周源山煤矿深部热害分析及掘进工作面热环境研究

论文摘要

随着国内外矿山都相继进入深部资源开采状态,高温高湿热害成为矿井向深部发展不可避免的自然灾害,直接影响矿井的安全生产与矿工的劳动效率、身体健康。因此,开展对高温高湿矿井热环境研究,综合治理高温高湿热害,创造安全、经济、舒适的作业环境具有重要意义。本文结合周源山煤矿热害治理工程实践,分析了周源山煤矿深部热害形成原因及其危害,并通过理论分析、现场实测、数值模拟等手段对掘进工作面热环境进行了研究,取得了以下研究成果。（1）总结了国内外矿井热环境理论及矿井空调降温技术的研究成果,分析了周源山煤矿热湿源分布,得到围岩散热、空气自压缩散热是引起工作面高温的主要原因,空气湿度受围岩支护、喷雾洒水、水文地质、气候环境等因素影响;风流与围岩间进行导热、对流、热辐射三种形式的热湿交换。（2）通过建立人体热平衡方程,阐述了高温高湿对人体健康的危害,详细分析了矿井环境下矿工热舒适影响因素。采用空气龄和PMV-PPD两个指标对热环境进行量化,评价矿井通风效果与人体热舒适度。最后得出空气龄与PMV-PPD指标可作为矿井热环境的评价指标。（3）采用CZC5矿井通风多参数测定器、CD4泵吸式多参数测定器、Raynger ST6矿井防爆红外线测温仪等仪器设备对周源山矿井地表、一条井下通风线路、32回风下山掘进工作面进行了气象参数、通风热力参数的测试,得到了地表气象参数日变化规律、井下气候随地表气候变化规律、32回风下山掘进工作面通风效果。（4）根据矿井风流流动数学模型,采用Airpak2.1流体计算软件分别在周源山煤矿实测数据条件和改变影响热环境因素条件下的深部掘进工作面热环境进行了三维数值模拟,得到掘进工作面不同送风参数条件下的气流组织分布规律,送风量、温度、湿度三者组合条件下的最优送风参数。（5）根据周源山煤矿井下具有天然冷源等特点,拟定HEMS矿井空调降温方案,从矿井涌水中提取冷量。参考数值模拟结果,根据工程实际条件确定32回风下山掘进工作面的送风量、送风温度及相对湿度等送风参数。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内外热环境理论研究进展
• 1.2.2 国内外矿井空调降温技术研究进展
• 1.3 论文研究目的和意义
• 1.4 研究内容及方法
• 第二章 矿井热湿源分析及风流热湿交换
• 2.1 热湿源分析
• 2.1.1 矿井热源
• 2.1.2 矿井湿源
• 2.2 矿井风流热湿交换
• 2.2.1 热交换
• 2.2.2 湿交换
• 2.3 本章小结
• 第三章 矿工热舒适分析及掘进工作面热环境评价
• 3.1 人体热舒适
• 3.2 矿工热平衡方程
• 3.2.1 新陈代谢量
• 3.2.2 对外做功量
• 3.2.3 辐射换热量
• 3.2.4 对流换热量
• 3.2.5 人体蒸发散热量
• 3.3 高温高湿对人体危害
• 3.3.1 高温对人体危害
• 3.3.2 高湿对人体危害
• 3.4 掘进工作面热环境评价
• 3.4.1 空气品质与空气龄
• 3.4.2 PMV-PPD
• 3.5 本章小结
• 第四章 矿井通风热力参数测试
• 4.1 测定方案
• 4.2 测定仪器及性能
• 4.3 现场实测数据及分析
• 4.3.1 地表气象参数测定
• 4.3.2 井下通风线路参数测定
• 4.3.3 掘进工作面通风参数测定
• 4.4 本章小结
• 第五章 掘进工作面热环境数值模拟
• 5.1 流体控制方程
• 5.1.1 基本控制方程
• 5.1.2 组分守恒控制方程
• 5.1.3 k-ε两方程
• 5.1.4 通用方程形式
• 5.2 数值模拟软件简介
• 5.2.1 Airpak 应用领域
• 5.2.2 Airpak 主要特点
• 5.3 高温高湿掘进工作面热环境数值模拟
• 5.3.1 现场条件热环境数值模拟
• 5.3.2 数值模拟结果与分析
• 5.3.3 模拟结果与实测结果对比分析
• 5.4 影响热环境因素的数值模拟
• 5.4.1 增大风量对热环境的影响
• 5.4.2 降低送风温度对热环境影响
• 5.4.3 降低送风湿度对热环境影响
• 5.4.4 风量、温度、湿度组合条件下对热环境影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 周源山煤矿热害治理
• 6.1 周源山煤矿热环境状况
• 6.1.1 矿井概况
• 6.1.2 矿井通风系统
• 6.1.3 矿区气候环境
• 6.1.4 工作面热湿环境
• 6.2 矿井热害治理综合措施
• 6.2.1 非人工制冷
• 6.2.2 HEMS 系统
• 6.2.3 周源山煤矿空调降温方案确定
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录：攻读硕士学位期间主要研究成果