冰输冷降温系统的研究与应用.pdf

论文题 目 冰输冷降温系统的研究与应用 作者姓名 专业名称 指导教师 张灿 岩土工程 陈平 入学时间里 旦 旦旦 生艺月 研究方向城市与矿山地下工程 职称 教一授 论文提交 日期 年 月 论文答辫 日期 年月 授予学位 日期 STU D YAN DAPP LICA T10N IC EDE L IV E RINGC OL D OFCOOLING QUA N T仃 面 代代 似 勺 声明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文 , 除了所列参考文献和世 所公认的文献外 , 全部是本人在导师指导下的研究成果 。 该论文资料尚没有呈 交于其它任何学术机关作鉴定 。 硕士生签名 软丸 日期 耐了 泛莎 代 比比 , 而 九 肠 , 罗 而而 山东科技大学硕士学位论文 摘 要 摘要 随着我国煤矿开采深度的增加和采掘机械化水平的提高 , 高温矿井的数量日益增加 , 热害程度也日趋严重 , 矿井高温热害已成为制约矿井生产发展的重大课题 。 冰输冷降温 系统是近年发展起来的一种矿井降温新技术 。 本文针对冰输冷降温系统的各个环节进行 了较为系统的研究 。 分析了矿井热 、 湿负荷的构成 , 确定了热 、 湿计算方法 , 给出了采 煤工作面需冷量和载冷剂在管道中的冷损失的计算公式 , 并分析了采面冷量的构成 、 热 源散热量和风流吸热量的关系 、 冷量与风量 间的关系等 。 对冰的制取方式 、 冰水两相流 压降 、 冰融解的影响因素进行了深入的研究 。 通过实验分析了冰水两相流在垂直和水平 管道流动 时的压降特性建立了冰融解的三维分析模型 , 采用欧拉 向后差分法 , 利用如 数值模拟软件对冰水相变传热进行了数值模拟分析 , 得出冰粒大小与融解时间两者的关 系曲线 。 对不 同含冰率 、 不同流量 以及不同冰池高度进行模拟分析 , 得出融冰池出口水 温的相关制约因素 。 改进了 “ 最大允许冷损失下保冷层厚度 ” 的计算方法 。 最后通过工 程实例 , 将冰输冷降温系统与地面集中降温系统进行比较 , 给出了冰输冷降温系统的技 术经济评价指标 。 关键词风温预测工作面需冷量制冰输冰融冰技术经济分析 尽 山东科技大学硕士学位论文 训 , , , 一 一 则 一 服 一 卜 勺尸 少 演 、 目书 山东科技大学硕士学位论文 目录 目录 绪论 课题的提出 矿井降温技术国内外研究现状 课题研究内容及方法 矿井降温需冷量的计算方法 矿内主要热源及散热量计算 矿井风流风温预测 采面需冷量计算与分析 计算实例 冰输冷降温系统设计理论体系 冰输冷降温系统的基本原理 冰输冷降温系统的理论体系 冰输冷降温系统的设计 , 冰输冷降温系统技术经济分析 , 冰输冷降温系统技术经济指标 深井降温技术经济分析 冰输冷降温系统应用实例 结论与展望 结论 展望 , 主要参考文献 二” 致谢 山东科技大学硕士学位论文 拍 二 二 “ 二 ”” 二 功戒 邝 碑 雌 五滋 二 ” 二 “二” 七 叮 址 二 二 血自 七 伪 。 吨 伪 ““”” ” ” “ 劝 二 ” “ “ 此 皿 二 ”二” ” 沁 而 堪 月免 ” ” “ 二 二 ” “ “ ” ” ” ”” “ 二 ””” ” ” ” 二” 代 “ “ “ 山东科技大学硕士学位论文 绪论 绪论 课题的提出 课题提出的背景 我国煤矿开采深度平均每年以 一 的速度向下延伸 , 目前一些矿井开采深度已 达 仪卜 。 