深部矿井高温巷道热交换降温技术探讨

金属矿山进入深部开采后会面临一系列的关键难题,其中最突出的就是高温环境。然而被动式降温技术成本较高,为了维持深部矿井高温巷道正常生产,必须为采矿深井降温找到一条经济有效的技术途径。基于循环水热交换技术提出将深部采矿降温和岩体地热开采相结合的理论,利用数值模拟方法研究增强型和传统型降温系统的单孔换热过程和换热孔群效应。研究结果表明:增强型降温系统的热通量比传统型降温系统热通量提高26.80%,同时在热交换作用下,高温巷道的温度降低4%,循环水系统的出水口温度相对于初始进水口温度增加35.32%;换热孔群的热通量受周围换热孔的热干扰影响,在换热孔群运行24 h后,换热孔之间热干扰效应随时间推移而增大,圆形换热孔群中心孔受热干扰最小,而正方形换热孔群的中心孔受热干扰最大,边界孔次之,转角孔受热干扰最小。当换热孔群孔间距小于等于2.0 m时,正方形换热孔群热通量相对损失量小于圆形换热孔群热通量相对损失量;孔间距大于2.0 m时,换热孔群热通量相对损失量几乎不受孔群形状的影响。采用热交换技术,开发利用深部矿井高温巷道围岩中的地热资源,可以大幅度抵消被动式的降温成本。换热孔群形状和孔间距的合理布置同样可以提高降温效率,降低热通量的相对损失量。

深部开采巷道内流固耦合换热的数值研究

为了研究深部开采巷道内流固耦合换热过程,采用计算流体软件FLUENT对该过程进行了数值模拟,并利用正交试验和单因素试验方法,探讨了通风温度、围岩壁温、隔热层厚度、巷道长度以及通风速度等因素对巷道降温效果的影响。正交试验结果表明,各因素对巷道降温效果的影响大小排序为入风温度>壁温>隔热层厚度>巷道长度>风速。单因素试验结果表明,隔热层厚度和巷道终点温度之间呈负幂指数关系,壁温、风温和巷道温度之间呈现出正线性关系。利用SPSS软件对数值试验的结果进行了分析,得到了巷道出口温度与上述因素间的定量关系式,为工程设计提供了有效的参考依据。