e n t i l a t i o ni n e n g i n ep r i o rt of i e l da p p l i c a t i o nt e s t ，w a t e ri st h ek e yf a c t o r , i saf a no ft h e p o w e rs o u r c e ，a n dv e n t i l a t i o nh e a tc a r r i e rp l a yac o o l i n ge f f i c i e n c yo ft h ec o l d ， w e td u s tr e m o v a lo rd e v i c el o t i o n ．B a s e do nt h i s ，i nt h i sp a p e r , t h ed e e p m i n i n gm i n eo ft h ee x i s t i n gw a t e rs u p p l ya n dd r a i n a g es y s t e ma n dw a t e r c o n d i t i o n sw e r es t u d i e d ．T h em a i nw o r ka r ea sf o l l o w s 1 O nt h eb a s i so fs t u d y i n gt h ee a r l ys t a g eo ft h er e s e a r c h ，t h i sp a p e r i n t r o d u c e st h ew o r k i n gp r i n c i p l eo fv e n t i l a t i o ni nh y d r a u l i ce n g i n e ，h y d r a u l i c v e n t i l a t i o na r ea n a l y z e df r o mt h ep o i n t so fv i e wo fe n e r g yc o n v e r s i o ni nah e a t e n g i n e ，h y d r a u l i cv e n t i l a t i o nf o rh e a te n g i n ei sd i v i d e di n t op o w e rs y s t e m ， m e c h a n i c a le n e r g yc o n v e r s i o n s y s t e m , g a s l i q u i dh e a te x c h a n g es y s t e m ， d r a i n a g es y s t e mf o u re n e r g ys u b s y s t e m , f i n de v a l u a t i o ni n d e xo fv a r i o u s e n e r g ys u b s y s t e mp e r f o r m a n c eg o o do rb a d ． 2 T 1 1 es e l e c t e dv o l u m e ，w i n ds p e e d ，d r yb u l b t e m p e r a t u r ed r o p ， r e f r i g e r a t i n gc a p a c i t y , t h ef i r s ti nt h et h e r m a le f f i c i e n c ya st h em a i no u t p u t p a r a m e t e r so fv e n t i l a t i o ni nh y d r a u l i ce n g i n e ，w a t e rq u a n t i t y , w a t e rp r e s s u r e ， w a t e rt e m p e r a t u r e ，w a t e rq u a l i t ya st h em a i nw a t e rp a r a m e t e r so fv e n t i l a t i o ni n h y d r a u l i ce n g i n e ．I nv i e wo ft h e s ep a r a m e t e r s ，t h ed e s i g no ft h eh y d r a u l i c v e n t i l a t i o ni nh e a te n g i n eu n d e rt h ec o n d i t i o no ft h el a b o r a t o r ys i m u l a t i o no f h y d r a u l i cv e n t i l a t i o ni nt h ed e t e r m i n a t i o no fe n g i n ep e r f o r m a n c ep a r a m e t e r s o ft h ei m p r o v e de x p e r i m e n t ．T h r o u g ht h ee x p e r i m e n t ，t h em e a s u r e dh y d r a u l i c v e n t i l a t i o ni ne n g i n ep e r f o r m a n c ep a r a m e t e r s ． 3 A c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t a ld a t a ，t h ep a p e ra n a l y z e st h er u n n i n g s t a t eo ft h ei m p r o v e dp r o t o t y p e ．R e s e r v e df o rd e v i c ep r o b l e m ss u c ha ss m a l l v o l u m e ，p o w e re f f i c i e n c ya n a l y s i se r r o ri sl a r g e ra n dt h es h o r t a g eo ft h ef a n s t a t i cp r e s s u r e ，a n a l y s e st h ec a u s e so ft h ep r o b l e m so fp r o t o t y p e ，f o r ma f u r t h e rs o l u t i o n ． 4 A n a l y s i so ft h eh y d r a u l i cv e n t i l a t i o ni ne n g i n ew a t e rr e q u i r e m e n t s ， T T T 万方数据 b a s e do nt h ea s s u m e dc o n d i t i o n s ，e s t a b l i s h e dt h eh y d r a u l i cv e n t i l a t i o ni n e n g i n em a i nw a t e rp a r a m e t e r sa n do u t p u tp a r a m e t e r so ft h em a t h e m a t i c a l r e l a t i o n s h i p ．B yu s i n g t h e e x p e r i m e n t a ld a t a ，e s t a b l i s h e dt h eh y d r a u l i c v e n t i l a t i o ni n e n g i n et h e r ei s as t a t i s t i c a l r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ea b o v e p a r a m e t e r s ． 5 A c c o r d i n g t ol i t e r a t u r ea n df i e l dd a t a ，a n a l y z e st h ed e e po ru l t r ad e e p w e l lw a t e ri nm i n e s ，a n dc a l c u l a t et h ea m o u n to fw a t e r ．