鮑店煤礦3.0 Mta新井設(shè)計(jì)含5張CAD圖.zip,鮑店煤礦3.0,Mta新井設(shè)計(jì)含5張CAD圖,煤礦,3.0,Mta,設(shè)計(jì),CAD 深部高溫礦井熱害治理技術(shù)研究 摘要:本文主要介紹了我國高溫礦井的現(xiàn)狀，指出了治理高溫?zé)岷ΦV井在維護(hù)工人健康、提高生產(chǎn)效率、保障生產(chǎn)安全及其經(jīng)濟(jì)社會(huì)意義；詳細(xì)闡述了國內(nèi)外對(duì)于礦井熱害理論、技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并針對(duì)上述理論技術(shù)，指出了其存在的不足與改進(jìn)方向，進(jìn)而引出井巷噴注隔熱材料這一新型井下主動(dòng)降溫方法，并對(duì)其進(jìn)行了初步的實(shí)驗(yàn)探究，預(yù)計(jì)其將有廣泛的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞：礦井高溫；熱害治理；噴注降溫 1問題的提出與研究意義 1.1我國高溫礦井現(xiàn)狀 隨著我國煤礦開采年限的增加，淺部資源逐步減少和枯竭，我國煤礦開采平均以8~12m/a的速度向深部延伸，尤其是近年來煤礦采用更先進(jìn)的開采技術(shù)和采掘機(jī)械，開采延伸速度呈現(xiàn)加大趨勢(shì)，東部以10~25m/a的速度發(fā)展[1～2]。目前一些礦井開采深度已達(dá)1000m以下，如開灤礦業(yè)集團(tuán)趙各莊煤礦十三水平開采深度達(dá)到1155m，新汶礦業(yè)集團(tuán)孫村礦開采深度達(dá)到了1300m，華豐礦開采深度為1070m，徐州礦務(wù)集團(tuán)的旗山礦開采深度為1032m，夾河煤礦開采深度達(dá)1100m，張小樓井開采深度己超過1100m?？梢灶A(yù)計(jì)，我國有大批礦井尤其是中東部地區(qū)礦井，將進(jìn)入1000m以下的深度。 二十世紀(jì)初國外許多國家逐漸出現(xiàn)了熱害問題，世界上礦井熱害最嚴(yán)重的是南非金礦，德國煤礦和前蘇聯(lián)煤礦[3]。南非是當(dāng)今世界開采深度最大的國家，南非的威特沃特斯蘭德盆地極深含金礦礁埋深達(dá)3500m~5000m[4]，斯太總統(tǒng)金礦的工作面深度超過3000m，原始巖溫高達(dá)63℃；德國的伊本比倫煤礦開采深度達(dá)1530m，巖溫高達(dá)60℃，前蘇聯(lián)的彼得羅夫煤礦工作面達(dá)1200m，原始巖溫達(dá)到52℃[5~7]。據(jù)我國煤田地溫觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，百米地溫梯度為2～4℃/100m，隨著開采深度的逐步增加，深部礦井熱害問題已經(jīng)逐步凸顯。近些年來的文獻(xiàn)資料和統(tǒng)計(jì)資料表明[8~21]，我國已有140余個(gè)礦井出現(xiàn)了不同程度的高溫?zé)岷栴}，表1.1顯示了我國部分礦井的熱害情況，同時(shí)得到我國礦井熱害區(qū)劃圖1.1。 由圖1.1可見，我國高溫礦井主要分布在東部地區(qū)，其中熱害最為嚴(yán)重的區(qū)域，包含我國黃河以南、長江以北的東部各省份，主要是山東、江蘇、安徽和河南等省份。該地區(qū)開采深度較深，許多礦井開采深度超過800m，已探明未開采煤炭主要在800m~1500m之間，地溫梯度一般大于2℃/100m，礦內(nèi)巖溫一般高于30℃，典型礦區(qū)為徐州、兗州、新汶、永城、兩淮等。其次在河北、遼寧及內(nèi)蒙東部地區(qū)，開采深度相對(duì)較深，部分礦井開采深度超過600m，巖溫較高，部分礦井熱害現(xiàn)象比較嚴(yán)重，典型礦區(qū)為峰峰、開灤、鐵法、撫順等。長江以南的東部各省，熱害礦井主要分布在江西、福建和湖南東部。該地區(qū)開采深度較大，夏季江南潮熱氣候，井下熱害嚴(yán)重，典型礦區(qū)為萍鄉(xiāng)、豐城等。 表1.1 我國部分礦井熱害情況 礦井名稱 采深/m 工作面溫度/℃ 巖溫/℃ 地溫梯度/℃/100m /100m 徐州夾河礦 1200 36 40 1～2.5 徐州三河尖礦 1000 39 46.8 2.75～3.46 徐州張樓煤礦 1000 35 40.6 徐州旗山礦 1100 30 41.9 1.5～2.6 徐州張小樓礦 1200 33.5 1.7～2.7 大屯孔莊礦 1015 37 40.4 2.36～2.42 新汶孫村礦 1300 32 43.5 2.7 新汶?yún)f(xié)莊礦 1010 34 31 2～3 濟(jì)寧三號(hào)井 838 33 35.3 2.44～2.96 撫順老虎臺(tái) 715 33 38～42 3.6～4.2 撫順東風(fēng) 800 33 30 2.7～4.6 長廣牛頭山 937 34 40.5 2.28 淮南潘一礦 650 36 37 3 淮南潘三礦 810 36～40 43 3.42 淮南顧橋礦 800 36 40.1 3.08 淮南丁級(jí)礦 826 34～40 43 2.52～4.02 平媒五礦 909 35 50 3.3～4 平媒八礦 650 34 33.6 3.4 義馬躍進(jìn)礦 930 31.5 33 1.92 河北大城煤田 1100 33 57 3.3～6 圖1.1 我國礦井熱害區(qū)劃圖 1.2礦井熱害危害性分析 1)危害工人健康 礦井高溫環(huán)境對(duì)井下作業(yè)人員的健康帶來了極大的危害。研究表明，人長時(shí)間處在高溫環(huán)境中生理調(diào)節(jié)機(jī)能將發(fā)生嚴(yán)重障礙。表現(xiàn)在： (1)體溫升高，參與人體代謝的各種酶隨著體溫升高其活性減弱，破壞體內(nèi)熱平衡，造成代謝紊亂。 (2)溫度過高，引起體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)障礙，中樞系統(tǒng)特別是大腦皮層的負(fù)擔(dān)加大，降低其興奮性，同時(shí)引起條件反射活動(dòng)的紊亂，加深抑制過程，甚至發(fā)生高級(jí)神經(jīng)活動(dòng)的病理變化。 (3)高溫作業(yè)使體表血管擴(kuò)張，輸送皮下血管的血量增多，相應(yīng)輸向內(nèi)臟的血量減少，返回心臟的血量減少，血壓降低，脈搏加快，再加上大量出汗，體內(nèi)缺水，血液的粘滯度增大，從而影響心臟的功能。 (4)在高溫環(huán)境從事重體力勞動(dòng)，呼吸淺而急促，氧氣供應(yīng)不足，肺功能的負(fù)擔(dān)增加。如果長期處于這種環(huán)境，會(huì)引起肺功能職業(yè)病。 