高溫掘進(jìn)巷道熱環(huán)境及降溫冷負(fù)荷分析計(jì)算研究.pdf

1、礦井高溫?zé)岷χ卫硪呀?jīng)成為深部采礦工程的一大科技難題。本文采用理論分析、礦井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)以及數(shù)值模擬相互結(jié)合的方法，進(jìn)行高溫掘進(jìn)巷道熱環(huán)境及降溫冷負(fù)荷計(jì)算的研究，以更好的掌握高溫掘進(jìn)巷道熱環(huán)境的分布變化規(guī)律，提高降溫冷負(fù)荷計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。
　　本文使用FLUENT軟件，建立了巷道壁面沿長(zhǎng)度方向變化的模擬模型，使模型的參數(shù)條件與實(shí)際巷道較為接近。使用該模型模擬巷道熱環(huán)境，通過礦井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果與

2、試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的偏差基本在1℃以內(nèi)，證實(shí)了該模型的可靠性。
　　通過對(duì)熱環(huán)境模擬測(cè)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，設(shè)計(jì)并搭建了巷道降溫實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，采用實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)合的方法進(jìn)行模擬巷道熱環(huán)境研究，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)巷道Ⅳ截面溫度最高，風(fēng)筒出口附近區(qū)域溫度較低，巷道內(nèi)同一截面各處風(fēng)流溫度存在差異。另外，通過在平煤五礦掘進(jìn)巷道進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)并進(jìn)行數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)風(fēng)流溫度在距離工作面15～25m處較高，風(fēng)筒出口附近區(qū)域風(fēng)流溫度較低。結(jié)合礦井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室實(shí)

3、驗(yàn)以及數(shù)值模擬綜合分析發(fā)現(xiàn)：掘進(jìn)巷道熱環(huán)境存在回頭熱現(xiàn)象、風(fēng)筒出口低溫現(xiàn)象以及巷道橫截面溫度分布不均勻現(xiàn)象。
　　提出巷道熱環(huán)境動(dòng)態(tài)平衡假設(shè)，分析降溫前后風(fēng)流與巷道的熱交換，得出降溫冷負(fù)荷的理論計(jì)算式為Q=MΔi+ΔQ，其與傳統(tǒng)冷負(fù)荷計(jì)算方法之間的偏差為ΔQ。通過提出巷道綜合熱交換系數(shù)、巷道熱源當(dāng)量散熱面積、巷道綜合傳濕系數(shù)、巷道濕源當(dāng)量傳濕面積等概念，并將其應(yīng)用于求解降溫冷負(fù)荷理論計(jì)算式，通過推導(dǎo)獲得可求解的冷負(fù)荷理論計(jì)算式以及

4、降溫后入風(fēng)溫度計(jì)算式與含濕量計(jì)算式。
　　實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)時(shí)，設(shè)計(jì)地點(diǎn)設(shè)計(jì)風(fēng)流焓值58.47 kJ/kg，采用傳統(tǒng)計(jì)算方法進(jìn)行降溫時(shí)對(duì)應(yīng)風(fēng)流焓值66.94kJ/kg，本文提出的計(jì)算方法對(duì)應(yīng)風(fēng)流焓值59.99 kJ/kg。礦井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，設(shè)計(jì)地點(diǎn)設(shè)計(jì)風(fēng)流焓值75.07kJ/kg，采用傳統(tǒng)計(jì)算方法進(jìn)行降溫時(shí)對(duì)應(yīng)風(fēng)流焓值80.01kJ/kg，本文提出的計(jì)算方法對(duì)應(yīng)風(fēng)流焓值76.45 kJ/kg。通過分析發(fā)現(xiàn)，本文提出的計(jì)算方法對(duì)應(yīng)風(fēng)流焓值與設(shè)