矿井热环境预测方法研究及数值模拟系统开发
|
摘要
随着矿井采深的增加和采掘机械化程度的不断提高,深井高温热害已经成为制约煤矿安全开采的重大问题之一。高温矿井的热环境不仅降低工人的劳动生产率,影响矿井经济效益,而且严重地危及到矿工的身体健康和劳动安全。因此,如何改善矿井内气候状况,防止热害,保障安全生产,加速我国矿井降温理论的研究已是矿井生产现实所要求的紧迫任务。
本研究课题就是基于我国深矿井高温问题的现状,总结了国内外在风温湿预测理论方面的研究现状和水平,分析了尚存在的问题。对全国煤矿解决高温问题的经验和教训进行调研的基础上吸收已有的研究成果,采用理论研究和计算机模拟相结合的方法进行研究,为矿井通风能力、温湿度预测和设计提供了科学的依据。
根据矿井风流湿交换的原理,提出了井巷壁面潮湿度系数概念和井巷末端含湿量和相对湿度的计算方法,利用已有的理论,推导出巷道温度、湿度和风量的计算公式。结合计算机可视化技术编制了一套可视化程度高、运算速度快、人机界面友好、实际操作方便的计算机软件。模拟预测分析矿井通风及降温系统改造方案的矿井通风状态,确定通风、降温系统优化方案；以达到矿井通风、降温管理的科学化,实现矿井通风、降温系统的安全可靠和安全经济运行。
Along with the increasing deep of the coal mines and the improvement of mechanized extraction, the high-temperature and heat has become one of the most seriously problems in deep mines. The high-temperature environment in mine well is seriously threatening the safety in mine production and mine's physical and mental health. So, how to improve the climate state in mine well, to prevent heat hurting, and to ensure the safety in production of mine,and to accelerate the research of lowering the temperature theory in our country mine well has already become the urgent task in mine production.
This research subject is based on the present problems situation of Chinese deep mines, summarized domestic and foreign in the wind warm prediction theory aspect research present situation and the level, has analyzed the question which still existed. In carries on the investigation and study to the national coal mine solution high temperature question's experience and the lesson in the foundation to absorb the existing research results, uses the method which the fundamental research and the computer simulation unify to conduct the research, forecast and design for the mine ventilation ability has provided the science basis.
According to the mine pit loose wet exchange's principle, proposed the well lane wall surface moist humidity coefficient concept and the well lane terminal moisture content and the relative humidity computational method, uses the existing mathematical formula, Infers the tunnel temperature, the humidity and the amount of wind formula. The union computer visualization technology established a set of visualization degree to be high, the operating speed was quick, man-machine contact surface friendly, actual operation convenient computer software. Simulation predictive parsing mine ventilation and temperature decrease system transformation plan mine ventilation condition, determination ventilation system optimization plan; Achieves the mine ventilation and temperature decrease management the scientific style, realizes the mine ventilation and temperature decrease system's security to be reliable and mine pit main ventilator's security economy movement.
本研究课题就是基于我国深矿井高温问题的现状,总结了国内外在风温湿预测理论方面的研究现状和水平,分析了尚存在的问题。对全国煤矿解决高温问题的经验和教训进行调研的基础上吸收已有的研究成果,采用理论研究和计算机模拟相结合的方法进行研究,为矿井通风能力、温湿度预测和设计提供了科学的依据。
根据矿井风流湿交换的原理,提出了井巷壁面潮湿度系数概念和井巷末端含湿量和相对湿度的计算方法,利用已有的理论,推导出巷道温度、湿度和风量的计算公式。结合计算机可视化技术编制了一套可视化程度高、运算速度快、人机界面友好、实际操作方便的计算机软件。模拟预测分析矿井通风及降温系统改造方案的矿井通风状态,确定通风、降温系统优化方案；以达到矿井通风、降温管理的科学化,实现矿井通风、降温系统的安全可靠和安全经济运行。
Along with the increasing deep of the coal mines and the improvement of mechanized extraction, the high-temperature and heat has become one of the most seriously problems in deep mines. The high-temperature environment in mine well is seriously threatening the safety in mine production and mine's physical and mental health. So, how to improve the climate state in mine well, to prevent heat hurting, and to ensure the safety in production of mine,and to accelerate the research of lowering the temperature theory in our country mine well has already become the urgent task in mine production.