在高溫環(huán)境中，尤其從事重體力勞動(dòng)時(shí)，容易出現(xiàn)體溫升高，代謝紊亂，心跳加快，心律失常，血壓升高等現(xiàn)象，人體失去熱平衡，易造成熱虛脫、熱衰竭、熱驚厥、中暑等熱病，嚴(yán)重甚至危及生命。另外，礦工長期在高濕的礦井下作業(yè)，會(huì)使人患上風(fēng)濕病、皮膚病、皮膚癌、心臟病及泌尿系統(tǒng)和消化系統(tǒng)等疾病，還會(huì)使人產(chǎn)生心緒不寧、心情浮燥，誘發(fā)人精神方面的疾病，嚴(yán)重影響礦工的身心健康。 2)降低生產(chǎn)效率 長期在井下高溫高濕環(huán)境中作業(yè)，容易破壞體內(nèi)熱平衡，造成代謝紊亂，引起體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)障礙，中樞神經(jīng)系統(tǒng)失調(diào)，出現(xiàn)精神恍惚、疲勞、渾身無力、昏昏沉沉等狀況，這是礦山勞動(dòng)生產(chǎn)率低下的主要原因。據(jù)大量的高溫礦井統(tǒng)計(jì)：采掘工作面氣溫每超過標(biāo)準(zhǔn)(26℃) 1℃時(shí)，勞動(dòng)生產(chǎn)率將下降6~8%；氣溫升至32℃時(shí)生產(chǎn)率降低5%左右，升至34℃將會(huì)降低50%。許多高溫礦井夏季工人的出勤率明顯降低，勞動(dòng)生產(chǎn)率顯著下降，有的甚至被迫停產(chǎn)。我國高溫礦井的勞動(dòng)生產(chǎn)率都較低，有的甚至僅為30%~40%。 3)威脅生產(chǎn)安全 長時(shí)間處于高溫高濕的作業(yè)環(huán)境中，會(huì)使作業(yè)人員對(duì)周圍的注意力、判斷力及反應(yīng)能力逐漸減退，疲憊乏力、精神煩躁、精力不集中，從而增加了事故的發(fā)生率。表1-2顯示了礦井溫度與事故率的關(guān)系。據(jù)日本北海道7個(gè)礦井的調(diào)查資料，30~34℃的工作面事故發(fā)生率比30℃以下高1.5~2.3倍。 表1.2 礦井溫度與事故率的關(guān)系 作業(yè)地點(diǎn)氣溫/℃ 27 30 32 33 工傷頻次/次/千人 0 150 300 450 同時(shí)礦井高溫可引發(fā)瓦斯、煤塵爆炸、煤炭自燃等重大災(zāi)害事故，給礦井安全生產(chǎn)帶來極大威脅。目前礦井高溫已成為與瓦斯、煤塵、火災(zāi)、水災(zāi)并列的重大自然災(zāi)害。 4)我國礦內(nèi)氣候標(biāo)準(zhǔn) 我國《煤礦安全規(guī)程》中第108條對(duì)煤礦井下的作業(yè)環(huán)境提出了明確的規(guī)定： (1)生產(chǎn)礦井采掘工作面空氣溫度不得超過26℃，機(jī)電設(shè)備銅室的空氣溫度不得超過30℃； (2)在超溫的個(gè)別地點(diǎn)，經(jīng)采取加大風(fēng)量、局部降溫等措施后，仍超過本條文所規(guī)定的空氣溫度時(shí)，報(bào)省(區(qū))煤炭局批準(zhǔn)，可以適當(dāng)超過空氣溫度的規(guī)定，在超溫地點(diǎn)的工作人員應(yīng)縮短工作時(shí)間，并給予高溫保健待遇； (3)采掘工作面的空氣溫度超過30℃、機(jī)電銅室的空氣溫度超過34℃時(shí)，必須停止作業(yè)； (4)新建、改擴(kuò)建礦井設(shè)計(jì)時(shí)，必須進(jìn)行礦井風(fēng)溫預(yù)測(cè)計(jì)算，超溫地點(diǎn)必須有制冷降溫設(shè)計(jì)，配齊降溫設(shè)施。 1.3 礦井熱害研究意義 1)礦井工人健康、生產(chǎn)效率、安全意義 由上一小節(jié)的分析可知，人長時(shí)間處在高溫環(huán)境中可能使人產(chǎn)生一系列生理功能的改變，嚴(yán)重影響礦工的身心健康；高溫礦井勞動(dòng)生產(chǎn)率低下且嚴(yán)重影響礦井安全。所以，治理礦井熱害，適度降低礦井溫工人作業(yè)環(huán)境溫度，可以保護(hù)工人的健康，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少礦井安全事故。 2)經(jīng)濟(jì)社會(huì)意義 中國煤由地質(zhì)總局第三次全國煤炭資源預(yù)測(cè)，在全國5個(gè)賦煤區(qū)、85個(gè)含煤區(qū)、542個(gè)煤田/煤產(chǎn)地中，共圈定了2554個(gè)預(yù)測(cè)區(qū)，預(yù)測(cè)總面積39.3X104km2，垂深2000m以淺的預(yù)測(cè)資源量為4.55 X 1012t，垂深1000m以淺的預(yù)測(cè)資源量為1.84X1012t，垂深600m以淺的預(yù)測(cè)資源量為0.94X 1012t。埋深大于1000m的占全國預(yù)測(cè)總量的59.5%。河北、山西、內(nèi)蒙古、江蘇、安徽、山東、河南、陜西等重要產(chǎn)煤省(區(qū))，埋深1000m以下的預(yù)測(cè)資源分別占該省(區(qū))預(yù)測(cè)總量的65.5%~92.4%，說明這些產(chǎn)煤地區(qū)埋藏較淺的煤炭資源潛力已經(jīng)有限，深部煤炭資源所占的比例非常高。深部資源的開采，可以解決東部沿海省份煤炭資源的缺口?？梢哉f，深部高溫礦井開采技術(shù)，在一定程度上決定著我國的經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和國家安全戰(zhàn)略的實(shí)施。 2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2.1 國外研究現(xiàn)狀 在礦業(yè)發(fā)達(dá)國家，由于開采時(shí)間長、礦井深，熱害問題出現(xiàn)較早。據(jù)資料文獻(xiàn)記載，最早研究礦井高溫問題是1740年在法國Belfort地區(qū)的礦山進(jìn)行的低溫測(cè)定。二十世紀(jì)初，許多國家逐漸出現(xiàn)了礦井熱害問題，開始了高溫礦井的基礎(chǔ)研究及降溫技術(shù)研究。1915年，巴西的莫?jiǎng)凇ぜs里赫金礦建立了世界上第一個(gè)礦井空調(diào)系統(tǒng)，在地面建立了集中制冷站，把空調(diào)器應(yīng)用于井下。隨后，南非在1919年也開始了礦井風(fēng)流熱力學(xué)規(guī)律的研究。二十年代，礦內(nèi)熱環(huán)境的最初理論開始形成。1923年，英國的彭德爾頓煤礦是第一個(gè)在采區(qū)安設(shè)制冷機(jī)，冷卻采面風(fēng)流，首開局部制冷先河。