高温独头巷道射流通风热环境数值模拟及热害控制技术研究

论文摘要

随着浅地表资源的逐渐枯竭,我国大多数金属矿山已转入深部开采。由于采掘深度的增加和其他热源的放热作用,高温热害已成为制约高深矿井安全生产的突出问题。独头巷道由于只有一个出口,在其工作面无法自然形成循环风流,高温问题更为严重。通风是减少或消除井下热害经济有效的措施之一,科学合理的通风系统能为企业节约通风成本。本文采用数值模拟方法,以云锡集团卡房分矿新建矿业公司1450中段37穿东主巷为研究对象,对影响掘进巷道压入式通风场分布的因素进行了分析。主要内容如下:（1）独头巷道风流流动理论分析和数学模型的建立。从紊流状态下的组分质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本原理出发,对独头巷道压入式通风风流流动规律进行理论分析并建立数学模型。（2）独头巷道高温热环境数值模拟和评价。对1450中段37穿东主巷的温度分布进行现场测量,并运用CFD软件进行数值计算得到场分布,将所得结果与现场实测数据进行对比,分析两者之间的差别;然后从人的主观意识和客观条件的角度对该巷道的热环境进行评价。（3）分析影响独头巷道射流通风的因素。根据对现场情况的数值计算和评价结果,分析送风参数和巷道参数对射流通风的影响,比对不同参数条件下气流的运动规律、温度分布以及PMV-PPD指标。（4）热害控制技术的研究。根据对独头巷道热环境数值模拟结果得知,仅靠通风手段无法彻底改变高温现状,因此在改进通风系统的基础上必须寻求其他方法对热害加以控制。通过借鉴其他矿山降温的成功技术方案,结合新建矿业公司实际情况,提出了适合现场需要的热害控制技术。研究表明:独头巷道压入式通风遵循受限贴附射流运动规律,送风参数和巷道几何尺寸对射流运动都有一定影响。不同送风参数下射流具有不同的初始能量,使射流弯曲程度发生变化,形成不同的温度分布,从而引起人体热舒适感的差异,其中送风温度的影响最为明显;不同巷道参数下射流具有不同的贴附作用力,使顶板对射流贴附作用发生改变,形成不同的贴附效果,从而起人体热舒适感的差异,其中送风位置的不同对贴附效果影响最小。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及论文研究背景和意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 论文研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 高温矿井热环境的研究方法
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.2.3 国内研究现状
• 1.3 论文主要研究内容和方法
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 论文研究技术路线
• 第二章 独头巷道风流流动理论及数学模型
• 2.1 独头巷道风流理论
• 2.2 控制方程
• 2.2.1 基本假设
• 2.2.2 质量守恒方程
• 2.2.3 动量守恒方程
• 2.2.4 能量守恒方程
• 2.3 紊流模型（κ-ε模型）
• 2.4 本章小结
• 第三章 独头巷道高温热环境模拟和热环境评价
• 3.1 现场实测数据分析
• 3.2 模拟分析
• 3.2.1 物理模型
• 3.2.2 假设条件
• 3.2.3 边界条件
• 3.3 模拟计算结果及分析
• 3.3.1 速度场分布
• 3.3.2 温度场分布
• 3.3.3 模拟结果与现场实测比对分析
• 3.4 热环境评价
• 3.4.1 热环境评价指标
• 3.4.2 独头巷道热环境的评价结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 独头巷道热环境数值模拟及热害控制技术研究
• 4.1 送风参数对场分布的影响
• 4.1.1 送风温度对场分布的影响
• 4.1.2 送风速度对场分布的影响
• 4.1.3 风筒直径对场分布的影响
• 4.1.4 小结
• 4.2 巷道参数对场分布的影响
• 4.2.1 风筒位置对场分布的影响
• 4.2.2 巷道宽高比对场分布的影响
• 4.2.3 巷道壁面粗糙度对场分布的影响
• 4.2.4 小结
• 4.3 热害控制技术研究
• 4.3.1 常规措施
• 4.3.2 成功应用实例
• 4.3.3 现场热害控制方案
• 4.3.4 降温效果
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果