新型矿用隔热防水材料在矿井应用的节能实验研究

论文摘要

随着社会经济的发展,煤炭需求的增加,我国各类矿井开采深度的不断增加,从而导致矿井热害越来越严重。目前主要的降温措施分两大类,非制冷空调降温和制冷空调降温。上述技术措施在矿井降温方面起到了重要作用,但也存在一定的缺陷。如增风降温技术要受到巷道断面和风速等方面的限制;机械制冷技术存在设备成本高、能耗大、管理复杂等缺点。并且研究表明,在井下高温地段主要进风巷道中,围岩的热辐射导致进风流温度升高,风流在经过高温地段巷道被逐步加温,最终使得工作面气温升高。只要能有效减少空气流通线路上的热辐射,有组织的引导巷道壁面的热水渗透,减少水的蒸发,巷道内风流的温度就会有明显下降,从而降低采掘工作面的温度。采用隔热防水材料可以降低热辐射并且能够减少风流与巷道之间的潜热交换量,降低巷道内相对湿度,是一种主动的矿井热害治理技术,是深部开采条件下高温矿井热害治理新的发展方向。本文将理论分析和模拟实验结合起来。按照相似理论搭建实验台,用与煤矿围岩热工性能相似的混凝土试件代替真实巷道,模拟真实巷道的传热过程。通过变换风流进口的温度、湿度、速度,监测出口空气状态的变化和围岩内部温度的变化。经过多组实验工况的测试并利用统计学工具进行分析研究,分析出风流经过矿井湿壁巷道,沿途增温增湿的影响因素和变化规律,围岩稳态内壁温度的变化规律。着重对比研究填涂隔热防水材料前后风流增加潜热以及显热的节能效率。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.1.1 我国煤炭行业在我国能源工业中的主导地位
• 1.1.2 高温煤矿的出现
• 1.1.3 井下高温高湿环境
• 1.1.4 矿井热害的概念
• 1.1.5 课题的提出
• 1.2 国内外矿井降温现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本课题的目的及意义
• 1.4 本课题的研究内容及方法
• 第二章 矿井热害产生的原因及其防治措施
• 2.1 矿井热源分析
• 2.1.1 围岩散热
• 2.1.2 机电设备散热
• 2.1.3 运输中煤和矸石的散热
• 2.1.4 空气的自然压缩热
• 2.1.5 工作面人员散热
• 2.1.6 氧化放热及其他
• 2.2 矿井热害产生的原因
• 2.2.1 矿井中高温产生的原因
• 2.2.2 矿井中高湿产生的原因
• 2.3 目前矿井降温主要措施
• 2.3.1 采用非制冷空调降温
• 2.3.2 采用制冷空调降温
• 2.4 井下气候预测研究
• 第三章 矿井空气热、湿交换理论概述
• 3.1 矿井湿空气参数计算
• 3.2 矿井风流湿交换原理
• 3.2.1 矿井风流湿交换计算
• 3.2.2 潮湿度系数的计算
• 3.3 风流在巷道中的热、湿交换
• 3.4 围岩调热圈
• 3.4.1 巷道围岩调热圈
• 3.4.2 调热圈半径的变化
• 3.5 流体与固体壁直接接触时的对流传热微分方程组
• 3.6 空气流过自由水面时所发生的对流传热传质微分方程组
• 第四章 巷道模拟实验台系统
• 4.1 巷道模拟实验示意图
• 4.2 模拟实验台介绍
• 4.2.1 实验台主体
• 4.2.2 风机与变频器
• 4.2.3 水箱加热装置
• 4.2.4 水泵
• 4.3 填涂聚氨酯隔热防水材料
• 4.3.1 巷道隔热防水材料的基本性能要求
• 4.3.2 聚氨酯隔热防水材料介绍
• 4.3.3 填涂聚氨酯隔热防水材料过程
• 4.4 实验测量仪器
• 4.4.1 TSI空气参数多功能测试仪
• 4.4.2 温度计
• 4.4.3 秒表
• 第五章 巷道模拟实验及数据分析
• 5.1 实验方案
• 5.2 实验数据
• 5.3 填涂聚氨酯隔热防水材料前实验结果及数据分析
• 5.3.1 风流潜热及显热计算
• 5.3.2 围岩内壁温度变化规律
• 5.3.3 出口风流温度变化规律
• 5.3.4 风流潜热及显热变化规律
• 5.4 填涂聚氨酯隔热防水材料后实验结果及数据分析
• 5.4.1 风流潜热及显热减少量
• 5.4.2 风流潜热及显热减少量变化规律
• 5.4.3 潜热及显热负荷节能效率分析
• 5.4.4 实例分析
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 科研情况说明
• 致谢