同年，德國Heise Drekopt假定巷道壁面溫度為穩(wěn)定周期變化，解析分析圍巖內(nèi)部穩(wěn)定的周期變化，提出了調(diào)熱圈概念，此成果是礦內(nèi)熱環(huán)境問題研究領(lǐng)域的最初理論。三、四十年代，礦井風(fēng)溫預(yù)測(cè)計(jì)算理論開始發(fā)展。在1939-1941年間，南非Biccard Jappe連續(xù)發(fā)表了四篇關(guān)于“深井風(fēng)溫預(yù)測(cè)”的論文，提出了風(fēng)溫計(jì)算的基本思想，被稱為近代風(fēng)溫預(yù)測(cè)計(jì)算的基礎(chǔ)。 二十世紀(jì)五十年代礦井風(fēng)溫計(jì)算理論進(jìn)一步發(fā)展。1951年英國的Van Heerden[35]、日本的平松良雄[36]，1952年德國的K?nig等人結(jié)合平巷圍巖與風(fēng)流熱交換，在理想條件下提出圍巖調(diào)熱圈溫度場(chǎng)的理論解。1953年，南非首次在洛博爾礦安裝大型風(fēng)流冷卻設(shè)備。同年蘇聯(lián)學(xué)者提出較精確的不穩(wěn)定換熱系數(shù)和調(diào)熱圈溫度場(chǎng)計(jì)算方法。1955年平松良雄又提出圍巖與風(fēng)流組成體系的傳熱方程式隨時(shí)間變化的風(fēng)流溫度的近似計(jì)算法。六十年代，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行風(fēng)溫預(yù)測(cè)的計(jì)算。1961年蘇聯(lián)的Bopo∏aB、1966年德國的Npttrot等人采用數(shù)值計(jì)算方法來描述調(diào)熱圈溫度場(chǎng)。1964年Mücke用圓板狀試塊測(cè)定巖石穩(wěn)態(tài)的導(dǎo)熱系數(shù)。1967年Sherrat在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)一段巷道強(qiáng)制加熱，實(shí)測(cè)圍巖中的溫度分布，從實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值對(duì)比中求出一些熱參數(shù)。同年，南非的Starfield[42]等人初步探討論述了潮濕、有質(zhì)交換條件下的熱交換規(guī)律。在此期間，南非也開始采用了大型礦井集中式空調(diào)，蘇聯(lián)、日本等國的礦井也隨后應(yīng)用制冷降溫。礦井降溫理論開始向?qū)嵱没姆较虬l(fā)展。七十年代，一些礦內(nèi)熱環(huán)境工程的系統(tǒng)專著逐漸問世，形成了學(xué)科理論體系。1974年日本的平松《通風(fēng)學(xué)》，1977年ⅢepσaHъ的《礦井熱環(huán)境調(diào)節(jié)指南》，福斯的《礦井氣候》等都對(duì)礦井降溫理論做了較系統(tǒng)的闡述。隨著學(xué)科研究的發(fā)展，礦井降溫技術(shù)的各方面都提高到一個(gè)新水平，問題的研究也深入到解決最核心的采掘工作面、井筒等降溫問題。西德從1970-1980年，制冷能力劇增15倍。日本從1975-1985年，制冷機(jī)總的制冷能力達(dá)到4528MW，制冷系統(tǒng)亦向大型化發(fā)展，單個(gè)系統(tǒng)的最大制冷量已達(dá)50MW。 進(jìn)入二十世紀(jì)八十年代以后，美國、蘇聯(lián)、德國、日本、南非、捷克、匈牙利、波蘭和保加利亞等國都爭(zhēng)相進(jìn)行該學(xué)科的研究工作，著重分析了風(fēng)流與圍巖間的不穩(wěn)定換熱系數(shù)、熱濕比、當(dāng)量熱導(dǎo)率與濕度系數(shù)等關(guān)鍵系數(shù)。內(nèi)野健一差分法求得不同巷道形狀，巖性情況下調(diào)溫圈的溫度場(chǎng)，并提出了考慮入風(fēng)溫度變化、有水影響條件下的風(fēng)溫計(jì)算式。南非的Starfeld等也提出了更為精確的不穩(wěn)定傳熱系數(shù)的計(jì)算式。到八十年代末，國內(nèi)外對(duì)礦井風(fēng)溫的預(yù)測(cè)精度均達(dá)到了1. 5℃的高水平。1985年11月，南非金礦首次將冰送入井下，利用冰的溶解熱 (80Kcal/Kg)吸熱制冷，冰用量僅為同一冷卻用水量的1/5，此制冷系統(tǒng)能力達(dá)628MW。9 0年代，德國已有28對(duì)礦井采用了空調(diào)降溫，制冷能力達(dá)256MW。 目前，國外礦井降溫技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)和趨勢(shì)是： 1)建立了系統(tǒng)的礦山熱力學(xué)的理論體系，并應(yīng)用其解決采礦工程中的一些重大技術(shù)問題，例如礦床的合理開采深度，合理的開拓系統(tǒng)和開采程序，以及合理的礦井通風(fēng)系統(tǒng)和供風(fēng)量等。 2)應(yīng)用高科技手段來解決礦井降溫的重大技術(shù)問題，如三管式能量轉(zhuǎn)換裝置，板式蒸發(fā)器，可調(diào)速水泵以及內(nèi)隔熱保冷管道等;應(yīng)用智能化控制系統(tǒng)來控制礦井降溫系統(tǒng)，使礦井降溫系統(tǒng)始終處在優(yōu)化的狀況下運(yùn)行。 3)礦用制冷設(shè)備性能良好，運(yùn)行安全可靠。板式蒸發(fā)器的使用，可將冷水溫度降到0℃左右。大型冷水機(jī)組無故障運(yùn)行時(shí)間可達(dá)70000h，最高可達(dá)成120000h。 4)礦井傳冷技術(shù)發(fā)展日新月異。礦用空氣冷卻器，由20世紀(jì)60年代以前的翅片管式，80年代的板管式到光管式，80年代后期到90年代各國都在試圖用噴淋式或混合式。 2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國礦井降溫工作在二十世紀(jì)五十年代初就開始了地溫考察和氣象參數(shù)的觀測(cè)。六十年代，在淮南九龍崗礦采用小型制冷設(shè)備進(jìn)行礦井降溫，并取得較好的降溫效果。七十年代，原中國煤炭部在中國科學(xué)院地質(zhì)研究所等單位的協(xié)助下，對(duì)平頂山八礦、棗莊陶莊礦、淮南九龍礦等許多礦井，有計(jì)劃地進(jìn)行了系統(tǒng)觀測(cè)，用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法提出了風(fēng)溫預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型。