我国高温矿井热害防治技术研究进展及展望

随着煤矿开采深度的增加,高温热害对矿井正常开采活动影响非常巨大,不仅影响机械设备正常工作,更对井下工作人员的身心健康有着巨大危害。通过总结国内高温矿井分布概况,对高温矿井热源进行归类、划分,再分析国内外现有技术其优劣性,选取针对不同热源技术进行组合降温,并在降温的同时对地热资源进行合理利用。

人体降温服在高温矿井的应用现状与发展方向

在井下高温高湿的环境中长期工作,不仅危害矿工的身体健康,还易导致井下事故的发生,针对这一现状,可采用人体降温服作为个体降温装置。对现有的降温服技术及其发展情况进行了总结,根据冷却介质的不同,将其分为风冷式降温服、液冷式降温服、相变降温服、半导体降温服以及化学冰袋降温服;讨论了各种降温服的工作原理、优缺点以及在井下使用的可行性;展望了人体降温服在今后的发展方向。

高温矿井水降温回用的应用实践

针对郭屯煤矿矿井水排水量和井下生产用水量较大,电耗和运行费用较高的情况,提出了井下高温矿井水回用方案,并进行了可行性分析,制定了高温矿井水利用回风进行降温、收集存储、过滤、恒压供水的实施方案。工程实施后,实现水资源的回用,降低了矿井水排水电耗和矿井水污水处理成本,为矿井降本增效、减少碳排放提供有力支撑。

高温矿井低品位余热综合利用技术研究

本文基于对山东唐口矿井原冬季供暖系统、夏季降温系统及矿井排水、洗浴排水与乏风排放的研究,结合该矿实际,提出了高温矿井各类低品位热能的集成利用技术和系统。提出利用热泵技术,冬季可实现对矿井排水、洗浴废水、乏风排放所含低品位热能的回收利用,夏季可实现对降温设备冷凝热的回收;利用太阳能集热器,全年可实现对太阳能的热利用;同时该系统可实现对矿井排水的净化回用及乏风的喷淋净化,满足矿井常年洗浴用热及夏季降温、冬季地面供暖及井口房风流加热的要求;实现各类低品位热能的集成利用和矿区污水及矿尘的低排放,可取代传统的地面锅炉供热,降低常规能源消耗和矿井用水抽采量。

高温矿井主动隔热巷道围岩温度场分布规律研究

为研究矿井巷道隔热层对围岩温度场的影响,根据能量守恒定律和围岩散热的特点,建立了复合介质中的一维非稳态导热控制方程,编制了模拟主动隔热巷道围岩温度场的计算机程序,解算得出隔热层对围岩温度场分布规律的影响。研究结果表明:隔热层通过改变围岩内部的温度梯度来减缓围岩向风流的散热;有隔热层时壁面温度明显降低,围岩温度分布整体呈现出壁面温度低、内部温度高的特征;围岩调热圈半径和散热量与通风时间呈正幂指数关系;随着隔热层厚度的增加,巷道壁面温度和围岩散热量分别呈指数和幂指数关系减小;构建隔热层减少的围岩散热量与隔热层的导热系数呈负幂指数关系;研究加深了对巷道隔热机理的认识,对现场应用有一定的指导作用。

高温矿井综采工作区通风条件温度场的数值模拟

以高温矿井综采工作区为研究对象,对采空回填区、煤体—空气换热系统进行了二维数值模拟。计算结果表明,在空气初始温度为295.95 K,煤体、采空回填材料初始温度为313.15 K情况下,顺槽、工作面空气温度低于304.52 K,顺槽、工作面内空气与煤体、采空回填材料温差最小值为0.5 K。煤体、采空回填区的温度由初始值313.15 K降至299～314 K。进风顺槽、工作面、回风顺槽内的空气经过对流换热后的热量值在76.17～83.10 kJ/kg。在不考虑冲淡、排除顺槽、工作面有毒有害气体和粉尘,仅从降低顺槽、工作面内温度情况下考虑,采用雷诺数为13 808～276 170均能满足要求。以较小的动力损耗方面考虑采用雷诺数为69 040值以下为宜。从获得排除高温气体情况下考虑,采用雷诺数为69 040以上的条件。以上结论为矿井热害的综合治理提供了重要依据。

高温矿井液态CO_2相变制冷降温技术

为解决煤矿生产过程中的高温热害问题,基于煤矿采掘工作面的空间特征和工艺特点,提出了以液态CO_2作为冷源的高温矿井液态CO_2相变制冷降温技术,运用液态CO_2相变释放的冷量与工作面的高温空气进行换热作用,降低工作面的环境温度及湿度,同时将相变产生的气态CO_2注入采空区防治煤自燃。液态CO_2相变制冷降温系统具有装置结构简单、操作方便、设备投入成本低、适应性强等优点。在板石煤矿52305掘进工作面进行液态CO_2相变制冷降温技术的工业性试验。结果表明,液态CO_2的平均消耗速率为1.015 m3/h时,掘进工作面空气温度降低了6.9℃,含湿量减少4.94g/kg,液态CO_2的冷量利用率为77.36%。液态CO_2相变制冷降温技术能够有效改善井下工作环境,具有较强的推广和应用前景。