This research subject is based on the present problems situation of Chinese deep mines, summarized domestic and foreign in the wind warm prediction theory aspect research present situation and the level, has analyzed the question which still existed. In carries on the investigation and study to the national coal mine solution high temperature question's experience and the lesson in the foundation to absorb the existing research results, uses the method which the fundamental research and the computer simulation unify to conduct the research, forecast and design for the mine ventilation ability has provided the science basis.
According to the mine pit loose wet exchange's principle, proposed the well lane wall surface moist humidity coefficient concept and the well lane terminal moisture content and the relative humidity computational method, uses the existing mathematical formula, Infers the tunnel temperature, the humidity and the amount of wind formula. The union computer visualization technology established a set of visualization degree to be high, the operating speed was quick, man-machine contact surface friendly, actual operation convenient computer software. Simulation predictive parsing mine ventilation and temperature decrease system transformation plan mine ventilation condition, determination ventilation system optimization plan; Achieves the mine ventilation and temperature decrease management the scientific style, realizes the mine ventilation and temperature decrease system's security to be reliable and mine pit main ventilator's security economy movement.
引文
1.谢和平.深部高应力下的资源开采[J].北京：中国环境科学出版社,2002,26(1)：179-191
2.司千字.高温矿井的热环境处理[J].江苏煤炭,1999,19(3)：23-25
3.刘何清.矿井降温技术研究述评[J].安全与环保,2006,3(6)：43-46
4.王文,桂祥友,王国君.矿井热害的产生与治理[J].工业安全与环保,2003,29(4)：33-35
5.谢贤平.深井降温计算中的新方法[J].江西有色金属,1996：35-38
6.赵以蕙.矿井通风与空气调节[J].中国矿业大学出版社,1990,28(3)：130-134
7.中国科学院地质研究所地热研究室.矿山地热概论[M].北京：煤炭工业出版社,1981：78-201
8.冯兴隆等.国内外深井降温技术研究和发展[J].云南冶金,2006,34(6)：7-10
9.A.H.舍尔巴尼等.矿井降温[M].北京：煤炭工业出版社,1982：45-95
10.岑衍强.矿内热环境工程[M].武汉：武汉工业大学出版社,1989：89-150
11.余恒昌等.矿山地热与热害治理[M].北京：煤炭工业出版社,1991：258-298
12.严荣林等.矿井空调技术[M].北京：煤炭工业出版社,1994：89-165
13.刘忠宝等.高温矿井降温空调的概况及发展[J].真空与低温,2002,(3)：130-136
14.陈平.采用压气供冷的矿井几种空调系统[J].矿业安全与环保,2004,31(3)：1-4
