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分类号 Ｘ９３６ 单位代码； １０３６１ 皮化 义 乂學 Ａ ＮＨ ＵＩＵＮＩＶ ＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥＳＴＥＣＨ ＮＯＬＯＧＹ赛 巧＾ ｜替 畢 ｉｊ 嗎 讀 ｍ 乂巧＆ 论文题目；潘 一 东矿 １２２１（１）工作面降温工程技术 研 究 作者 姓名 郭 鹏飞 专业名称； ＾安 全工程 导师姓名 吕 品教授 蔚姗间 ； ２ ０１７年６月４日 中图分类号Ｘ９３６路文编号ＺＳ２０１７０ ０１５ 学科分类号６ ２０．３０密级公开 安徽理王大学 硕 壬 学位 论文 潘 一 东矿 １２ ２１（１）工作面降温工程技术研巧 作者姓名郭膊飞 专业名祿安全工趕 研究方向 巧气调巧 导师姓名 呂品教授 导师单位安溢理工大挙 答辩委员会主席钱建兵高工 论文答辩日期 ２０口年６月４ 日 安徽理工大学研究生处 ２０１７年 ６ 月 ４日 ＡｉｒＣｏｎｃＨｔｉｏｎｍｇ ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＣｏｏｌ ｉｎｇ Ｔｅ ｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆ１２２１（１ ）Ｗｏｒｋｉｎｇ ＦａｃｅｉｎＰａｎｙｉＤｏｎｇＣｏａｌＭｉｎｅ Ｃａ ｎｄｉｄａｔｅＧｕｏＰｅｎｇｆｅｉ Ｓｕｐｅｒｖ ｉｓｏｒＬｖＰｉｎ Ｓｃｈｏｏ ｌｏｆｅｎｅｒｇｙ ａ ｎｄｓａｆｅｔｙ ＡｎＨｕ ｌＵｎｉｖｅｒｓ化ｙｏｆＳ ｃｉｅ ｎｃｅａｎｄＴｅｃｈ ｎｏｌｏｇｙ ＮＯ．ＷＳＴａ ｉｆｅｎｇＲｏａｄ ，Ｈｕａ ｉｎａｎ，２巧００１，Ｐ ．Ｒ ．Ｃ ＨＩＮＡ 独 创性声明 本人斧巧巧呈的学位 论义是本人在导 师指导下进行的研究王 作及取得的研究成果。据我巧知，除了文中特别加 ｔ乂标注和致谢的 地 方１以外，论文中不 包含其他人巨经发表或撰写过的研究 成呆，也不包 含为蕊得安徽理工大学或 其他教育化构的学位或证书而使用 进的材料。与我 一 罔工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位 论文 作 者签名 封帷日期；户巧年 ６ 月兰 日 学位论 文版 权使用授权书 未学化论文作者完全了癖安徽理工大学有保留 ．债用学位论方 的规定，即巧究生在校攻读学位期问论文工作的知识产权单粒属于 安徵理工大学。学校有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的 复印件和滋盘 ，允许论文被查诏和借阅。本人授权安徽理王大学 可 １＾乂将学位论文的全部或 部分内容 编入有关数搪库进巧检索 ，可Ｗ采 用影印 、缩印或扫描等复制手段保存 、汇编学位论 文。（保密的学位 论文在解密后适用本授权书 ） 学位论文作者签名齊前ｆ也 签字 日期； 年知 ２日 导师签名 签字日期； ２。１ ７ 年 ；＾月 ２日 摘 要 摘要 作为我国现阶段重要的能源物质 ，煤炭的安全高效开采己经显得 越发 重要。 可是近年来，随着浅部煤炭资源的枯竭，今后煤矿开采遇到的又 一严重问 题就是 矿井热害 。特别是对与采深较深、综合机械化程度较高的采煤工作面 ，高温围岩 ｜＾］１及大功率设备散热是导致其热害严重的主要原因 。这种离温环境给本来就恶劣 的井下作业环境带来更近 一步恶 化，不仅影响工作人员的身也安全 ，而且对企业 和国家安全生产带来 一 定语度的危害 ， 因此解决矿井高温危害将会是今后煤矿向 深部开采必须要面临的挑战 。本课题依据淮南矿业集团潘 一东 矿 １２２１（０工作 面为研究背景 ，通过对该工作面进行热害现状调查分析 ，找出矿井热 害的主要原 因 ，并根据降温方面存在的不足之处 ，在原有降温系统的基础上，提出Ｈ种改进 方案进行优化 ，并且在数值模拟的基础上加Ｗ验证，得出可行性结论。这对今后 该工作面乃至所有高温围岩、大功率设备较集中的高温采煤工作面降温起到 一定 的借鉴与研究意义 。现将主要研究内容与成果概括如下 （１）介绍了国内外矿井降温从认识到理论再到现场实践的 一 些主要研巧现 状 ，阐述了矿井高温给井下 作业人员 、企业Ｗ及社会造成的各种危害 ，表明矿井 热害必须解决的必要性与紧迫性 。 （２）分析了现代化高温矿井的热害来源，并列出了在 一 般情 况下 的热源散热 量计算公式 。 