楊德源將國內(nèi)外學(xué)者研究的成果與自己的工作實(shí)踐相結(jié)合，提出了礦內(nèi)風(fēng)流熱力計(jì)算方法。 八十年代后期礦井降溫學(xué)科理論開始形成較完整的體系有關(guān)高校的礦山通風(fēng)和安全相關(guān)專業(yè)也加強(qiáng)了熱環(huán)境工程的課程和研究內(nèi)容，科研單位也以此為研究課題進(jìn)行了大量的研究，公開發(fā)表了眾多學(xué)術(shù)論文和專著，例如，岑衍強(qiáng)等編著的《礦山熱環(huán)境工程》、余恒昌主編的《礦山地?zé)崤c熱害治理》、嚴(yán)榮林等主編的《礦井空調(diào)技術(shù)》等，這些研究成果極大的豐富和發(fā)展了我國礦井降溫理論體系。1986年，國務(wù)院頒發(fā)了《煤炭資源地質(zhì)勘探規(guī)范》將地溫條件評(píng)價(jià)的有關(guān)規(guī)定納入相應(yīng)條文。 九十年代，高溫礦井降溫技術(shù)逐步應(yīng)用，其中主要是礦井空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用。1990年，平頂山八礦建立了第二個(gè)井下集中降溫系統(tǒng)，開展了綜合性降溫技術(shù)研究。1992年孫村礦又在井下集中制冷的基礎(chǔ)上，在-800m水平的降溫設(shè)計(jì)中采用了地面集中制冷系統(tǒng)，設(shè)備選用了二臺(tái)國產(chǎn)的LSLGF-2000型冷水機(jī)組，二臺(tái)德國產(chǎn)的WKMZ-1500型冷水機(jī)組，涉及制冷量達(dá)5.5MW，高低壓換熱器也從德國進(jìn)口，該系統(tǒng)總投資為2032萬元，是我國當(dāng)時(shí)最大的礦井集中空調(diào)系統(tǒng)。1993年7月，平頂山礦務(wù)局科研所和原中國航空工業(yè)總公司第609研究所聯(lián)合研制成KKL101礦用無氟空氣制冷機(jī)。1995年，山東礦業(yè)學(xué)院陳平等提出用壓氣引射器與制冷機(jī)相結(jié)合進(jìn)行礦井空調(diào)。在此之前，我國采用的制冷設(shè)備主要是以氟里昂和氨為制冷劑的冷水機(jī)組。1996年，韓學(xué)廷提出了礦井降溫冷源與煤礦熱電冷聯(lián)產(chǎn)的理論。1998年，撫順煤科院研制出我國第一臺(tái)礦用可移噴淋式空冷器，產(chǎn)冷量128KW。2003年孫村煤礦在深井降溫設(shè)計(jì)中采用了冷水直接噴射制冷和裸管熱交換制冷的方式，取得了很好的效果，該項(xiàng)成果達(dá)到了國際先進(jìn)水平。目前，一些學(xué)者正致力于世界上比較先進(jìn)的深井降溫冰冷卻系統(tǒng)的研制。 近年來，許多學(xué)者在礦山熱害防治及降溫技術(shù)的研究上做出了卓越的貢獻(xiàn)。孫樹奎等人研究了埋深對(duì)煤礦巷內(nèi)溫度場(chǎng)分布的影響。周西華[49]等人通過對(duì)礦內(nèi)風(fēng)流與巷壁換熱過程的理論分析，得出了圍巖與風(fēng)流的不穩(wěn)定對(duì)流換熱系數(shù)的解析式、理論解和實(shí)用式，導(dǎo)出了風(fēng)流溫度變化和圍巖調(diào)熱圈的計(jì)算方法。從能量和質(zhì)量守恒定律出發(fā)，提出了礦井風(fēng)流場(chǎng)模型，通過數(shù)值模擬，初步得出了礦井回采工作面與掘進(jìn)面風(fēng)流速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)與采煤機(jī)對(duì)回采工作面風(fēng)流熱力性質(zhì)的影響。 左金寶在對(duì)圍巖與風(fēng)流熱濕交換理論研究的基礎(chǔ)上，利用井巷壁面潮濕度系數(shù)處理壁面水分蒸發(fā)問題，并對(duì)對(duì)流放熱系數(shù)和圍巖與風(fēng)流不穩(wěn)定換熱系數(shù)的計(jì)算進(jìn)行了研究，建立了高溫礦井風(fēng)溫預(yù)測(cè)模型；將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到了風(fēng)溫預(yù)測(cè)中，提出了風(fēng)流熱狀況預(yù)測(cè)方法。胡華軍以孫村礦為研究對(duì)象，重點(diǎn)就煤巷風(fēng)溫預(yù)測(cè)、井巷風(fēng)流熱濕交換及配風(fēng)量進(jìn)行了研究。蘇昭杜采用反演算法確定了井巷圍巖與風(fēng)流的散熱、導(dǎo)熱等系數(shù)和基本參數(shù)。吳強(qiáng)采用有限元法分析了掘進(jìn)工作面散熱規(guī)律。鄧軍對(duì)工作面采空區(qū)溫度場(chǎng)分布特征進(jìn)行了模擬分析。張樹光針對(duì)熱害影響下的巷道溫度分布規(guī)律進(jìn)行了研究，分析了風(fēng)流和滲流禍合作用下圍巖的溫度場(chǎng)和溫度矢量分布。肖林京利用ANSYS的FLOTRAN CFD模塊模擬分析了工作面溫度場(chǎng)分布的一般規(guī)律，并通過優(yōu)化計(jì)算獲得了空冷器最佳安裝位置。劉冠男等利用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型分析了高溫高濕礦井風(fēng)流溫度特征，并對(duì)噴淋霧化降溫效果進(jìn)行了數(shù)值模擬，為工作面降溫方案的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。 由于我國礦井降溫工作的起步較晚，資金不足，同發(fā)達(dá)國家相比還有較大差距，目前在熱害治理方面存在的主要問題是： 1)對(duì)礦井熱環(huán)境的評(píng)價(jià)依據(jù)及方法在一定程度上缺乏科學(xué)依據(jù)。 2)如何經(jīng)濟(jì)、高效、持續(xù)地將井下工作地點(diǎn)的惡劣氣候條件改善到合乎要求的水平。由于礦井空調(diào)降溫的費(fèi)用甚高，僅在采用加強(qiáng)通風(fēng)等措施無效時(shí)方可采用。 3)目前在礦井空調(diào)領(lǐng)域中從事研究的單位和研究人員雖然較多，但缺乏全面系統(tǒng)的規(guī)劃來協(xié)調(diào)指導(dǎo)各方面的工作。 4)熱礦山的設(shè)計(jì)、管理尚缺乏規(guī)范性的依據(jù)，已建成的礦井空調(diào)系統(tǒng)的管理工作有待加強(qiáng)，許多重大問題尚待研究解決。 5)國產(chǎn)的制冷設(shè)備質(zhì)量有待提高。