据我国煤田地温观测资料统计 , 百米地温梯度为 一 ℃ 。 深部 开采条件下 , 地温的升高和采掘机械化程度的提高 , 进一步恶化了作业环境 , 我国高温 矿井的数量日益增加 , 热害程度也日趋严重 。 据不完全统计 , 到年 , 我国已有 处大中型生产矿井的采掘工作面最高气温超过 煤矿安全规程的规定 , 其中超过 ℃ 的矿井有处 , 最高达到 ℃ 。 仅山东省就有新汉矿区 、 充州矿区 、 济北矿区 、 龙口 矿区相继出现了高温问题 。 矿井高温已严重制约了矿井安全生产 , 受到了国内外采矿界 的普遍关注 。 矿井高温热环境对井下作业人员的健康和矿井安全带来了极大的危害 。 研究表明 , 人长时间处在高温热环境中生理调节机能将发生严重障碍 , 出现体温升高 , 代谢紊乱 , 心跳加快 , 心律失常 , 血压升高等现象 , 甚至虚脱中暑 , 严重时可导致昏迷或死亡 。 由于高温高湿的作业环境中会使作业人员精神烦躁 、 疲惫乏力 、 精力不集中 , 也增加了 事故的发生率 。 许多高温矿井夏季工人的出勤率明显降低 , 劳动生产率显著下降 , 有的 甚至被迫停产 。 有研究资料 , 采掘工作面气温每超过标准 ℃℃时 , 劳动生产率 将下降 一 。 新汉矿业集团孙村矿 , 在 一 垂深勿的开拓掘进中 , 因工作面 风温高达 ℃ , 曾被迫停产个月 。 同时矿井高温极易引发瓦斯 、 煤尘爆炸 、 煤炭自燃等重大灾害事故 , 给矿井安全生 产带来极大威胁 。 目前矿井高温已成为与瓦斯 、 煤尘 、 火灾 、 水灾并列 的重大 自然灾害 。 有专家预言 , 未来矿山的最大开采深度将取决于矿井热害治理的技术和水平 。 课题研究的必要性 煤矿安全规程第条明确规定 “ 生产矿井采掘工作面空气温度不得超过 ℃ , 机电设备恫室的空气温度不得超过 ℃ 当空气温度超过时 , 必须缩短超温地点工作人 员的工作时间 , 并给予高温保健待遇 。 采掘工作面的空气温度超过 ℃ , 机电恫室的温 度超过 ℃时 , 必须停止作业 。 ” 山东科技大学硕士学位论文 绪论 目前在矿井降温中所采取的技术措施主要有通风降温和 人工制冷降温两种方式 。 通 风降温是高温矿井最简捷 、 最经济有效的降温措施 , 人工制冷降温只有在通风降温不凑 效的情况下才可采用 。 但由于受到井巷风速和通风机能力的制约 , 风量不可能无限制地 增加 , 而且 随着通风路线的延长 , 进风流温度的提高 , 风流的冷却能力逐渐降低 , 当 风量增加到一定程度时 , 通风降温的能力就非常有限 , 因此通风降温存在一定的界限 。 当井下作业区风温和风量达到某一界限值时 , 仅用通风方法就不能有效地解决高温热害 问题 , 而必须采取人工制冷降温措施 。 我国煤矿通常所采用的人工制冷降温就是利用制冷机制备的冷冻水 , 通过管道输送 到采掘工作面的进风端 , 然后通过空冷器与采掘工作面风流进行热交换而达到制冷降温 的目的 。 随着热害程度的加剧 , 制冷机组所需的制冷量越来越大 , 系统初投资及年运 行费用 急剧上升门 。 由于制冷量大 , 井下 回风流有限的排热能力不能将制冷机组所排出 的冷凝热充分带走 , 致使制冷机组效率降低 , 出水温度提高 , 所以在井下安设制冷站不 能满足大型超深矿井制冷降温的需要 。 