A n a l y s e st h e c o m p o s i t i o no fw a t e rd e e pm i n i n gm i n ep r o j e c t ，f i n do u tt h ed e e pm i n i n go f m i n ew a t e rp l a c e ．S t u d yt h ed e e pm i n i n go fw a t e rs u p p l ya n dd r a i n a g es y s t e m i nm i n e s ，s u m m a r i z e st h et y p e sa n df u n c t i o no ft h ew a t e rs u p p l ya n dd r a i n a g e p i p en e t w o r k ，a n dah y d r a u l i ca n dw a t e rc a l c u l a t i o nw a sc a r r i e do u t ． 6 B a s e do nt h ed e e pm i n i n gt h ec o m p o s i t i o no fm i n ew a t e Lw a t e r e n g i n e e r i n g ，w a t e rs u p p l ya n dd r a i n a g es y s t e mt h er e s u l to f t h es t u d y , a n a l y s e s t h es o u r c eo ft h eh y d r o p o w e rr e s o u r c e si n d e e pm i n e s ，t oc a l c u l a t et h e r e s e r v e so fh y d r o p o w e rr e s o u r c e s ；T h ef o r mo ft h eh y d r o p o w e rr e s o u r c e sa r e a n a l y z e d ，a p p l i c a t i o nm o d ea n da v a i l a b i l i t y , w h i c hC a nb e u s e di n t h e h y d r a u l i cv e n t i l a t i o ni sa n a l y z e de m p h a t i c a l l yi ne n g i n eh y d r o p o w e rr e s o u r c e s ， a n dt h er e l a t e dc a l c u l a t i o n ．肌a ti ss p e c i f i ct ot h ee q u i p m e n t ，h a sb e e nc l e a r a b o u tt h ew a t e ri nt h eh y d r a u l i cv e n t i l a t i o ni ne n g i n eC a nb eu s e dt oa d v a n t a g e i nf i e l da p p l i c a t i o nt e s t ，a n de a s yt ou s e ． 7 A n a l y s i s o ft h e l a b o r a t o r y s i m u l a t i o n e x p e r i m e n t s a n df i e l d a p p l i c a t i o nt e s t ，s u m m a r i z e st h eh y d r a u l i cv e n t i l a t i o ni ne n g i n ef o rf i e l d a p p l i c a t i o nt e s tr e q u i r e db yt h et e s tc o n d i t i o n s ．C o m b i n e dw i t hf i e l dd a t a c o l l e c t e df r o ms o m ed e e pm i n e s ，a n a l y s e st h ev e n t i l a t i o ni nh y d r a u l i ce n g i n e i nf i e l da p p l i c a t i o ne x p e r i m e n tw a sc a r r i e do u t ，m a ya p p e a r , a r ef a c e dw i t ht h e p r o b l e m ． 8 A c c o r d i n gt o t h ea n a l y s i sr e s u l t ，a n dp u t sf o r w a r dt h ei d e ao f g r a d u a lf i e l da p p l i c a t i o ne x p e r i m e n tw a sc a r r i e do u ti np h a s e s ，t h ef i r s ts t e po f v e n t i l a t i o ni nh y d r a u l i ce n g i n ef i e l da p p l i c a t i o nt e s ti nt h et e s tp l a n ．I nf i e l d a p p l i c a t i o ns t a g e ，b u ta l s oc a nb ei m p r o v e da n dt h ed e h u m i d i f i c a t i o n ，d u s ta n d o t h e ri s s u e s ． K e yW o r d s H y d r a u l i cV e n t i l a t o r H e a tE x c h a n g e r ；D y n a m i cS o u r c e ；W a t e r U t i l i z a t i o no fD e e pW e l lE n g i n e e r i n g ；H y d r o p o w e rR e s o u r c e s ；H e a t - h a r mi n D e e pW e l l C l a s s i f i c a t i o n T D 7 2 4 ；6 2 2 ．4 Ⅳ 万方数据 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一I A B S T R A C T ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯V 主要符号⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一Ⅸ 1 绪{ 念⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 选题背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2 课题研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 1 ．2 ．1 深井降温技术现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．2 ．2 矿山深部开采水能利用现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．2 ．3 课题组研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．3 研究目的及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 1 ．3 ．1 研究目的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．3 ．2 研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 1 ．4 研究内容与方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一8 1 ．4 ．1 研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 1 ．4 ．