在空冷器、高低壓換熱器、冷卻塔及其他有關(guān)器材的研制和新產(chǎn)品開發(fā)方面沒有連續(xù)工作的研究力量。 3 井下高溫?zé)嵩捶治? 3.1地?zé)嵊绊? 地?zé)崾亲钪匾纳罹疅嵩?，?jù)研究，深井巖層放熱占井下熱量的48%。巖層劃分為變溫帶、恒溫帶和增溫帶，其中，恒溫帶以下的巖石溫度隨深度增加而增加，當(dāng)采掘作業(yè)將巖石暴露出來以后，地?zé)岜銖膸r石中釋放出來。原巖放熱是深井礦山的主要熱源之一，當(dāng)井下空氣流經(jīng)圍巖時(shí)，兩者發(fā)生熱交換，從而使井下空氣溫度升高。 3.2熱水涌出的影響 涌水對(duì)氣溫的影響有兩個(gè)方面：一是熱水在流經(jīng)巷道的過程中對(duì)空氣傳導(dǎo)熱，導(dǎo)致空氣溫度升高；二是熱水蒸發(fā)，吸收空氣熱量，有利于降低氣溫。但前者占主導(dǎo)。 3.3 空氣下行壓縮升溫 地面空氣經(jīng)井筒進(jìn)礦井內(nèi)，由于受到井筒空氣柱的壓力而被壓縮，空氣到達(dá)井筒底部時(shí)，其所具有的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為熱能。試驗(yàn)研究結(jié)果表明:空氣每下降100m,氣流溫度升高約0.4℃一0.5℃，空氣壓縮放熱占井下熱量的20%。 3.4機(jī)電設(shè)備放熱及局部風(fēng)機(jī)壓縮熱 由于現(xiàn)代化礦井，機(jī)械化程度高，電器設(shè)備的數(shù)量越來越多。機(jī)電設(shè)備的輸入功率中，其有效功率轉(zhuǎn)化為熱使其風(fēng)流升溫。不僅如此，有效功率克服摩擦所耗的那部分能量也轉(zhuǎn)化為熱傳給風(fēng)流。 3.5化學(xué)反應(yīng)放熱 煤和含煤、含碳、含硫圍巖及支護(hù)材料的氧化散熱，也是局部氣溫升高熱源之一。錨噴支護(hù)的掘進(jìn)頭，噴涂混凝土?xí)r，水泥和速凝劑凝結(jié)作用放熱，也影響礦井空氣溫度。 3.6爆炸放熱 井下炸藥爆炸具有兩重放熱性，一方面在爆破時(shí)期內(nèi)迅速向空氣及圍巖放熱，形成一個(gè)較高的局部熱源;另一方面炸藥爆炸時(shí)傳向圍巖中的熱又以圍巖放熱的形式在一個(gè)較長的時(shí)期內(nèi)緩慢地向礦內(nèi)大氣釋放出來。 3.7采運(yùn)中的煤、矸放熱 采、掘工作面中采落下來的煤和矸石溫度接近圍巖的初始溫度，在其井下運(yùn)輸過程中，煤和研石將自身熱傳遞給風(fēng)流，引起風(fēng)流溫升。 3.8其他放熱 地面氣溫影響和井下操作人員放熱等。 4熱害的治理 我國《煤礦安全規(guī)程》第102條明確規(guī)定：生產(chǎn)礦井采掘工作面空氣溫度不得超過26℃，機(jī)電設(shè)備硐室的空氣溫度不得超過30℃，否則應(yīng)采取降溫或其它防護(hù)措施。針對(duì)礦井熱源，各國有熱害的礦山都采取了不同的防治措施。主要是非制冷空調(diào)降溫和冷空調(diào)降溫。 4.1非制冷空調(diào)降溫 4.1.1通風(fēng)降溫 增加風(fēng)量法。增加風(fēng)量可以大大降低空氣的含熱量，是一種有效的降溫方法?？刹捎孟铝写胧?shí)現(xiàn)：減少風(fēng)阻；防止漏風(fēng)；加大通風(fēng)機(jī)能力；采用合理分風(fēng)與輔助風(fēng)路通風(fēng)法；加強(qiáng)通風(fēng)管理等。但是，風(fēng)量的增加不是無限制的，它受規(guī)定的風(fēng)速和降溫成本的制約。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)增風(fēng)降溫的經(jīng)驗(yàn)，高溫工作面的風(fēng)量最低限應(yīng)為800-1000m3/min.。 采場(chǎng)通風(fēng)形式。采場(chǎng)通風(fēng)有多種形式，但以能抑制采空區(qū)熱氣串入工作面和增加工作面有效風(fēng)量的形式降溫最有利。采場(chǎng)下行通風(fēng)時(shí)，礦巖運(yùn)輸方向與風(fēng)流同向，這樣使礦巖運(yùn)輸過程中放出的熱量和水蒸氣，以及運(yùn)輸設(shè)備的機(jī)電設(shè)備散熱等不再返回工作面，從而大大改善工作面入風(fēng)流的空氣狀態(tài)。此外，新鮮風(fēng)流從巖溫較低的上水平進(jìn)入采區(qū)，從圍巖獲得的熱量也相對(duì)較少。 4.1.2合理的開拓方式降溫 開拓方式不同，入風(fēng)線路長度不同，因此，風(fēng)流到達(dá)工作面的風(fēng)溫也不同。一般情況下，分區(qū)式開拓可以大大縮短入風(fēng)線路長度，降低入風(fēng)流到達(dá)工作面前的溫升。 4.1.3充填采礦法降溫 應(yīng)用充填采礦法有利于采場(chǎng)降溫，這是因?yàn)闇p少了采空區(qū)巖石散熱的影響，采空區(qū)漏風(fēng)量大大降低，同時(shí)，充填物還可大量吸熱，可起到冷卻井下空氣的作用。 4.1.4減少熱源法 1)巖層熱的控制。主要方法有：采用隔熱物質(zhì)噴涂巖壁；防止圍巖傳熱；巷道保持適當(dāng)?shù)母稍?；提高風(fēng)速以提高空氣冷卻能力；預(yù)冷礦層等。2)機(jī)械熱的控制。主要方法有：機(jī)電硐室獨(dú)立通風(fēng)；擇用輔助風(fēng)機(jī)并選擇適當(dāng)?shù)奈恢茫槐苊馐褂玫托蕶C(jī)械等。3)熱水及管道熱的控制。主要方法有：超前疏排熱水，并用隔熱管道排至地面；或經(jīng)過有隔熱蓋板的水溝導(dǎo)入水倉；將高溫排水管和熱壓風(fēng)管敷設(shè)于回風(fēng)道；或?qū)嚎s空氣冷卻后再送入井下等。4)爆破熱的控制。井下采掘爆破產(chǎn)生的熱量，一般在爆破后不久即由回風(fēng)道排到井外，為免受其影響，通常將爆破時(shí)間與井下人員的工作時(shí)間分開。 4.1.5 個(gè)體防護(hù) 在礦工分散的井下高溫作業(yè)地點(diǎn)，不便采取集中降溫措施時(shí)，可采用個(gè)體防護(hù)措施。例如，澳大利亞布里斯班的昆士蘭大學(xué)研制成功兩種新型冷卻工作服。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)使用水冷卻工作服時(shí)，人體出汗率可減少25%；當(dāng)使用空氣冷卻工作服時(shí)，人體出汗率可減少35%。即使溫度高達(dá)40℃，這種工作服仍可將溫度調(diào)節(jié)到適合人體的溫度。 4.1.6 其它措施 其它礦井降溫措施，有全礦性的，如進(jìn)風(fēng)井口噴水；利用進(jìn)風(fēng)巷道巖層調(diào)熱圈冷卻風(fēng)流；利用凍結(jié)井筒的凍結(jié)壁，自然解凍做空調(diào)冷源等。