对于需冷量大的矿井 , 为 了解决井下回风流排热 难的 问题 , 需将制冷机组或排热装置设置在地面 , 如新汉矿业集团孙村煤矿年曾在 一 水平回风巷建立了我国第一个井下集中制冷系统 , 利用矿井总回风流排热 , 后由 于矿井向深部发展 , 需冷量增大 , 排热困难 , 该制冷系统无法满足矿井降温的需要 , 年又在千米立井地面建立了我国第一个地面集中制冷系统 。 而在地面设置制冷站或将排 热装置设置在地面 , 又带来了长距离输冷 , 管道保冷困难 , 需要高低压换热器等问题 。 无论采用地面集中制冷还是井下集中制冷 , 在采掘工作面上风流的冷却方式都是相 同的 , 即都是采用空冷器冷却风流 。 从理论上说 , 空冷器可布置在工作面的进风巷道内 或分段布置在采煤工作面内 , 但 由于 目前空冷器的体积较大 , 在采煤工作面内设置 空冷 器占据较大的空间 , 影响生产作业 , 而且由于工作面内空气质量差 , 空冷器易堵塞 , 所 以在实际应用中只能将空冷器布置在进风巷道内 。 在进风巷道内设置空冷器 , 难以在工 作面全长上做到冷量均匀分布 , 进风段温度低 , 回风段温度高 , 甚至可能出现进风段温 度过低如低于 ℃ , 而回风段又温度超限超过 ℃的情况 , 因而降温效果差 。 除了通风降温和人工制冷降温之外还有其他的降温方式 , 如巷道隔热 、 煤岩体 注水喷水冷却降温 、 向工作面直接喷淋冷水 , 将进风流布置在低温岩层 中等 , 这 些降温方式一般只能应用于局部范围 , 而且 由于运行成本及降温效果等诸方面因素 的影 响在实际应用中也受到 很大的限制 。 采用 空气冷却服 、 冰袋服等个体防护工具 , 由于其 冷却时间短 , 同时加剧 了工人的负担 , 只能在特殊的情况下采用 。 由此可见 , 目前对高 山东科技大学硕士学位论文 绪论 温深井采掘工作面的降温问题仍然没有得到很好的解决 , 存在的困难很多 。 因此 , 深井 降温是我国煤矿向深部发展所面临的难题 , 研究开发新型的矿井降温系统已势在必行 。 冰输冷降温系统就是基于这种现状而提出的 。 课题研究的目的和意义 我国煤炭资源调查资料显示 , 在我国预测 的煤炭总储量中 , 有的储量深埋在 以刃 以下 】 , 预测围岩温度在 一℃之间 , 处在二级热害区 。 本课题研究的主要目 的是建立冰输冷降温系统的基本理论体系 。 研究的主要意义在于探索矿井降温的新途径 , 为我国深部矿井千亿吨煤炭资源的开采提供可靠的技术保障 , 从而进一步丰富矿井降温 的基本理论 。 本课题的研究基础 是孙村煤矿已投入运行的冰输冷降温系统 , 该系统年月投 入试运行 , 采掘工作面平均降温幅度达 一℃ , 吨煤降温成本元 。 与冷水降温系统 相比 , 该系统具有以下显著的特点 冰输冷降温系统采用液固相变 , 输冷能力提高 , 向井下输送同样的冷量时 , 可 用较小的管径 , 管材省 。 冰水混合介质温度低 、 供水量减少 、 水泵功率以及空冷器尺寸等可 以相应减小 。 不需要高压换热装置 , 系统简单 , 操作维护费用低 。 水结成冰的去盐作用 , 可改善井下供水系统的水质 , 有利于减少管道内壁的积 垢和提高换热效果 。 制冷设备安设在地面 , 电气设备无需 防暴 , 同时也免除了井下制冷设备及其动 力设备工作时产生的热量 , 减少井下的冷负荷曰 。 因此 , 开展本课题的研究无论在理论上还是在实践上都有重要 的实际意义 。 矿井降温技术国内外研究现状 国外矿井降温技术研究情况概述 描述矿井高温问题的文献可追溯到世纪年 , 法国人曾对金属矿的地温进 行了观测世纪 , 英国开始系统地进行井巷围岩温度观测 , 从而认识到地温随深度的 增加而升高 。 