15.梅甫定.高温矿井是否进行增风降温的判别[J].煤矿设计,1999,(4)：9-12
16.李艳军,焦海明,李明.高温矿井的热害治理[B].能源技术与管理,2007,(6)：31-34
17.赵全福.煤矿安全手册[M].北京：煤炭工业出版社,1990：21
18.黄颖华,沈斐敏.高温矿井降温技术研究动态[J].安全技术,2006,(11)：23-26
19.苏明军.矿井热害与防治措施[J].煤矿机电,2007,(6)：32-35
20.王克喜.永城矿区井下热害防治措施[J].煤炭科学技术,2003,(4)：14-16
21.李德忠,李冰冰.两淮矿区深井高温热害防治技术初探[J].中国煤炭,2008,(4)：53-57
22.何满潮.HEMS深井降温系统研发及热害控制对策[J].中国基础科学,2008,(2)：27-30
23.王景刚,乔华,冯如彬,张红梅.深井降温的技术经济分析[J].河北建筑科技学院学报,2000,(1)：23-26
24. STEWART W E,GUTE G D,CHANDRASEKHARAN J. Modeling of the Melting
Process of Ice Stores in Rectangular Thermal Energy Storage Tanks with Multiple Ice Openings[J].ASHRAE Transactions,1996,101(1):66-78
25. STEWART W E,GUTE G D,SAUNDERS C K. Ice-Melting and Melt Water Discharge Temperature Characteristics of Packed Ice Beds for Rectangular Storage Tanks[J]. ASHRAE Transaction,1996,101(1):89-93
26. STEWART W E, SAUNDERS C K.Icepack-Modeling the ice-filling and ice-Melting Processes of Thermal Energy Storage Tanks[J]. ASHRAE Transation,1996,101:1336-1338
27.胡春胜.矿井空调现状及评述[J].煤矿设计,1991,(6)：34-39
28.程卫民,陈平.我国矿井空调的现状与亟待解决的问题[J].暖通空调,1997,(1)：56-60
29.王景刚,乔华,冯如彬.深井降温冰冷却系统的应用[J].暖通空调,2000,(4)：76-77
30.孔祥清.东滩煤矿掘进迎头使用盐水蓄冷车降温[J].山东煤炭科技,1991,(3)：49-64
31.吴先瑞,彭毓全.德国矿井降温技术考察[J].江苏煤炭,1992,(4)：9-11
32.雷鸣,张邻楚.谢桥矿井降温方式及空调系统的探讨[J].煤炭科学技术,1997,26(1)：40-44
33.C J霍尔.矿井通风工程[M].北京：煤炭工业出版社,1988：198-202
34.杨洪新.低温岩层预冷入风流技术研究与应用[J].金属矿山,2005,(6)：62-63
35.余心宁.略谈矿井热害防治研究工作[J].煤矿设计,1992,(2)：52-53
36. Marx WM,von Glehn FH,Bluhm SJ. VUMA(VENTILATION OF UNDERGROUND MINE ATMO-SPHERES)-a mine ventilation and cooling network simulation tool Proceedings of the 7th International [J].Mine Ventilation Congress,2001, (66):317-323
37.瓦斯通风防灭火安全研究所.矿井降温技术的60年历程(C).煤矿安全,2003,(9)：28-32
38.赵利等.矿井降温模拟实验测试装置的研究[J].煤矿安全,1994,(6)：21-24
39.龙软科技.]http;//www. longruan. com/htmls/cpjs/tfaq. Asp
40.魏连江,王德明,王琪等.构建矿井通风可视化仿真系统的关键问题研究[J].煤矿安全,2007,6(4)：6-9
41.卢新明.矿井通风系统最优调节问题研究[J].煤炭学报,1986,(3)：6-9
42.杨磊.矿井通风网络可视化软件的研制与实现——通风网络可视化研究[D].辽宁：东北大学硕士论文,2004：12
43.胡华军.高温深矿井风流热湿交换及配风量的计算[D].山东：山东科技大学硕士论文,2004：6
44.高红波,王跃明,刘玉彬,安效正.矿井可视化通风系统的研究[J].太原理工大学学报,2004,(6)：3-36
45.李济吾,周基校.通风网络自然分风解算QBASIC程序设计[J].中国矿业第六次全国采矿大会论文集,1999,(10)：78-80
46.陈良富等.地表热辐射方向性研究进展[J].地理科学进展,2001,(3)：263-266
47.舒孝国,肖福坤.深部矿井内热源分析[J].黑龙江科技学院,2006,(3)：37-41
48.平松良雄.通风学[M].北京：冶金出版社,1981：98-120