高温矿井热舒适性及评价指标的研究

通过对矿井高温现象的研究,分析影响矿工热舒适性环境因素,建立了矿工热舒适方程,绘制矿工热舒适图,查矿工热舒适图可以确定适宜的风速,并可计算送风量的大小。确定了矿工热舒适性的评价指标PMV,PPD,以及预测计算公式;根据预测平均热感觉指标PMV值评价矿工热舒适性及矿井热害程度的大小。

透平膨胀制冷在高温矿井降温中的应用

高温矿井独头掘进工作面的高温热害问题,严重影响掘进工程作业进度,危害工人的身体健康,目前所采用的降温措施效果都不理想。首次提出利用井下作业所用高压空气作为制冷工质,通过透平膨胀机等熵膨胀降温,来达到降温除湿的目的。所设计的系统流程简单,技术可靠,对于解决井下高温热害问题具有重要的实用意义。开展等熵膨胀制冷技术用于井下空调系统的研究,也具有重要的学术价值。

高温矿井掘进工作面冰块降温数值模拟研究

为确定冰块在矿井高温掘进工作面降温中的设计参数,以大红山铜矿西矿段高温掘进工作面为对象,开展通风降温和冰块降温下掘进工作面温度场变化的数值模拟,分析冰块量、摆放方式对掘进巷道工作面附近温度场的影响。结果表明:与只采用通风降温方案相比,增加冰块的降温方案降温效果明显;当冰块摆放方式相同时,冰块量越多,有效制冷时间越长,但增加到一定程度时有效制冷时间基本不变;冰块摆放方式对降温效果有显著影响,在相同的冰块量及同一水平摆放方式下,冰块摆放高度与风筒齐平时的降温效果最佳;当冰块量及垂直摆放方式相同时,距掘进工作面越远,掘进工作面附近温度场温度的分布越均匀,制冷空间越大。

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。

高温矿井热湿环境对人体机能的影响

矿井高温热害及其治理已成为国内外采矿界公认的科技难题,矿井降温技术已成为高温矿井正常安全生产、企业发展的瓶颈技术和关键技术。随着矿井开采深度逐渐增加,作业人员的安全及职业健康问题愈加突出,尤其是高温高湿环境下矿工的健康问题。研究热湿环境对人体机能的影响尺度,可为更好地调节高温矿井热湿环境提供依据和借鉴。针对3个高温金属矿井,选取不同中段的5个作业点(其环境温度范围分别为23~26℃、27~30℃、31~34℃、35~38℃、39~42℃,湿度范围介于60%~70%、70%~80%、80%~90%三个区间,风速调控为0.5 m/s、1.5 m/s、2.5 m/s),对50名矿工(10个作业小组)进行生理、心理及行为测量。通过测量及数据分析得到热湿环境下人体各机能参数的变化趋势,结论为温度27℃以下、湿度60%~70%、风速0.5 m/s为矿工作业环境的舒适范围。温度超过27℃,湿度超过70%时,需采取降温除湿措施改善井下作业条件。

高温矿井热害的防治

根据平顶山八矿、陶庄煤矿、东滩煤矿和孙村煤矿等高温矿井的调研资料，综合分析了形成煤矿井下热害的主要影响因素，提出了降低井下温度的相应措施。

高温矿井用喷淋式空气冷却器性能参数研究

以热力学的观点讨论了喷淋式空气冷却器性能的影响因素,提出了外壳长度和断面、喷嘴的形式及安装位置、冷却水流与风流的方向等有关参数。并对喷淋式空气冷却器和盘管式空气冷却器的性能进行了比较。

温度校核法确定高温矿井工作面最大允许产量

随着深部矿产资源的开发和机械化生产的集中,井下空气温度不断升高,高温矿井工作面空气温度是否超限是决定矿井生产能力的重要因素之一。以《煤矿安全规程》中有关采掘工作面气温规定为限制条件,建立了确定采煤工作面最大允许产量的方法,并将其应用于东滩煤矿实际生产,收到了良好的效果。

复杂高温矿井通风网络数字化技术

应用计算机分析矿井通风网络首先要对矿井通风网络进行数字化。复杂矿井通风网络数字化是一项十分繁杂的工作 ,加上高温矿井中对环境预测计算的需要 ,其数字化技术更是繁上加繁 ,如不借助计算机技术很难避免通风网络数字化的错误。详细介绍了复杂高温矿井通风网络的数字化过程 ,并应用VisualBasicApplication编程技术开发出一套用于复杂高温矿井通风网络数字化的Excel表单。应用十分方便 ,能最大限度地避免复杂高温矿井通风网络数字化过程的错误 。

关于高温矿井地面集中制冷降温系统节能设计分析

地面集中制冷降温系统是高温矿井的能耗大户,解决好该系统的节能问题,对高温矿井的节能降耗意义重大。文章从一次冷媒水泵的节能设计入手,提出了高温矿井地面集中制冷降温系统一次冷媒水泵节能设计分析的方法。为制冷降温系统,节能降耗设计人员提供参考。

关于高温矿井回采工作面降温设计温度的讨论

高温矿井回采工作面降温设计,常遇到无法达到《煤矿井下热害防治设计规范》要求的设计干球温度的窘境。论文从分析回采工作面需冷负荷及供冷负荷的影响因素入手,分析问题产生的原因,提出解决问题的思路。

关于高温矿井热害防治的思考

结合当前国内外高温矿井热害防治的方法,提出了自己的两种治理设想:一是高分子、高热容空调制冷系统;二是干冰制冷系统。