进入世纪年代初 , 南非 、 巴西等国家的金矿开采 , 己深入到 以下 , 出现了矿井热害 。 年巴西的莫劳约里赫金矿在地面安装了第一台制冷量为 的氨制冷机 , 建立了世界上第一个矿井空调系统哪 。 年 , 德国的依本比伦 山东科技大学硕士学位论文 绪论 煤矿建立了井下集 中制冷降温系统 。 但是 , 直到年除南非金矿外 , 世界各国大都是 个别矿井采用局部降温系统 , 如原苏联研制成功了矿用移动式制冷机 , 在煤矿和金属矿 的独头掘进巷道中得到应用 。 年以后 , 各国矿井降温工作的发展异常迅速 , 在德国 、 俄罗斯 、 乌克兰 、 英国 、 比利时 以及 印度等国建立了近百个大型矿井制冷降温系统 。 世 界上采深最大 、 降温系统规模最大的当属南非金矿 。 年南非己有个矿井采用人 工制冷降温 , 总制冷量达万千瓦 。 年 , 南非一金矿建成压缩空气制冷空调系统 , 管道输送被压缩成液态的空气至井下 , 经膨胀后与工作面风流掺混 , 实现对工作面风流 的冷却 。 同年 , 波兰推出了涡流管式空气制冷装置 , 在掘进工作面使用取得了一定的空 调效果 刀 。 南非 、 德国 、 英国等国家 , 在制冷装置和热交换设备的容量 、 安装地点的选 择 、 设备选型和提高设备制冷效率等方面的研究较多 。 目前德 国在高温矿井采用机械制 冷措施 、 技术上均居世界领先地位 。 目前 , 国外矿井降温技术发展 的特点和趋势是 建立了系统的矿山热力学 的理论体系 , 并应用其解决采矿工程中的一些重大技 术问题 , 例如矿床的合理开采深度 , 合理的开拓系统和开采程序 , 以及合理的矿井通风 系统和供风量等 。 应用高科技手段来解决矿井降温的重大技术问题 , 如三管式能量转换装置 , 板 式蒸发器 , 可调速水泵以及内隔热保冷管道等应用智能化控制系统来控制矿井降温系 统 , 使矿井降温系统始终处在优化的状况下运行 。 矿用制冷设备性能良好 , 运行安全可靠 。 板式蒸发器的使用 , 可将冷水温度降 到 ℃左右 。 大型冷水机组无故障运行时间可达 , 最高可达成 〕刃 。 矿井传冷技术发展日新月异 。 矿用空气冷却器 , 由世纪年代以前的翅片 管式 , 年代的板管式到光管式 , 年代后期到年代各国都在试图用喷淋式或混合 式取代表面空冷器等 。 我国矿井降温技术研究现状概述 我国矿井降温工作始于年代初期 , 在当时有部分高温矿井开展了地温观测等 工作 。 在年代初开始采用局部制冷空调 , 武汉冷冻机厂研制了型矿用移动式 冷水机组 , 制冷量为犯 。 一 年 , 在淮南九龙岗矿设计了我国第一个矿井局 部制冷降温系统年代开始建立井下集中制冷空调系统 , 一 年 , 新汉矿务局 孙村煤矿 在一水 平建立 了我国第一个井下集 中空调系统 , 制冷站 制冷 能力为 , 设备选用重庆通用机器厂生产的 一 一型离心式制冷机 , 制冷量为 山东科技大学硕士学位论文 绪论 年平顶山八矿建立了第二个井下集中空调系统 , 制冷站制冷 能力为 , 采用 一 型离心式制冷机 , 制冷量为 。 年月 , 平顶山矿务局科 研所和原中国航空工业总公司第研究所制成矿用无氟空气制冷机 。 一 年 , 山东新汉矿务局建立了我国第一个矿井地面集中制冷降温系统 , 设计制冷能力 为 , 可算是亚洲最大的矿井制冷降温系统 。 在此同时 , 我国在矿山热力学的 研究及其应用 、 矿井输冷技术 、 矿井排热技术以及矿井制冷技术等方面 的研究工作也取 得了重大进展 。 