49.陈家良等.能源地质学[M].徐州：中国矿业大学出版社,2000：80-92
50.胡春胜.中国煤矿中的热环境和空调[J].江苏煤炭，1999,(3)：16-46
51.程卫民等.基于神经元网络的巷道风流温湿度预测法[J].煤炭工程师,1998,(3)：36-37
52.卢德唐等.多层地层中的井筒及地层温度解析解[J].水动力学研究与进展,2002,17(3)：382-384
53.约阿希姆·福斯著,刘从孝译.矿井气候[M].北京：煤炭工业出版社,1989：3-5
54.赵利,杨德源.矿内风温预测计算及程序编制[J].煤矿安全,1996,(11)：26-28
55.吕品.矿井热害的调查与防治[J].中国煤炭,2002,(7)：38-40
56.张灿.冰输冷降温系统的研究与应用[D].山东：山东科技大学,2006：8-81
57. Starfield A.M.,Dickson A.J.A study of heat transfer and moisture pick up in mines[J].J.S.Afr.Innst.Min.metall,1967:211-234
58. K.Uchino,M.Inoue,T.Yanagimoto.Theoretical calculation of temperature of ventilation air with varying air temperature at the entrance[J].J.Min.Metall.Inst.Japan,1982:405-410
59. Y. Mizata and V.S.Vutukuri. An interactive personal computer program for simulation of mine ventilation and climate [M].J.Min.Metall.Inst.Japan,1982:18-23
2.司千字.高温矿井的热环境处理[J].江苏煤炭,1999,19(3)：23-25
3.刘何清.矿井降温技术研究述评[J].安全与环保,2006,3(6)：43-46
4.王文,桂祥友,王国君.矿井热害的产生与治理[J].工业安全与环保,2003,29(4)：33-35
5.谢贤平.深井降温计算中的新方法[J].江西有色金属,1996：35-38
6.赵以蕙.矿井通风与空气调节[J].中国矿业大学出版社,1990,28(3)：130-134
7.中国科学院地质研究所地热研究室.矿山地热概论[M].北京：煤炭工业出版社,1981：78-201
8.冯兴隆等.国内外深井降温技术研究和发展[J].云南冶金,2006,34(6)：7-10
9.A.H.舍尔巴尼等.矿井降温[M].北京：煤炭工业出版社,1982：45-95
10.岑衍强.矿内热环境工程[M].武汉：武汉工业大学出版社,1989：89-150
11.余恒昌等.矿山地热与热害治理[M].北京：煤炭工业出版社,1991：258-298
12.严荣林等.矿井空调技术[M].北京：煤炭工业出版社,1994：89-165
13.刘忠宝等.高温矿井降温空调的概况及发展[J].真空与低温,2002,(3)：130-136
14.陈平.采用压气供冷的矿井几种空调系统[J].矿业安全与环保,2004,31(3)：1-4
15.梅甫定.高温矿井是否进行增风降温的判别[J].煤矿设计,1999,(4)：9-12
16.李艳军,焦海明,李明.高温矿井的热害治理[B].能源技术与管理,2007,(6)：31-34
17.赵全福.煤矿安全手册[M].北京：煤炭工业出版社,1990：21
18.黄颖华,沈斐敏.高温矿井降温技术研究动态[J].安全技术,2006,(11)：23-26
19.苏明军.矿井热害与防治措施[J].煤矿机电,2007,(6)：32-35
20.王克喜.永城矿区井下热害防治措施[J].煤炭科学技术,2003,(4)：14-16
21.李德忠,李冰冰.两淮矿区深井高温热害防治技术初探[J].中国煤炭,2008,(4)：53-57
22.何满潮.HEMS深井降温系统研发及热害控制对策[J].中国基础科学,2008,(2)：27-30
23.王景刚,乔华,冯如彬,张红梅.深井降温的技术经济分析[J].河北建筑科技学院学报,2000,(1)：23-26
24. STEWART W E,GUTE G D,CHANDRASEKHARAN J. Modeling of the Melting
Process of Ice Stores in Rectangular Thermal Energy Storage Tanks with Multiple Ice Openings[J].ASHRAE Transactions,1996,101(1):66-78
25. STEWART W E,GUTE G D,SAUNDERS C K. Ice-Melting and Melt Water Discharge Temperature Characteristics of Packed Ice Beds for Rectangular Storage Tanks[J]. ASHRAE Transaction,1996,101(1):89-93