局部性措施如噴霧、放置冰塊、利用壓風(fēng)引射器通風(fēng)、利用空氣調(diào)節(jié)器降溫等。 4.2 空調(diào)制冷降溫 礦井空調(diào)降溫是空調(diào)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新領(lǐng)域。當(dāng)采用非空調(diào)降溫措施仍無法達(dá)到所要求的作業(yè)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)或不經(jīng)濟(jì)時(shí)，應(yīng)考慮使用空調(diào)降溫技術(shù)。人工制冷降溫是目前國內(nèi)外普遍采用的降溫措施。人工制冷降溫技術(shù)關(guān)鍵是制冷、輸冷、傳冷與排熱，以及降溫系統(tǒng)及其控制。 4.2.1制冷 從世界上第一臺(tái)制冷機(jī)的產(chǎn)生到現(xiàn)在，已有近200年的歷史-我國從50年代末開始制造制冷機(jī)，但將制冷設(shè)備用于礦井僅有70余年的歷史。由于煤礦井下空氣中含有瓦斯、煤塵等可燃易爆氣體，因此，要求制冷機(jī)所用的制冷劑必須符合無毒、不可燃和無爆炸危險(xiǎn)的要求。目前國內(nèi)外廣泛采用的制冷劑為氟里昂，這種制冷劑雖然符合煤礦井下的特殊要求。但其散放到大氣中對(duì)臭氧層有破壞作用，世界上已逐步限制使用氟里昂制冷，80年代后各國都在努力研制新的制冷劑來代替氟里昂。在有高溫蒸汽、高溫水等余熱的地方可采用吸收式制冷機(jī)。獨(dú)聯(lián)體國家共22個(gè)礦采用了溴化鋰吸收式制冷機(jī)，利用礦井瓦斯燃燒作為熱源。 4.2.2 輸冷 在大范圍的礦井降溫工程中，制冷站制取的冷量大都通過管道用水作為載冷劑進(jìn)行輸冷。在管道 輸冷技術(shù)中，主要解決兩個(gè)問題，即降低供冷量損失與降低管道的阻力損失，鑒于井下空氣濕度大，巷道中有淋水，管道敷設(shè)條件差及搬運(yùn)困難等原因，保冷材料要由防腐（防銹’層、隔熱(保冷層、防潮層(又稱空氣阻凝層和保護(hù)層組成)。目前，國內(nèi)外常用的礦用保冷材料以泡沫塑料 制品為主。主要有聚苯乙烯、聚乙烯、聚氨酯、苯酚甲醛、聚異氰脲酸酯及脲醛等泡沫塑料。利用冰塊輸冷，目前在南非已由試驗(yàn)向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)化。80年代初期對(duì)南非金礦的降溫系統(tǒng)分析表明，井深達(dá)3000m(其井下地?zé)釛l件相當(dāng)于我國煤礦1500m深的井下條件時(shí)，用冰塊輸冷較用水輸冷有利。井越深，這種優(yōu)點(diǎn)越突出。在向井下輸同樣的冷量時(shí)，冰的質(zhì)量、耗量約為水的1/5。 4.2.3 傳冷 如何有效地將制取的冷量傳遞給風(fēng)流，這是礦井降溫中的重要環(huán)節(jié)，目前國內(nèi)外在傳冷方式上主要有以下幾種： 1)表面式空氣冷卻器傳冷； 2)噴淋式空冷器傳令； 3)其它傳冷方式傳冷。 4.2.4 排熱 如何有效地排除制冷機(jī)的冷凝熱，是維持制冷機(jī)正常運(yùn)行、提高礦井降溫系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵技術(shù)之一。制冷機(jī)安設(shè)在地面時(shí)，排熱問題比較簡(jiǎn)單，容易解決；當(dāng)安設(shè)在井下時(shí)，排熱問題比較復(fù)雜，且難以解決。目前世界上許多井下大型降溫系統(tǒng)都是利用回風(fēng)流排熱。這是一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。利用井下回風(fēng)流排熱的主要方式有： 1)在井下水平巷道中建立噴淋硐室； 2)利用井下暗立井建立垂直冷卻塔； 3)為了適應(yīng)井下小型制冷設(shè)備的排熱要求，制造出可移式水冷卻器。 集中制冷降溫系統(tǒng)分為三種基本類型，即地面集中、地下集中和地面與井下分別設(shè)制冷站的聯(lián)合系統(tǒng)。用哪一種，要根據(jù)礦井的具體條件，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較和系統(tǒng)優(yōu)化確定。由于礦井逐步向深部延深，地溫高，回風(fēng)溫度也高，利用回風(fēng)流排熱困難。因此，集中制冷站由井下轉(zhuǎn)移到地面將成為發(fā)展趨勢(shì)。 5井巷噴注隔熱材料降溫 伴隨深部資源的開采而來的熱害問題已經(jīng)嚴(yán)重影響了礦井工人的健康、礦井的生產(chǎn)效率和安全生產(chǎn)，深井熱害問題亟待解決。而降溫技術(shù)就是深部高溫礦井開采技術(shù)的必不可少的一環(huán)。 目前國內(nèi)外礦井巷道降溫主要采用機(jī)械制冷空調(diào)技術(shù)，存在設(shè)備投資大、能耗高、管理復(fù)雜等缺點(diǎn)。噴注隔熱降溫是基于減少熱量傳遞到巷內(nèi)的主動(dòng)降溫思想，不但節(jié)能環(huán)保，而且投入少、成本低。因此，深井開采的降溫問題還遠(yuǎn)未得到很好的解決，無論是降溫理論還是降溫技術(shù)尚需進(jìn)一步深入研究。 基于此，萬志軍教授提出向巷道圍巖裂隙中注入與巷壁噴射隔熱漿料相結(jié)合的方法控制井巷熱害的方法具有重要意義和導(dǎo)向作用，該方法將礦井的隔熱降溫與深部巷道支護(hù)技術(shù)結(jié)合，再輔以適當(dāng)?shù)耐L(fēng)降溫和人工制冷降溫等降溫技術(shù)，可以有效解決高溫深井熱害問題，并起到節(jié)能降耗的效果。本人在萬志軍教授的指導(dǎo)下也對(duì)該方法進(jìn)行了初步的實(shí)驗(yàn)探究。 5.1井巷噴注隔熱材料降溫實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)方案 5..1.1設(shè)計(jì)方案的提出 引起礦井高溫的主要因素有以下幾個(gè)方面：圍巖散熱、機(jī)電設(shè)備散熱、氧化散熱、風(fēng)流自壓縮等。礦井熱害主要是受圍巖散熱的影響，并且隨著開采深度的增加，圍巖散熱的比例會(huì)上升。所以，控制巷道圍巖散熱，是解決巷道熱害的根本。由于高溫?zé)岷ΦV井開采深度較大，圍巖承受應(yīng)力增大，塑性變形和流變明顯，造成圍巖裂隙發(fā)育、頂板下沉、底鼓、兩幫移近量加大等現(xiàn)象。 