但由于我国矿井降温工作的起步较晚 , 资金不足 , 同发达国家相比还 有较大差距 , 主要表现在 技术装备落后 。 目前 , 煤矿井下专用制冷设备仅有一种规格的 日一 型 矿用移动式冷风机抚顺分院研制 , 矿用空冷器的型号规格也不多 , 不能满足矿井降温 要求 。 矿井降温技术手段单一 。 矿井降温是一个复杂的系统工程 。 目前 , 根据我国 矿井的热环境条件 , 对如何采用综合 的降温技术还研究不够 。 与国外矿井空调技术相比 , 我国矿井空调规模小 , 发展较慢 , 还存在许多问题尚待解决 。 矿井降温的基础理论落后 。 目前 , 国外在采矿工程中 , 已建立了系统的矿山热 力学理论体系 , 并应用于解决采矿工程中的重大科技问题 。 我国目前在这方面的工作刚 刚起步 。 冰输冷降温系统研究现状概述 国外在上个世纪三十年代就提出了冰蓄冷理论 , 到年代 , 随着全球性能源危 机再加上美国 、 日本和欧洲一些工业发达国家夏季的电负荷增长 、 峰谷差拉大的速度惊 人 , 发电站夜间低负荷下运转效率低 【 。 由此科研人员开始实验性的把冰蓄冷技术引入 集中式空调系统 。 随后冰蓄冷技术在地面建筑空调系统应用中得到迅速发展 , 取得了较 好的效果和经济效益 。 年 , 南非环境工程实验室提出了向井下输冰的供冷方式 , 并就此开始了对深井 降温的冰输冷降温系统的应用研究 。 到年 , 南非的东兰德矿山控股公司在普鲁特一 号井建成了冰输冷降温系统 , 冷却功率为 , 在深井降温方面开拓了一条新的途径 。 南非某机构在一向化金矿模型深度为 , 其井下的地热条件相当于我国煤 矿井深的条件基础上的研究表明 , 冰冷冻系统的总投资等于或低于一个带能量 回收的涡轮机水冷冻系统的总投资 , 而且随着井深的增加 , 冰冷冻系统的总投资还将会 减少 。 一 山东科技大学硕士学位论文 绪论 国内对于冰输冷降温系统的研究与开发还处于起步阶段 , 是一个较新的课题 。 在理 论上 , 只有少数的研究成果见于一些零星报道 , 还远未形成一个完善的理论体系 。 可喜 的是年月 , 山东新汉矿业集团孙村煤矿冰冷低温辐射降温技术工程运转调试成功 , 取得阶段性的研究成果 , 此项技术的应用在我国尚属首例 , 开创了我国冰输冷降温系统 的先河 刀 。 随着我国采矿工业的发展 , 深井和高温矿井逐渐增多 , 冰输冷降温系统将成 为深井降温技术可供选择的途径之一 , 有着良好的发展前景 。 尽管该项已获得成功的应 用 , 但在理论上的研究还很不完善 , 对冰输冷系统的设计计算缺乏可靠的理论依据 , 必 须进一步地开展深入的研究 。 课题研究内容及方法 主要研究内容 本课题在吸取 国内外已有研究成果的基础上 , 主要研究冰输冷降温系统的构成原理 和相关理论 , 主要研究内容如下 冰输冷降温系统设计理论体系的研究 , 提出冰输冷降温系统的结构模式 。 具体针对冰输冷降温系统的组成和原理 , 以及冰的制备 、 冰的输送和冰的融解 各个环节进行研究 。 提出冰输冷降温系统技术经济评价指标 , 结合工程实例进行定量和定性分析 , 给出冰输冷降温系统技术合理性和经济可行性的分析方法 。 工程投资和年费用的计算方 法 。 主要研究方法及思路 在客观分析和评价各种动态制冰方法的基础上 , 确定一种不仅能够满足大规模 工业化制冰 , 而且有技术优势和前途的冰的制取方式 。 