并从非机械手段与机械手段两方面介绍了矿井热害治理手段，Ｗ及 对常用的矿井降温系统的工作流程进行概述，并 分析它们各自的特点Ｗ及局限性 。 （３）通过对潘 一 东矿进行降温系统Ｗ及降温效果的现场实测 与 调研，分析概 括该矿井的主要 热害来源包括高温围岩散热Ｗ及大功率机械设备散热两种 ，在降 温效果方面，出现在某些采掘工作面后段 ， 降温效果不明显 ， 多处工作地温度超 过％ ‘ Ｃ甚至２８ ’Ｃ ， 出现进出工作面温差大等问题。 （４）通过现场数据与温 度场模拟 结果进行对比，得出 １２２１（１ ）工作面可Ｗ 用 ＦＬＵＥＮＴ来模拟温度场 ，并针对该工作面的主要 热源 类型及其降温效果存在的 工作面后段温度依然高等问题 ，在原有降温系统的基础上 ，提出采用热幢局部隔 热 （热幢传热系０．０２Ｗ／（ｍ ，Ｋ ） ，从距工作面左端 １３０米开始，高度２．５米， 长度 ５ ５米） 、风筒均匀送风（进风湿度为２９３．１５１＜ ， 每间隔 ５０米开 一个 出风口 ）［＾１及 采煤工作面加设小型空冷器 （距工作面右端１４０米处， 出口速度为 １．８ｍ／ｓ ，温度 ２３ ‘Ｃ ）Ｈ种方案，经过对这Ｈ种方案进行模拟验证，基本能满足安全生产规定的 Ｉ 安徽理工 大学硕学位论文 ％ ’ｃ 。并结合现场实际情况， 分析了现场工程技术方面遇到的主要问题，得出Ｈ 种方案的可行性。 本论文共有图［４５个］表［１７个］参考文献 ［５５个］ 关键词矿井热害；采煤工作面；优化方案；数值模拟验证 打 Ａｂｓ ｔｒａｃｔ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｓ Ｃｈｉｎａ ＇ ｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｅｎｅｒｇｙｍａｔｅｒｉａｌ，ｃｏａｌｓａｆｅｔｙａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔｍｉｎｉｎｇｈａｓｂｅｃｏｍｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙｉｍｐｏｒｔａ打ｔ．Ｂｕｔｗｉｔｈ化ｅｓｈａｌｌｏｗｃｏａｌｒｅｓｏｕｒｃｅｓｍｉｎｉ打ｇ，ｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｉｎｔｈｅ 扣ｔｏｒｅｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄ泌ｏｔｈｅｒｉｍｐｏｒｔａｎｔｐｒｏｂｌｅｍｉｓｔｈｅｍｉｎｅｈｅａｔｄａｍａｇｅ．Ｅｓｐｅｃｉａｌ ｌｙｆｏｒ 也ｅｄｅ ｅｐｍｉｎｉｎｇｄｅｐｔｈ ， ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｍｅｃｈ ａｎｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈｉｇｈｅｒｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｆａｃｅ ， ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋａｎｄｈｉｇｈｐｏｗｅｒｅｑｕｉｐｍｅ打ｔｃｏｏｌｍｇｉｓｔｈｅｍａｉｎ ｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｓｅｒｉｏｕｓｈｅａｔｄａｍａｇｅ．了ｈｉｓｈｉｇｈ －ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｎｖ ｉｒｏｎｍｅｎｔｔｏｔｈｅａｌｒｅａｄｙ ｂａｄ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｏｐｅｒａｔｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｔｏｂｒｉｎｇａｍｏｒｅｒｅｃｅｎｔｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏ ｎ，ｎｏｔｏｎｌｙ ａｆｆｅｃｔｔｈｅｓｔａｆｆｓ ｐｈｙｓ ｉｃａｌａｎｄｍｅｎｔａｌｓａｆｅｔｙ ，ｂｕｔａｌｓｏｆｏｒｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓａｎｄｎａｔｉｏ打ａｌｓａｆｅｔｙ ｐｒｏｄｕｃｔ ｉｏ打 ｔｏａｃｅｒｔａｉ打ｄｅｇｒｅｅｏｆｈａｒｍ ，ｓｏ 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１．