在深入分析國內(nèi)外控制礦井熱害理論與技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出采用向巷道圍巖裂隙中注入與巷壁噴射隔熱漿料相結(jié)合的方法控制井巷熱害的方法。 通過自主研發(fā)的井巷噴注隔熱材料降溫實(shí)驗(yàn)裝置，研究隔熱降溫的效果，全面認(rèn)識(shí)深井巷道圍巖及裂隙對(duì)巷內(nèi)溫度環(huán)境的影響，噴漿、注漿隔熱降溫的機(jī)理、效果，為下一步工業(yè)性應(yīng)用提供理論及技術(shù)依據(jù)。 本設(shè)計(jì)采用主動(dòng)的隔絕井巷主要熱源的方式，可以與通風(fēng)降溫和人工制冷降溫等被動(dòng)降溫方式相結(jié)合，綜合解決高溫深井熱害問題。 為了模擬巷道不同圍巖條件（圍巖不含預(yù)制裂隙、裂隙發(fā)育程度、噴漿厚度、注漿、圍巖溫度變化等）下，圍巖與巷內(nèi)空間的熱交換過程。設(shè)計(jì)研究了井巷噴注隔熱材料降溫實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置包括：巷道熱環(huán)境模擬裝置，恒溫加熱裝置，測(cè)溫裝置。 5.1.2 巷道模擬裝置 為較準(zhǔn)確的模擬巷道圍巖環(huán)境及井巷內(nèi)溫度環(huán)境，取一塊長寬高比為200×20×300mm的砂巖，砂巖與井下圍巖熱導(dǎo)率相近；此砂巖板作為巷道的一個(gè)巷幫，用隔熱板與砂巖板圍成一長方體，此長方體長寬高比為100×10×300mm，板間用泡沫膠粘結(jié)，有縫隙處用隔熱材料涂抹，直至形成封閉的巷內(nèi)空間。通過加熱此長方體的砂巖面來模擬巷內(nèi)熱環(huán)境。實(shí)驗(yàn)主體裝置見圖5.1。 實(shí)驗(yàn)裝置模型圖 圖5.1實(shí)驗(yàn)主體裝置 如圖5.1，中間部分為加熱水箱，依靠加熱器給水箱中的液體加熱直至恒定在設(shè)定溫度，水箱的兩側(cè)緊貼模擬巷道的砂巖板，模擬巷道一個(gè)面為砂巖，其他面為隔熱板的封閉空間，設(shè)定不同的溫度并保持至巷內(nèi)溫度恒定，通過溫度計(jì)測(cè)定巷內(nèi)各點(diǎn)溫度，以此來模擬巷內(nèi)熱環(huán)境。 5.1.3 恒溫加熱系統(tǒng) 恒溫加熱裝置分為水箱加熱裝置和控溫系統(tǒng)。 1)水箱加熱裝置 水箱長寬高比為300×300×300mm，內(nèi)置加熱器給水箱內(nèi)液體加熱，小攪拌器用來攪拌箱內(nèi)液體，使其溫度均勻。由于水箱兩長板的溫度與水箱內(nèi)液體無論是升溫時(shí)還是恒溫時(shí)都一致，水箱兩邊的模擬巷道實(shí)驗(yàn)邊界條件完全相同，有利于對(duì)比實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。 2)控溫系統(tǒng) 控溫系統(tǒng)包括XMT-SF50S雙屏智能溫控儀、PT100熱電阻和交流接觸器，將其組合成控溫系統(tǒng)，溫控儀將溫度都控制在40℃，當(dāng)溫度比設(shè)定溫度小時(shí)（左表顯示測(cè)量溫度為39.9℃），為加熱狀態(tài)，指示燈不亮；當(dāng)溫度比設(shè)定溫度大時(shí)（左表顯示測(cè)量溫度為40.1℃），為非加熱斷電狀態(tài)，指示燈亮。 其中XMT-SF50S智能溫控儀見，使用先進(jìn)的CPU芯片，是高性能抗干擾、高可靠性、操作簡(jiǎn)單的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)。技術(shù)指標(biāo)：儀表精度±0.2℃，冷端補(bǔ)償誤差≤±2℃，功耗≤3W。圖中所示為控溫儀正控制溫度在40℃，下表顯示為設(shè)定的控制溫度，上表顯示為測(cè)定實(shí)際溫度。溫控儀連接交流接觸器和PT100熱電阻實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱溫度的實(shí)時(shí)控制。用熱電阻測(cè)量水箱內(nèi)液體溫度，并將溫度信號(hào)傳輸給溫控儀，當(dāng)水箱溫度高于溫控儀設(shè)置溫度時(shí)，溫控儀輸出信號(hào)，交流接觸器斷開，水箱加熱停止；當(dāng)水箱溫度低于溫控儀設(shè)置溫度時(shí)，交流接觸器收到溫控儀信號(hào)吸合，加熱開始。使得水箱內(nèi)水溫保持恒定。 圖5.2恒溫加熱系統(tǒng)系統(tǒng) 5.1.4 溫度測(cè)量和采集系統(tǒng) 采用CENTER304測(cè)溫儀測(cè)溫，測(cè)溫系統(tǒng)如圖5.3，是以K-type熱電偶溫度感測(cè)器為Sensonr的數(shù)位溫度計(jì)，可記憶16000個(gè)數(shù)據(jù)，具有四位數(shù)液晶顯示器，測(cè)量精度在0.1℃。通過在隔熱板鉆眼將測(cè)溫儀探頭插入模擬巷道空間內(nèi)，測(cè)量模擬巷道不同點(diǎn)的溫度，并與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接輸出。 圖5.3 測(cè)溫系統(tǒng) 為了保證測(cè)溫的準(zhǔn)確性，需在測(cè)溫前標(biāo)定測(cè)溫儀。標(biāo)定方法：將測(cè)溫儀探頭放在室溫和一個(gè)恒定的溫度點(diǎn)，讀5~8組溫度值；測(cè)得水銀溫度計(jì)的誤差在0.1~0.2℃，測(cè)溫儀誤差較大，調(diào)整了測(cè)溫儀的修正值之后，得到的溫度值與溫度計(jì)誤差在0.2℃以內(nèi)。 5.2井巷噴注隔熱材料降溫實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)方案及效果分析 5.2.1實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)施 首先安裝溫控系統(tǒng)、模擬巷道和測(cè)溫系統(tǒng)。安裝完成之后對(duì)各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初步的加熱調(diào)試，檢測(cè)測(cè)溫和控溫準(zhǔn)確度，模擬巷道的封閉性。 檢測(cè)完畢后開始對(duì)比實(shí)驗(yàn)，為了減少實(shí)驗(yàn)的誤差，在水箱600×500的兩面密貼模擬巷道的砂巖部分，一組傳熱對(duì)比實(shí)驗(yàn)可以同時(shí)模擬兩種巷道圍巖情況 1)圍巖不含預(yù)制裂隙與圍巖含一條預(yù)制裂隙的巷道傳熱比較 水箱一邊模擬巷道砂巖保持原有狀態(tài)，另一邊砂巖切出一條長300mm寬5mm深10mm的裂隙，裂隙位置在砂巖中間，將二者進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。 