根据流体力学和固液两相流理论和冰输冷系统的结构 , 对含有粘性颗粒的非沉 降性冰一水两相流流体特性作初步的研究探讨 , 结合片冰或冰浆在管内输送的流动 状态和压力损失的试验结果 , 确定冰晶的大小 、 含冰率对流动的影响 , 确定含冰率和最 佳流速并导出压降的相关计算公式并提出地面输冰和井下输冰在实际工程应用 中的具 体操作方法 。 运用工程热力学和传热学的理论知识并结合数值模拟分析冰一水直接接触热交 换 的融冰机理 , 建立连续输冰条件下的融解模型 , 明确影响融冰池出水温度的各主要因 山东科技大学硕士学位论文 绪论 素进而确定融冰槽合理尺寸 。 根据技术经济学 原理 , 将冰输冷降温系统与地面集中空调系统比较 , 进行技术 经济分析 。 预期成果 提出一套合理的完整 的且有实用价值的深井降温冰输冷降温系统 , 包括制冰方 案 、 冰的输送 , 冰的融解和融冰池结构的确定 。 提出冰输冷降温系统技术经济评价指标 。 本章小节 本章着重阐述了课题的研究的目的和必要性 , 指出了目前几种常用 的降温方式存在 的缺点和不足以及实际应用中的局限性 , 致使井下高温热害问题没有得到很好地解决 , 井下工人的工作环境鱼待改善 。 同时本章列举了冰输冷降温系统的几个突出的优点 。 介 绍了本论文研究的主要内容 、 所采用 的技术路线以及预期达到的目标 。 山东科技大学硕士学位论文 矿井降温需冷量的计算方法 矿井降温需冷量的计算方法 矿内主要热源及散热量计算 矿井需冷量的计算是矿井降温设计的基础 , 它的准确性直接关系到矿井降温的降温 效果和投资效益 。 倾 矿内主要热源 和常规空调热源相比 , 矿内能引起风流温升的热源很多 , 并且不同的矿井相差很大 【 。 但总体而言可 以分为两大类 。 一类是相对热源或称 自然热源 , 另一类是绝对热源或 称人为热源 。 矿 内热源主要有 地表大气参数地表大气参数的变化能 引起进风流温度 、 湿度等参数的变化 , 冬季和夏季差别较大 , 地表大气参数的季节性变化对深井采掘工作面的气候条件也有影 响 , 浅井影响更为突出 。 围岩散热围岩散热是地热型高温矿井的主要热源 。 风流流经井巷时 , 当原始 围岩温度与风流温度存在温差时 , 就要产生热交换 。 当原始围岩温度低于风温时 , 围岩 有冷却作用当原始围岩温度高于风温时 , 围岩对风流有加热作用 。 一般对于深井而言 , 原始围岩温度都高于风温 , 所以风流通过井巷时将产生温升 。 在大多数情况下 , 围岩主 要以热传导 的方式向风流传热 。 在井下 , 井巷围岩与风流之间的传热是一个不稳定的传 热过程 , 即使是在井巷壁面温度保持不变的情况下 , 自岩体深处向外传导的热量也是随 着时间而变化 。 而且随着通风时间的延长 , 围岩被风流冷却的范围逐渐扩大 , 形成围岩 调热圈 。 这一调热圈对围岩与风流之间的热传导起着非常重要 的作用回 。 机电设备散热机电设备所消耗的能量除了部分用以作有用功外 , 其余部分将 全部转化为热能并传给风流 。 比如通风机并不做任何有用功 , 所以其电动机所消耗的电 能将全部转化 为热 能而对外散出 。 其他主要设备如采掘机械 、 提升机 、 照明灯 , 水泵等 设备工作的同时也要散热 。 运输中煤炭及研石的散热运输中的煤炭及研石的散热实际是围岩散热 的另一 种表现形式 。 实测表明 , 在机械化程度高的矿井里 , 煤炭及研石在运输期间 , 运输中煤 炭及歼石的散热量的 一 均散发到风流中去 。 