４．１课题研究的主要内容７ １．４．２课题研究的技术路线８ ２矿井热害防治理论分析 ９ ２． １矿井热害的定义及其危害９ ２．２ 不同热源条件下的散热量计算１０ ２．３矿井热害防治的技术措施１３ ２．３ ． １ 采用非机械手段降低热害的措施 １４ ２．３ ．２ 采用机械手段引入冷媒的降温措施 １６ ２．４本章小结２１ ３潘 一东矿井热害 现状调查分析２３ ３．１潘 一 东矿矿井基本概况２３ ３丄１矿井地理位置与 气候 条件概括２３ ３丄２ 矿井地质 、井田构造及开拓方式概括２３ ３丄３矿井通风系统概括２３ ３ ．２全矿井热害状况Ｗ及成因２４ ３．２．１ 矿井相关热力参数调查与测试 ２４ Ｖ 安徽理工大学硕学位论文 ３ ．２．２ 潘 一 东矿热害严重的成因分析２５ ３．３ 潘 一 东矿井降温系统概括及其降温效果 分析 ２６ ３．３ ．１ 潘 一 东矿矿井降温系统％ ３ ．３．２潘 一 东矿降温系统降温效果分析 ２９ ３．３．３矿井降温系统存在的不足之处３２ ３ ．４本章小结３２ ４１２２１（１）工作面温度场数值模拟分析３３ ４．１不同数值模拟软件介绍Ｗ及本文的选择３３ ４丄］ 不同数值模拟软件的对比分析 ３３ ４丄２本文选择ＦＬＵＥＮＴ数值模拟软件的原因３４ ４．２ＦＬＵＥＮＴ数值模拟软件３４ ４．２．１数值模拟的动力学控制方程３５ ４．２ ．２ＦＬＵＥＮＴ求解步骤及其过程３７ ４．３１２２１（１ ）工作面降 温现 状数值模拟研究 ３ ７ ４ ．３．１工作面概况３７ ４．３．２１２２１（１）工作面物理模型建立与网格划分 扣 ４．３ ．３工作面温度场ＦＬＵＥＮＴ数值模城４０ ４．３ ．４模拟结果的输出与现场实测 结果 对比分析４３ ４ ．４本章小结４６ ５１２２１（１ ）工作面降温系统的优化与数值模拟分析 ．４９ ５ ．１优化方案的制定及工程应用可行性分析４９ ５ ．２优化方案的数值模拟验证及对比分析５４ ５．３本章小结拍 ６结论与展望６５ ６．１课题总结６５ ６．２ 展望 ６６ 参考文献 ６７ 致谢７１ 作者简介及读研期间主要科研成果７３ ＶＩ Ｃｏｎ ｔｅｎｔｓ Ｃｏｎｔｅｎｔｓ ＡｂｓｔｒａｃｔＨＩ １Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ１ １ ．１Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｏｆｒｅｓｅａｒｃｈ ．． ，，．１ １ ．２Ｃｕｒｒｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃａｎｄｆｏｒｅｉｇｎｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｉｔｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ２ １ ．２．１ＲｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈＱ打ｔｈｅｏｒｙａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｍｉｎｅｔｈｅｒｍａｌ ｈａｚａｒｄ ｐｒｅｖｅ打ｔ ｉｏ打她ｄｃｏｎｔｒｏｌａｔｈｏｍｅａ打ｄａｂｒｏａｄ２ １ ．２．２Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅ打ｄｏｆｍｉｎｅｃｏ ｏｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄ５ １ ．３Ｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅａｎｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｏｆｒｅｓｅａｒｃｈ７ １ ．３． １ＴＴｉｅ ｐｕｒｐｏｓｅｏｆ ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈ ．＂．７ １．３．２ＴｈｅｓｉｇｉＵｆｉｃａ打ｃｅｏｆｒｅｓｅａｒｃｈ７ １．４Ｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｒｏｕｔｅｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈ７ １．４．１Ｔｈｅｍａｉｎｃｏｎｔｅｎｔｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈ７ １ ．４．２ＴＴｉｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｒｏｕｔｅｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈ８ ２Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆ ｍｉｎｅｔｈｅｒｍａｌｈａｚａｒｄｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌ９ ２．１Ｄｅｆ ｉ打ｉｔｉｏ 打ａｎｄｈａｚａｒｄｏｆｍｉｎｅｔｈｅｒｍａｌｈａｚａｒｄ９ ２．２Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｈｈｅａｔｄｉｓｓｉｐａｔｉｏ打ｕｎｄｅｒｄｉｆｆ ｅｒｅｎｔｈｅａｔｓｏｕｒｃｅｓ１０ ２．３Ｔｅｃｈｎｉｃａｌｍｅａｓｕｒｅｓｆｏｒ ｐｒｅｖｅｎｔ ｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆｍｉ打ｅｔｈｅｒｍａｌｈａｚ ａｒｄｓ１３ ２ ．３．１Ｔｈｅｕｓｅｏｆｎｏ ｎ －ｍｅｃｈａｎ ｉｃａｌｍｅａｎｓ化ｒｅｄｕｃｅ化ｅｈｅａｔｏｆ１；ｈｅｍｅａｓｕｒｅｓ． ． ．１４ ２ ．３．２Ｔｈｅｕｓｅｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｅａｎｓ化ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｃｏｏｌ ｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ １６ ２．４Ｃｈａｐｔｅｒｓｕｍｍａｒｙ２１ ３ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｍｉｎｅ化ｅｒｍａｌｈａｚａｒｄｉｎＰａ ｎｙｉＤｏｎｇ ２３ ３．１Ｂａｓｉｃｓｕｒｖｅｙｏｆｍｉ打ｅｉｎＰａｎｙｉＤｏｎｇ．．．．２３ ３．１ ． １Ｍｉｎｅ ｇｅｏｇｒ ａｐｈｉｃｌｏｃ ａｔｉｏ打ａｎｄｃｌ ｉｍａｔｉｃｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ２３ ３．１．２Ｍｉｎｅｇｅｏｌｏｇｙ，ｍｉｎｅｆｉｅｌｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ． ．．２３ ３．１ ．３Ｍｉｎｅｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ２３ ３ ．２Ｔｈｅｗｈｏｌｅｍｉｎｅｔｈｅｒｍａｌｄａｍａｇｅａｎｄｔｈｅｃａｕｓｅ． ．．．２４ ３．２．１ＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎａｎｄＴｅｓｔｏｆＭｉ打ｅ艮ｅｌａｔｅｄＴｈｅｒｍａｌＰａｒａｍｅｔｅｒｓ２４ ３．２．２Ａｎａｌｙｓｉｓｏ打ｔｈｅｃａｕｓｅｓｏｆｓｅｒｉｏｕｓｈｅａｔｉ打ｊｕｒｙ ｉｎＰａ打ｙｉＤｏｎｇ２５ ３ ．３Ｓｕｍｍａｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｉｎｅｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆ＾ｔｓｃｏ ｏＨ打ｇｅｆ ｆｅｃｔｉｎ ＰａｎｙｉＤｏｎｇ２６ ｖｎ 安澈理工 大学硕学位论文 ３．３．１ＭｉｎｅｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｎＰａｎｙｉＤｏｎｇ，． ．．． ２６ ３．３．２ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎｃｏｏｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｎＰａｎｙｉＤｏｎｇ２９ ３ ．３．３Ｔｈｅｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎ呂ｓｏｆｍｉｎｅｃｏｏｌ ｉ打ｇｓｙｓｔｅｍ ３２ ３．４Ｃｈａｐｔｅｒｓｕｍｍａｒｙ．３２ ４Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏ打ｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｉｎ１２２１（１）ｗｏｒｋｉｎｇ Ｆａｃｅ ．．３３ ４．１Ｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆ ｔｗａｒｅａｎｄ也ｅｃｈｏｉｃｅｏｆｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ． ．３ ３ ４．１．１ＣｏｎｔｒａｓｔｉｖｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＤｉｆｆｅｒｅｎｔＮｕｍｅｒｉｃ ａｌＳｉ讯ｕｌａｔｉｏ打Ｓｏｆｔｗａｒｅ３ ３ ４． １．２Ｔｈ ｉｓ ｐａｐｅｒｃｈｏｏｓｅｓ曲ｅ ＦＬＵＥＮＴｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍ山 ａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅ．．．＂．．． ． ．３４ ４．２Ｆｌｕｅｎｔｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆ ｔｗａｒｅ ■３４ ４．２ ．１Ｄｙｎａｍｉｃｃｏｎｔｒｏｌｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ３５ ４．２．２ＦＬＵＥＮＴｓｏｌｕｔｉｏｎｓｔ；ｅｐｓａｎｄｔｈｄｒ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ３７ ４ ．３Ｎｕｍｅｒｉｃ ａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆ１２２１（１）ｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅ ３７ ４．３．１Ｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｐｒｏ巧ｌｅ３７ ４．３ ．２Ｐｈｙｓｉｃａｌｍｏｄｅｌｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔａｎｄｍｅｓｈｉｎｇｏｆ１２２ １ （ ｌ ）ｗｏｒｋ ｉｎｇ ｆａｃｅ ３８ ４．３ ．３Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｈｎｕｌａｔｉｏ打ｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｄｄｉｎｗｏｒｋｆａｃｅ４０ ４．３．４Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｏｕｔｐｕｔｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈ巧ｅｌｄｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓ４３ ４．４Ｃｈａｐｔｅｒｓｕｍｍａｒｙ４７ ５Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏ打ａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏ打ａ ｎａｌｙｓｉｓｏｆ１２２１（１ ）ｗｏｒｋ ｉｎｇｆａｃ ｅｃｏｏ ｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．．４９ ５．１Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏ打ｏｆｄｅｖｅｌｏｐｍｅ打ｔａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ４９ ５ ．２Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏ打ａｎｄｃｏｍｐａｒ ｉｓｏｎｏｆｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｓ ５４ ５．３Ｃｈａｐｔｅｒｓｕｍｍａｒｙ ６３ ６Ｃｏ打ｅｌｕｓｉｏｎａｎｄｕｕｔｌｏｏｋ６５ ６．１Ｓｕｍｍａｒｙｏｆ ｑｕｅｓ ｔｉｏｎｓ ６５ ６．２Ｏｕｔｌｏｏｋ６６ Ｒｅｆｅｒｅｎｃ ｅｓ６７ Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ７１ Ｒｅｓｕｍｅｏｆａｕｔｈｏｒ７３ ＶＩＩＩ １ 绪论 １绪论 １． １ 课题研究的 背景 在我国 ，煤炭作 为重要的能源和原 材料 物质 ，具有举足程重的地位，有着 ＂工 ． 业粮食 ＂的 称号。煤炭的安全高效生产Ｗ及供应状况等直接影响到我国经济能否平 稳 、健 康地运行。 同时 ，煤炭作为 一 次能源 ，尽管近两年比重有所下降（占 一 次 能源的６ ０％左右） ，不容回避的现实是，在我国受资源禀赋、获取难易和安全能 源等因素影响 ， 在未来较长时期巧 ，煤炭在我国能源结 构中的重要地位仍然难 ＾＾Ｊ＞ 改变。 中国煤炭工业协会会长在 。 中 国煤炭高峰论辰 ’ ’上 曾预计 ，到２０３０年，我国煤 炭在 一 次能源中所占的比重仍 将保 持在 ５５％左右。因此，煤矿安全高效开采， 己 经越来越突出其重要地位。而高温热害 ，特别是对于某些机械化程度较高的现代 化采掘工作面 ， 这 一 问题必须加ｙ解决 。 ７４％ １ ７滅 巨说 圓 ． 圓 －－ ５５资 Ｉ ■ Ｉ ２晩ＫＩ ｎｌＢＢ ＼審ｒ ； － ０絲 茲菊年２獨５年 茲巧年故３０＾巧Ｓ计 ） 图１煤炭在 一次性 能源 结构中的比例 ＦｉｇｌＳｃａｌｅｏｆｃｏａｌｉｎｄｉｓｐｏｓａｌｅｎｅｒｇｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅ 随着煤 炭工业的不断继续前行 ，浅层资源逐渐枯 竭，煤炭开采不得不向深部 发展 。在恒温带之下，岩 体温度与深度成正相关趋势，地温梯度 一般 为 ３ｔＶ１００ｍ， １ 安徽理工大学硕学位论文 使得岩体温度升高 ，散热量增加 ，空气自压缩散热量也变高，这让井下环境更加 恶劣，产生热害 。在国外，许多矿山开采深度己经达到甚至超过１０００米， 比如南 非大部分金矿采深都超过 １０００ｍ甚至更深 ；俄罗斯 一铁矿开巧深度 已达 ３０００ 多 米 ；在我国，根据统计资料显示，现在煤矿的开采深度正Ｗ 每年 ８￣１２ｍ 的速度向 深部发展，例如迂宁北漂矿业集团所属的冠山矿开采深度己达千米 ，山东新坟孙 东矿的开采深度也己达到了１０５５米。目前 ， 我国许多重点国有煤矿平巧开采深度 也已突破１２００米。 此外 ，现代化矿井都是采用综合机械化方式开采 ，大功率大设备在提高开采 效率的同时 ，也给井下作业环境带来了或多或少的热负荷 ，尤其在某些掘进Ｗ及 回采工作面，受作业 条件 的限制 ，环境更加恶劣。 在某些深部高温回采工作面， 夏季并巷风流温度甚至达到 ３５ － ＣＷ上 ，现场作业的职工出现中暑现象比较频繁 ， 这种倩况不仅严重威胁职工的身体健康 ，而且影响现场安全生产 ，有些采掘工作 面甚至被迫停产 。高温的作业环境， 不仅影响作业人员的身也健康 ， 甚至出现生 命危险 ， 同时也会降低机械设备的使用寿命 ，也会给企业带来不良影响，造成经 济效益 、社会效益的损失。 从２０１ ６年 １０月１ 日起开始施行的新修订的煤炭安全规程第 ３章第６５５ 条明确规定 在采掘工作面空气温度超过％ ‘Ｃ 、 机电设备砸室空气温度超过２８ ’ Ｃ 情况下，必须缩短这些作並地点工作人员的作业时间，并在持殊情况下给予高温 补贴待遇；在采掘工作面温度超过 ３０ ‘ Ｃ，机电设备爾室超过３４ ’Ｃ 情况下 ，必须停 止作业 ｔｉ］ 。所Ｗ当井下温度过高时 ，必须采取措施Ｗ满足该规程的规定。 １．２ 国内 外研究现状及其发展动态 随着矿井热害问题的 出现，为了促进生产力发展水平 ，改善井下作业 场所 的 环境舒适度 ， 世界各国在解决矿井热害问题方面做出了诸多的理论与技术研究， 这让矿井热害防治日益高效与先进。 １．２．１ 国内外矿井热害防治理论与技术研究现状 多年１＾＾来 ，世界各国的科研人员都为能给井下作业人员创造 一个安全 、可承 受甚至是舒适的作业环境而不懈奋斗 。 从热害记 录到了解热源再到通风降温， 一 直到现在的现代化机械降温系统方面都有重大成就， Ｗ保护矿工的健康与提高劳 动生产效率 。 矿井降温理论是 一个 由多种理论相互结合而产生的 ，其中包括矿井 通风 安全 ２ １ 绪论 学、工程热力学 、传热学、水文地质学、采矿学、环境卫生学等众多学科理论知 识， 这些 理论的结合，使得井下复杂作业环境的降温技术越来越成熟 。 有记录记载 ，人们最早对地温监测是在十六世纪。 １７４０年， 法国科研工作者 就对 一些金属 矿山进行了地温的测量与统计 。 进入千 八世纪＾＾＾后 ，英国 人便 开始 系统的对 一些井 巷围岩温度进行观测口 ］ ，并且从中掌握了随着开采深度的加深 ， 围岩温度也随之增大的规律 。到了十九世纪末 ， 欧洲利用钻孔技术 ，对围岩温度 Ｗ及地温梯度进行测量。到了１９１９年，南非矿井工作者开始了对 一些金属 矿山井 下风流热力学的研巧。从此矿山热环境理论开始逐步形成 口］ 。 在矿山热环境理论初步研究的基础上 ，在 １９２３年 ，德国的ＨｅｉｓｔＤｒｅｋｏｐｔ学 者第 一 次提出了调热圏的概念 。该概念是在假设巷道壁面温度稳定周期变化的前 提下 ， 得出了巷道围岩内部的热环境也是呈现周期性变化的 。这 一 概念的提出 ， 便形成了矿井热环境研巧领域的最巧理论 ［４］ 。 进入二千世纪Ｈ十年代后 期 ，南非的科学家Ｂｉｃｃａｎｄ ．Ｊａｐｐｅ在深井风温预测 等四篇论文中 ，基于金属矿山先后提出了巷道内风流温 度预 测计算的基本数学思 路和模型。该种计算模型奠定了近代风温预测理论的基础 。 五千年代初期 ， 日 、英、德等国家的科学工作者通过对巷道围岩与风流的对 流换热过程的研究 ， 得出 了理想状态下巷道围岩调热圈温度场的解析解 口１ ，这 一 理想模式下的解析解与英国的Ｃａｒｓｌａｗ等人于 １９３９年在传热学领域中得出的围岩 调 热圈温度场的理论 解析 解是 一 致的 ，而Ｃａｒ ｓｌａｗ等人采用的方法是拉普拉斯变 换法 。 随后的 １９５３年 ，苏联科学家在原有的基础上提出了 一种 更为精准的围岩调 热圈温度场和非稳定倩况下换热系数的算法 。 １９５５年 ，日本的 一些科学家推导 出 了Ｗ围岩与风流为基础的传热体系随时间变化的数学计算求解法 。这些重要成就， 为Ｗ后矿井围岩传热Ｗ及灾害的防治提供了理论基础 。 进入六十年代，伴 随着电子计算机科技的发展 ，使得计算机与工程问题相 结 合，许多重要的复杂计算变得简单而且快速 ， 矿井热环境研究的步伐也变得越来 越快。其中 ，最有重大科学意义的当属苏联与德国 的科学家对岩石物理参数的测 定、巷道热湿参数的测定Ｗ及岩石导热系数的测定 ， 使得理论计算方法向实用性 迈出了重大 一步 。 屯十年代 ， 一 些系统环境工程的著作 相继出版并且许多风流温度的预测计算 方法也相继被提出 。比如苏联科学家Ａ．Ｈ．舍尔巴尼等编著的矿井降温指南 阀 ， 日本研巧者平松良雄的通风学 ［７］ ，德国科学家约阿希姆 福 斯编 著的 矿井气 候 ， １９ ７１ 年德国的 Ｊ．Ｖｏｓｓ等对采掘工作面内的风流温度预测的计算方法做了更 ３ 安徽理工大学 硕学位论文 进 一步解释说 明 。后来美国、保加利亚等国科学家通过对风流温度值的预测和计 算 ，先后提出了多种用于改善矿井高温环境的 技术 措施。 八十年代 ，伴随着矿井工业的发展，许多国家的矿井工作者Ｗ及科研人员根 据现场实际 ， 发表了许多关于矿井热环境的论文 ，送些重要成果将矿井热环境理 论提到了 一 个全新的高度。如巧８０年，曰本研究者內野健 一采用数值差分法得到 不同巷道形状 、 不同岩石特性下的卷道内围岩调热圈温度场的特性 ，并提出在不 同入口风温、水分影响条件下的风温预测计算公式口心 。 随后 ， 各国在矿井热环境 工程设计模型 ［Ｗ ，风流温湿度计算方法Ｗ及井巷围岩的热参数测定上都提出了更 为精准的表述和计算公式 。 进入九千年代 ，更为全面、综合的并巷热环境理 论更 加成熟与完善。其中， 结合流体力学与通风工程的工作面风流流动基本规律、
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