2)一條預(yù)制裂隙圍巖注漿與圍巖含三條預(yù)制裂隙的巷道傳熱比較 將上一組實(shí)驗(yàn)的一條預(yù)制裂隙圍巖注入隔熱材料，同時(shí)將模擬圍巖不含預(yù)制裂隙的卸掉，安裝上割有三條預(yù)制裂隙的砂巖組成的模擬巷道，裂隙尺寸與上一組一條預(yù)制裂隙的尺寸相同，三條裂隙在砂巖中間每50mm一條，并列排開。 3)噴漿厚度不同的巷道傳熱比較 將兩塊砂巖涂抹隔熱材料，隔熱材料厚度分別為5mm和10mm，等隔熱材料晾干成型后，在四周粘貼上隔熱板模擬巷道，將隔熱材料一面放入模擬的巷道中，將砂巖一面貼在水箱上加熱。 實(shí)驗(yàn)過程中五分鐘記錄一次數(shù)據(jù)，平行于巷道砂巖壁在水箱兩面的模擬巷道中各布置3個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，巷道中部每隔150mm布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)。將水箱溫度分別控制在30、35、40、45、50、55和60℃。當(dāng)某一個(gè)圍巖溫度點(diǎn)下的巷道溫度基本穩(wěn)定時(shí)，調(diào)節(jié)溫控儀所控制的溫度標(biāo)準(zhǔn)，使水箱溫度上升至下一個(gè)溫度段，并記錄在升溫過程中模擬巷道內(nèi)的溫度變化。分別分析巷道圍巖裂隙傳熱規(guī)律、噴射隔熱材料降溫規(guī)律、注入隔熱材料降溫規(guī)律。部分規(guī)律圖如下所示： 圖5.450℃時(shí)噴厚變化影響圍巖及巷道中心溫度規(guī)律 圖5.550℃時(shí)注漿與裂隙巷道溫度比較 圖5.6 50℃時(shí)注漿與裂隙巷道溫差比較 5.2.2實(shí)驗(yàn)效果分析小結(jié) 通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)得出：含預(yù)置裂隙巷道溫度升高較快，然后變慢達(dá)到穩(wěn)定，裂隙對(duì)巷內(nèi)溫度升高影響較大，平均比無裂隙巷道高出1.28℃；裂隙的注漿隔熱效果比較顯著，注漿巷道比含裂隙巷道溫度平均低1.33℃；噴厚較大的模擬巷道，巷內(nèi)溫度平均低1.53℃。 5.3 應(yīng)用實(shí)例 結(jié)合淄礦集團(tuán)唐口煤礦井下巷道實(shí)際情況進(jìn)行降溫設(shè)計(jì)。唐口煤礦南部輔助運(yùn)輸大巷需冷量為289kW，考慮冷損失20%和備用系數(shù)10%計(jì)算，得到地面制冷需375.7kW。由巷道圍巖放熱占總放熱量的57%計(jì)算，圍巖對(duì)熱環(huán)境的影響在164.73kW，與計(jì)算的巷道圍巖及裂隙傳熱速率169.05kW基本接近。噴注隔熱材料后圍巖傳熱減少至23.7kW，此時(shí)，南部輔助運(yùn)輸大巷需冷量為圍巖傳熱量與其他熱源散熱量之和，為119.07kW。如果考慮注漿噴漿后裂隙熱水的阻隔，減少了裂隙熱水對(duì)巷內(nèi)熱環(huán)境的影響，按熱水對(duì)巷內(nèi)溫度影響占10%計(jì)算，總需冷量降低至90.17kW?？紤]冷損失和備用系數(shù)，得到地面制冷需117.221kW。噴注式隔熱降溫與輸冰水制冷系統(tǒng)相結(jié)合，可節(jié)省68.8%的制冷能耗，降溫效果更加顯著，實(shí)現(xiàn)了熱害礦井降溫的節(jié)能減排。 5.4 結(jié)論及應(yīng)用前景 1)結(jié)合深部礦井圍巖裂隙發(fā)育及圍巖溫度高導(dǎo)致熱害嚴(yán)重等具體實(shí)際，首次提出噴射隔熱材料與注入隔熱材料相結(jié)合的降溫方法。 2)結(jié)合巷道實(shí)際與實(shí)驗(yàn)室具體情況，自主研制了巷道熱環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括恒溫加熱系統(tǒng)、測(cè)溫系統(tǒng)及模擬巷道系統(tǒng)。 3)對(duì)比研究了圍巖不含預(yù)制裂隙與圍巖含預(yù)制裂隙，圍巖預(yù)制裂隙注漿與圍巖含多條預(yù)制裂隙以及不同圍巖噴漿層厚度等條件下的巷內(nèi)溫度環(huán)境，得到了裂隙注漿與不同噴漿厚度的降溫效果的初步研究成果。 4)采用的井巷噴注隔熱材料的技術(shù)與礦井支護(hù)技術(shù)結(jié)合便于操作，普通礦井工人都能操作控制。 5)噴注的隔熱材料采用普通的珍珠巖、粉煤灰等與礦用噴漿料混合使用，價(jià)格低廉，來源廣泛，可以滿足礦井大量使用需要。 淄博礦業(yè)集團(tuán)唐口煤礦原始巖溫37℃，地壓較大，巷道支護(hù)困難，裂隙發(fā)育。針對(duì)巷道的高溫?zé)岷?，設(shè)計(jì)了噴注隔熱材料降溫與現(xiàn)有冰水降溫系統(tǒng)相結(jié)合的降溫方式。 6 參考文獻(xiàn) [1]何滿潮．深部開采工程巖石力學(xué)的現(xiàn)狀及其展望．中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)編．第八次全國巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)大會(huì)論文集．北京：科學(xué)出版社，2004，88-94 [2]蘭貴枝．孟加拉國巴礦建井期間降溫措施的探討．煤炭科技，2001，4（5）：13-15 [3]金雙林，楊思光．三河尖煤礦高溫高濕環(huán)境的治理技術(shù)．煤礦安全，2005，36（2）：20-21 [4]周應(yīng)江，儲(chǔ)方健．新集礦210807綜采工作面熱害治理．礦業(yè)安全與環(huán)保，2003，30（4）：54-65 [5]李鵬，周繼禎，趙延湘．孫村礦井熱源分析及通風(fēng)降溫經(jīng)濟(jì)可采深度確定．煤礦安全，2003，34（12）： 16-18 [6] Yuan Liang．Study on Critical，Modern Technology for Mining in Gassy Deep Mine]．Journal of China University of Mining&Technology，2007，17（2），226-231． [7]陳安國．礦井熱害產(chǎn)生的原因、危害及防治措施．中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2004，14（8）：3-6． [8]李光天．高溫作業(yè)對(duì)人體健康的影響．勞動(dòng)安全與健康，2000．1．