由于洒水抑尘 , 输送机上的煤炭及研 石总是潮湿的 , 因此在显热交换的同时还伴随着潜热交换 。 大型的现代化采区的实测表 山东科技大学硕士学位论文 矿井降温需冷量的计算方法 明 , 潜热交换量约占风流的总得热量的 一 , 从运输煤炭及研石所散发出来的热量 中 , 用以煤炭及研石中的水分蒸发的热量在风流的总得热量中所占的比重是相当大的 。 但蒸发所需的热量一部分来自于空气本身 , 一部分来自于巷道围岩等热源 。 热水散热井下涌水 , 渗水等与风流间显热交换势必伴随着水分蒸发或冷凝 的 质交换 , 即必须计及潜热交换 。 矿内主要热源散热量计算 围岩散热 凡 。 一 不稳定换热系数解析解很复杂 , 在降温工程中大多采用简化公式 。 通风时间在一年以内的较新巷道 , 计算公式 、 二 二一 寸 侈月 刀 式中 斌 一 , 一 斌河 二 、、 , 、卜, 以尺 。 毕涯堆数 , 代二 几 巷道对流换热系数 , 。 , , 巷道的粗糙度系数 , 光滑壁面 二 主要运输大巷 一 运输平巷 二 工作面 一 , 巷道平均风速 , 阳 巷道周长 , 巷道断面积 , 。 一 巷道当量直径 , 几 一 扛 , 几 岩石的导热系数 , 可 由手册查 出 。 通风时间为 一 年的巷道 , 计算公式 二 二 几 在 上 双。 , 人 “ 。 , 厂 。 凡 ,,,月尸, 一 式 中 一 岩体的蓄热系数 , , 一 办而 山东科技大学硕士学位论文 矿井降温需冷量的计算方法 岩石的比热 , 邝德 通风时间 , 其余符号意义同前 。 机电设备散热 亡 式中 装机容量 , 悦 运输中煤炭及研石的散热放热量按下式计算 么 , 公 式中 煤炭或研石的运输量 , 创 。 煤炭或研石的比热 , 幻纯 ℃ 公一煤炭或研石被冷却的温度 , ℃ 。 德国学者 曾对运输中煤炭被风流冷却的过程进行了详细的研究 , 表达式 , 但比较繁琐 , 现在现场多用下式计算 一 一卜 氧化放热按下式计算问 二叮。田 式中 。 工作面 的氧化放热系数 , 可查表 。 。 风速 , 巷道横截面积 , 。 并导出了求算尔的 矿井风流风温预测 深井风流热计算的目的是预计采掘工作面的热状态 , 它是确定采掘工作面需风量和 需冷量 的基础 。 对于新建矿井由于缺少实测 资料的积累 , 应以地表的气象参数为依据 , 按照预先选定的风流路线 , 沿井筒 、 大巷 、 上下山等一直计算到工作面的末端为止 。 对于生产矿井 , 由于长期进行地温和矿内气象参数的观测 , 对井底车场或采区车场等处 的风温已积累了资料 , 计算的任务只是预计新开的采区或工作面 的风温 , 计算的起点可 选择在井底车场或采区下部车场 。 关于矿井风流热交换及热状况预测 , 文献【进行了 较详细地推导 。 一 山东科技大学硕士学位论文 矿井降温需冷量的计算方法 , 井底车场风温预测 在一定的大气压力下 , 矿井风流的含湿量与风温呈近似的线性关系【 二 二汀 一 尤朋切 。, 尤朋 式中 气压修正系数 , 训 切 风流的相对湿度 , 风温 , ℃ 矿 大气压力 , 空气的恰可表示为 一 , 一 , 。中 。, 根据矿井风流的能量方程式 , 由热力学第一定律忽略井筒的通风阻力和动能的变化 , 则 左 二一 , , 宕 一 口 当井筒深度小于时 , 忽略其它因素的影响则 一 一 ,一 , 式代入则 , 一 一 君 一 式中 , 空气的定压质量比热 , 崛 ℃ 水蒸气的气化潜热 , 、 气 井口 、 井底的风温 , ℃ 、 井口 、 井底风流的含湿量 , , 、 井口 、 井底的标高 , 。 