26. STEWART W E, SAUNDERS C K.Icepack-Modeling the ice-filling and ice-Melting Processes of Thermal Energy Storage Tanks[J]. ASHRAE Transation,1996,101:1336-1338
27.胡春胜.矿井空调现状及评述[J].煤矿设计,1991,(6)：34-39
28.程卫民,陈平.我国矿井空调的现状与亟待解决的问题[J].暖通空调,1997,(1)：56-60
29.王景刚,乔华,冯如彬.深井降温冰冷却系统的应用[J].暖通空调,2000,(4)：76-77
30.孔祥清.东滩煤矿掘进迎头使用盐水蓄冷车降温[J].山东煤炭科技,1991,(3)：49-64
31.吴先瑞,彭毓全.德国矿井降温技术考察[J].江苏煤炭,1992,(4)：9-11
32.雷鸣,张邻楚.谢桥矿井降温方式及空调系统的探讨[J].煤炭科学技术,1997,26(1)：40-44
33.C J霍尔.矿井通风工程[M].北京：煤炭工业出版社,1988：198-202
34.杨洪新.低温岩层预冷入风流技术研究与应用[J].金属矿山,2005,(6)：62-63
35.余心宁.略谈矿井热害防治研究工作[J].煤矿设计,1992,(2)：52-53
36. Marx WM,von Glehn FH,Bluhm SJ. VUMA(VENTILATION OF UNDERGROUND MINE ATMO-SPHERES)-a mine ventilation and cooling network simulation tool Proceedings of the 7th International [J].Mine Ventilation Congress,2001, (66):317-323
37.瓦斯通风防灭火安全研究所.矿井降温技术的60年历程(C).煤矿安全,2003,(9)：28-32
38.赵利等.矿井降温模拟实验测试装置的研究[J].煤矿安全,1994,(6)：21-24
39.龙软科技.]http;//www. longruan. com/htmls/cpjs/tfaq. Asp
40.魏连江,王德明,王琪等.构建矿井通风可视化仿真系统的关键问题研究[J].煤矿安全,2007,6(4)：6-9
41.卢新明.矿井通风系统最优调节问题研究[J].煤炭学报,1986,(3)：6-9
42.杨磊.矿井通风网络可视化软件的研制与实现——通风网络可视化研究[D].辽宁：东北大学硕士论文,2004：12
43.胡华军.高温深矿井风流热湿交换及配风量的计算[D].山东：山东科技大学硕士论文,2004：6
44.高红波,王跃明,刘玉彬,安效正.矿井可视化通风系统的研究[J].太原理工大学学报,2004,(6)：3-36
45.李济吾,周基校.通风网络自然分风解算QBASIC程序设计[J].中国矿业第六次全国采矿大会论文集,1999,(10)：78-80
46.陈良富等.地表热辐射方向性研究进展[J].地理科学进展,2001,(3)：263-266
47.舒孝国,肖福坤.深部矿井内热源分析[J].黑龙江科技学院,2006,(3)：37-41
48.平松良雄.通风学[M].北京：冶金出版社,1981：98-120
49.陈家良等.能源地质学[M].徐州：中国矿业大学出版社,2000：80-92
50.胡春胜.中国煤矿中的热环境和空调[J].江苏煤炭，1999,(3)：16-46
51.程卫民等.基于神经元网络的巷道风流温湿度预测法[J].煤炭工程师,1998,(3)：36-37
52.卢德唐等.多层地层中的井筒及地层温度解析解[J].水动力学研究与进展,2002,17(3)：382-384
53.约阿希姆·福斯著,刘从孝译.矿井气候[M].北京：煤炭工业出版社,1989：3-5
54.赵利,杨德源.矿内风温预测计算及程序编制[J].煤矿安全,1996,(11)：26-28
55.吕品.矿井热害的调查与防治[J].中国煤炭,2002,(7)：38-40
56.张灿.冰输冷降温系统的研究与应用[D].山东：山东科技大学,2006：8-81
57. Starfield A.M.,Dickson A.J.A study of heat transfer and moisture pick up in mines[J].J.S.Afr.Innst.Min.metall,1967:211-234
58. K.Uchino,M.Inoue,T.Yanagimoto.Theoretical calculation of temperature of ventilation air with varying air temperature at the entrance[J].J.Min.Metall.Inst.Japan,1982:405-410
59. Y. Mizata and V.S.Vutukuri. An interactive personal computer program for simulation of mine ventilation and climate [M].J.Min.Metall.Inst.Japan,1982:18-23