高温巷道调热圈特性及对隔热支护结构的影响

为了研究高温巷道下围岩–隔热支护体系温度场的分布情况,基于围岩散热、能量守恒原理和异步长有限差分计算方法,建立了围岩–支护体系一维非稳态下的有限差分方程,编制相应解算程序,探讨了通风时间、围岩导温系数、温差、隔热层厚度和导热系数对围岩调热圈温度场的影响规律。研究结果表明:隔热层能延缓围岩散热和减少巷道风流对围岩的扰动,加快巷道降温;调热圈半径随通风时间增加、围岩导温系数增加、隔热层导热系数增加和厚度减少而增加。围岩温度梯度随通风时间增加而降低,随风流和原岩温差增大而增大;研究提高了对高温巷道调热圈特性及隔热结构的认知,对合理安排隔热支护有一定指导作用。

高温巷道新型隔热混凝土材料性能试验研究

当前矿井开采深度日益增加,高温热害问题日益严重,本文基于一般喷射混凝土的要求,通过材料正交试验,掺加陶粒、玻化微珠和粉煤灰,研制出一种新型混凝土隔热材料,分析了陶粒、玻化微珠和粉煤灰掺量对于材料导热系数和力学性能的影响,论证了新型隔热材料作为矿井喷射混凝土的适用性和可行性。

人工制冷条件下高温掘进巷道的温度场分布特征研究

为分析人工制冷设备对地下金属矿山高温工作面的适用性,以大红山铜矿西矿段为试验地点开展了现场试验;并结合人工制冷设备相关参数及现场实测数据,利用Fluent软件进行了数值模拟,分析了高温掘进巷道的温度场分布特征。结果表明:制冷空间范围内最高湿球温度不超过23.6℃,降温效果显著;增设风障及排热风筒能够有效减少冷热空气换热,提高冷空气利用率,提升降温效果;制冷空间内的冷空气随着距工作面距离的增大而逐渐向冷源出口收缩。研究成果可为高温矿井人工制冷技术研发提供指导。

深井煤矿高温巷道新型隔热材料试验研究

随着矿井开采深度的增加,高温热害问题日益突出,通过正交试验的方法,以陶粒、玻化微珠和粉煤灰掺量作为实验变量,研制出一种新型隔热材料,其导热系数仅为普通混凝土的1/8;对各实验变量对于材料的表观密度、导热系数、抗压、抗拉、抗折强度的影响进行了研究,通过功效系数法进行分析,最终得出新型隔热材料的最佳掺量配比为:陶粒掺量为粗骨料的40%、玻化微珠掺量为细骨料的60%、粉煤灰掺量为胶凝剂的20%。试验结果表明,新型隔热材料施工工艺简单,成本低廉,可以满足深井高温巷道隔热要求,值得大力推广和使用。

高温矿井巷道风流对流换热相似实验研究

运用模型实验相似理论,推导出高温矿井巷道风流对流换热原型和模型之间的相似判据,建立了高温矿井巷道风流对流换热的实验系统。测量并分析了不同巷道壁温、不同入口风速以及入口温度对对流换热系数的影响;利用相关分析的方法,分析了巷道壁温、入口风速和巷道平均风流温度对对流换热系数的影响程度,得到各因素对对流换热系数影响程度,按从大到小的顺序为巷道平均风流温度、入口风速及巷道壁温;其中,巷道平均风流温度和入口风速均与对流换热系数呈正相关,而巷道壁温与对流换热系数呈负相关。基于对各影响因素的分析,得到了高温矿井巷道风流对流换热实验关联式,该关联式可以在实验范围内计算实际矿井风流的对流换热系数。

高温独头巷道中移动式人工制冷设备的散热排放效果分析

为了分析移动式人工制冷设备在高温独头巷道中的散热排放效果,设计在设备前方和后方放置鼓风机的两种方案对人工制冷设备散发的热量进行辅助排放,并在大红山铜矿开展了现场试验;运用FLUENT软件对两种散热排放方案下的巷道内温度场和速度场进行了数值模拟分析。结果表明,将鼓风机放置在人工制冷设备后方,对制冷设备的散热排放效果更好,降温效果更加明显,研究结果对人工制冷设备运行管理及高温巷道降温方案设计具有指导意义。

高温高湿巷道内不稳定换热系数影响因素分析及模型建立

为研究高温高湿巷道不稳定换热系数的变化规律,采用Fluent软件对高温高湿巷道内的热湿交换进行数值模拟,通过单因素和正交模拟实验探讨风流温度、风流速度、岩石导热系数、原岩温度以及巷道当量直径对高温高湿巷道不稳定换热系数的影响。研究结果表明:高温高湿巷道不稳定换热系数随时间的变化规律与普通巷道一致,均与通风时间呈负相关,但通风时间为1 a的高温高湿巷道不稳定换热系数较普通巷道增加了12.5%。通过单因素分析得到风流速度、岩石导热系数和当量直径与不稳定换热系数呈正相关。通过极差分析得到各因素对不稳定换热系数的影响程度为:岩石导热系数>当量直径>风流速度>风流温度>原岩温度。利用SPSS软件对正交实验数据进行拟合,建立不稳定换热系数的计算模型,拟为高温高湿巷道内热负荷计算及井下风温预测提供参考。

围岩与隔热结构热学参数对巷道温度场影响的正交数值模拟

为研究高温巷道围岩-隔热支护体系热学参数对温度场的影响,建立25组数值试验模拟巷道温度场,选定衬砌热导率、衬砌厚度、原岩热导率、原岩温度为影响因素,以巷道壁面温度、调热圈半径、壁面与原岩温度差为目标因子,进行正交试验分析,得到各因素对壁面温度、调热圈半径影响顺序为原岩热导率>原岩温度>衬砌厚度>衬砌热导率;对壁面与原岩温度差影响顺序为衬砌热导率>原岩温度>原岩热导率>衬砌厚度。最后,拟合出壁面温度、调热圈半径的热学参数公式,拟合程度较高。结果表明:采用低热导率的隔热喷层能够延缓围岩散热和减少巷道风流对围岩温度场的扰动,但围岩自身热物理属性对巷道温度场起决定性作用。研究对主动隔热巷道温度场分布,合理安排隔热支护有一定积极意义。

巷道内传质对通风阻力的影响

通风阻力的计算与测定是保障煤矿安全生产必须进行的日常工作。通常认为巷道内造成风流能量损失的途径主要是沿程摩擦损失、局部阻力损失、热阻力。传热导致流体物性参数会发生大变化,产生热阻力。巷道内不断有水蒸气和瓦斯等气体掺混进入主流空气中,形成复杂的对流传质现象,同样也会影响物性参数,从而产生附加通风阻力。这是一种被人们忽视的能量损失。本文对这种能量损失形式进行了探讨,提出了传质附加阻力概念,并运用CFD模拟技术研究了不同传热、不同散湿强度下通风阻力的变化规律。结果表明:当巷道风流速度低于0.5m/s时,传质使巷道阻力增加15%以上;当风速增大到2m/s以后,传质对巷道阻力的影响减弱,使巷道阻力约增大5%左右;当传质与传热同时存在时,传质会削弱热阻力,其综合效果不是简单的代数相加,传热与传质对阻力的影响是同一数量级。文中给出了传质附加阻力拟合计算式,可用于实际巷道通风设计和日常矿井通风能力核定。