将式代入式整理后的井底风温计算式 厅万一丁 , 二 一二 一一且 一 中 一兰丛一 切 当旦兰了 、 切一 丝立型主 即 一 , , 矛 山东科技大学硕士学位论文 式中 井筒潮湿度的影响系数 , 可取 一 矿井降温需冷量的计算方法 井筒深度 , 。 当井筒深度大于时 , 就该考虑围岩对风流的加热作用 , 、 要按下式计算即 一且 一 即 凡万口 刀 一 兰生七一 御 里旦 鱼 , , 、 一丛旦丝 热几 一 “ 仰 兰边丛生 中 巷道风温预测 , 一 合 一 风流经过巷道时的热交换微分方程式 风流经过巷道时 , 与环境间发生热湿交换 , 风温随距离延长而逐渐上升 , 对于长度 为的巷道 , 建立风流与环境间的热交换微分方程式 ,, 磁 二 凡 , 一 凡 一 一 、 。 二 。 一, 二 , 。 , 。 , 一, 协 粤 、 乙 式 中 , 风流的质量流量 , 留 水蒸气的汽化潜热 , 幻压堪 戈 风流与围岩 的不稳定换热系数 , ℃ 巷道周长 , 与 围岩原温 , ℃ 凡 、 分别为热 、 冷管道的传热系数 , ℃ 、 分别为热 、 冷管道的周长 , 、 分别为热 、 冷流体的温度 , ℃ , 巷道中水沟盖板的传热系数 , ℃ 二 水沟宽度 , , 水沟中水 的平均温度 , ℃ 计算巷道的总长 , 艺 二 一 巷道中各种绝对热源的放热量之和 , 。 山东科技大学硕士学位论文 矿井降温需冷量的计算方法 设风流的相对湿度沿巷道长度的变化呈线性关系 , 即 一 ■中 一 叨望 十一丁一 在一定大气压力下 , 矿井风流 的含湿量与风温近似存在线性关系 , 即 二一 丝些生 一凡 则 一 佩 粤 , 冲 粤 , 乙 将式代入整理后得巷道风温热交换的微分方程式 任 叭 几恻 二 一 卿 石■叻 协 式中 一 凡 一 二 犬〔几 ,, 刀 二一一止一 刀 , 二 一 刀 二 二 一刀 二 二 二一 ,, 一 , ,, 从凡 , , 从 , 二 卫鱼 , ■切 通风时间为一年以下的巷道求解微分方程经变换整理可得 气一下一一 正牙而 氏 一 架 其中 坚卫二丛兰二丛生土生丛竺 ■中■中 换热因数 。 二 、,、 一 尸■中 一尸■中 温度因数 山东科技大学硕士学位论文 矿井降温需冷量的计算方法 , 月 ■甲 、 ”卫气 十 卜纵 工二 ■切 ■切 二 孔 一叭禅 或 中 一卫一 切 一 旦还星玉 材 夕 ■切 湿度因数 从 , 二 ,又岛 。 ■, 一 一 一 , 二丛一 一 二 一 加 式中 , 通过巷道的风量 , 岁 ” 艺 岛 一 巷道中各种局部热源放热量之和 , 巷道中运输的煤量 , 留 煤的比热容 , 幻戊叼 二 运输的煤的平均温度 , ℃ , 其值与原始岩温有关 当 , ℃时 , 一一 当 , 时 , 一 , 一 锡 运输长度上风流的平均湿球温度 , ℃ , 、 。 常数 , 由表查出 。 山东科技大学硕士学位论文 矿井降温需冷量的计算方法 表 、 、 凡 、 几取值 孔 、 、 ￡ 、 夕, 气气温 ℃℃ 二二 井井井井井下下地面面面面 一 一 一 印 如果巷誉 中只有围岩放热 , 则可简化为 一 ” , 及岛 、 ,二尸 “ 逮 , 、阅 月】了 ,工 匕 一 性 。七 声 护 一辱 擎 。 一 。 , 卜丝 三 些丛 生 , 一 几切 二 从与 一 几切 通风时间年以上的巷道 在巷道内各种相对热源的放热量 为 围岩放热 ,