2 研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 1 ．5 技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．9 2 水力通风换热机实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1l 2 ．1 水力通风换热机工作原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l l 2 ．2 样机结构及相关部件参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．2 ．1 动力系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 3 2 ．2 ．2 水能转换系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 3 2 ．2 ．3 气液换热系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 4 2 ．2 ．4 水循环系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 4 2 ．2 ．5 整机外部结构参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 4 2 ．3 参数选取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l5 2 ．4 实验目的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．5 实验设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．6 样机相关性能参数测试方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 2 ．6 ．1 进水、排水流量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 9 2 ．6 ．2 进水水压⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 2 ．6 ．3 进水水温⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．19 2 ．6 ．4 水轮机转速⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 0 V 万方数据 2 ．6 ．5 进、出风口风速⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 0 2 ．6 ．6 进、出风口风压⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 1 2 ．6 ．7 进、出风口温度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 2 2 ．7 实验步骤⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 2 ．8 实验数据及数据计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 2 ．8 ．1 读数处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 3 2 ．8 ．2 数据计算及计算结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 3 2 ．9 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 水力通风换热机用水分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 7 3 ．1 用水要求分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 3 ．2 用水参数与输出参数关系分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 3 ．2 ．1 风机输出参数与用水参数关系分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 7 3 ．2 ．2 干球温降与用水参数关系分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 3 3 ．3 实验数据下的风机用水参数与输出参数分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 3 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 4 矿山深部开采水源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 5 4 ．1 矿山地表水⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 4 ．1 ．1 矿山地表水分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 5 4 ．1 ．2 地表水渗漏量计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 5 4 ．2 矿山地下水⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 4 ．2 ．1 矿山地下水分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 5 4 ．2 ．2 矿山地表水与地下水的联系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 0 4 ．3 矿井水⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 4 ．3 ．1 矿床水文地质类型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 0 4 ．3 ．2 矿井水的来源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5l 4 ．3 ．3 矿井充水强度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 3 4 ．3 ．4 矿井充水量测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 4 4 ．3 ．5 矿井充水量计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 6 4 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 0 5 矿山给排水系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 1 5 ．1 给排水构筑物⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 l 5 ．2 用水分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 l 5 ．2 ．1 井下用水分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 2 5 ．2 ．2 井上用水分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 5 5 ．3 供水系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 6 Ⅵ 万方数据 5 。3 ．1 供水系统分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～6 6 5 ．3 ．2 供水管网⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 7 5 ．3 ．3 供水管网水力计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 8 5 ．3 ．4 调压措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 5 ．4 排水系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。⋯⋯⋯⋯⋯一7 3 5 ．4 ．1 排水方式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 4 5 ．4 ．2 排水系统分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 4 5 ．4 ．3 排水管路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一7 6 5 ．4 ．4 排水管路水力计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 7 5 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 8 6 矿山深部开采水能资源的来源及计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 9 6 ．1 水能资源的来源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 9 6 ．1 ．1 机械能来源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一7 9 6 ．1 。2 内能来源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。8 0 6 ．2 水能的计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 l 6 ．2 ．1 机械能计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 1 6 ．2 ．2 热能计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一8 2 6 ．3 水力通风换热机可用水能分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 3 6 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 3 7 水力通风换热机现场应用试验构想⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一8 5 7 ．1 试验条件分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 5 7 ．1 ．1 实验室模拟条件分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 5 7 ．1 ，2 现场应用试验条件分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 5 7 ．2 试验目的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 7 7 ．3 试验阶段构想⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 7 7 ．4 正交试验设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 7 7 ．4 ．1 试验条件选取及条件改造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 8 7 。4 。2 试验装置改造构想⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一8 8 7 ．4 ．3 试验指标选取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 8 7 ．4 ．4 试验因素分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 8 7 ．4 ．5 正交试验表设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 9 7 。5 试验测定数据说明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 7 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 8 总结与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一9 3 8 ．1 论文主要成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 3 V Ⅱ 万方数据 8 ．2 论文创新点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 4 8 ．3 研究展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 4 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 7 附录A 实验原始数据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 0 3 附录B 通风相关参数计算值⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 0 5 附录C 降温相关参数计算值⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 0 7 附录D 某矿山供水管网布置图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 0 9 附录E 某矿主排水系统布置图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1l 攻读学位期间主要研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 3 致{ 射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 15 V ⅡI 万方数据 主要符号 巾直径，m m ； 以生产矿山供水点所能供给的水 头，m ； 唿供水点至喷嘴处水头损失，m ； 日喷嘴处水头，m ； 1 ，口喷嘴处水流速度，m ／s ； M 水流出力，k w ； 7 水的容重，取9 8 1 0 N ／m 3 ； y 喷嘴处水流量，m 3 ／s ； g 重力加速度，取9 ．8 1 m ／s 2 ； 缈喷嘴效率，样机取O ．9 7 ； d 。喷嘴直径，m ； 虬水轮机出力，k w ； Ⅳ疗水力通风换热机出力，k w ； 仉，水轮机效率； 。喷嘴处水头损失，m 。 见水力通风换热机出力系数 ￡水力通风换热机的有效功率，k w 。 己一一水力通风换热机出风口风流全 压，P a 只一一水力通风换热机进风1 2 风流全 压，P a ； 足一一水力通风换热机出风口风流静 压，P a 已一一水力通风换热机出风口风流动 压，P a 只一一水力通风换热机进风口风流静 压，P a 匕一一水力通风换热机进风E l 风流动 压，P a 屏空气密度，k g ／m 3 ； ￡静压，P a ； ￡动压，P a ； I X ％出风1 2 1 平均风流速度，m ／s ’，『，进风口平均风流速度，m ／s 。 瓦取2 7 3 ．1 5 K ； 乙风机所处环境温度，℃。 Q 理论f 风机理论风量，m 3 ／s ； 占风量系数，和风机本身有关 S 。风机叶片面积，m 2 ； c 出口处风机叶片圆周速度，r n ／s ； d ，风机叶片外径，m ； ，l 。口风机叶片转速，r 。 v 实测- 爪测速点的实测平均值，m ／s ； 测速断面面积，m 2 。 岛进水管道上压力表读数，M p a 。 Q 各个喷嘴的流量和，m 3 ／s ； Q 各个喷嘴的流量，m 3 ／s ； d 硝各个喷嘴的内径，1 1 1 1 1 3 ； V “各个喷嘴的水射流速度，m ／s ； z 喷头个数，个。 甲水轮机的速度比，见下面； ％水流入射角，o ； 层射流相对进水角，o