井下深孔探矿钻探硐室局部通风降温数值仿真研究

论文摘要

随着社会和工业的发展,矿山资源开采量的不断增加,矿井开采深度也是不断加深,但是随之而来的是矿井高温热害问题的出现,严重威胁着矿山安全生产,同时也影响着工人的身心健康,降低了工人的劳动生产率并制约着矿山经济效益的提高,根据国家矿山安全条例规定,对矿井高温热害问题进行改善是保障矿山安全生产以及提高矿山企业劳动生产率的必要条件。本文初步介绍了矿井高温热害的状况、对矿山企业安全生产和工人身心健康的影响以及目前国内外在矿井高温热害方面所采取的主要技术措施。通过对国内外相关研究资料的整理,总结出了国内外在矿井风流热交换方面的研究现状及发展水平。作者根据风流与矿井岩壁之间的对流热交换的机理以及计算流体力学、计算传热学等理论,针对金洲矿业集团有限公司金青顶矿区-785中段的钻机硐室为研究对象,利用目前商用CFD软件中使用最广的FLUENT软件对其流场、温度场以及湿度场的分布进行了分析研究。同时,为了验证数值模拟的可行性和准确性,对该硐室内风速、温度、相对湿度进行了现场实测。通过对实测数据的整理分析,对比得出了FLUENT数值模拟硐室局部通风降温的正确性和科学性,为今后矿井通风系统的优化设计提供理论上的支持。在应用FLUENT软件进行对硐室通风降温数值模拟的基础上,选择出较佳的通风降温方案,并根据该通风方案,对矿区-785中段的钻机硐室局部通风系统进行了优化设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.1.1 研究的背景
• 1.1.2 研究的意义
• 1.2 矿井高温热害状况和危害
• 1.2.1 国内外矿井高温热害状况
• 1.2.2 矿井高温的危害
• 1.3 矿井风流热交换的国内外研究进展
• 1.3.1 国外矿井风流热交换的研究进展及成果
• 1.3.2 国内风流热交换的研究进展及成果
• 1.4 本文主要研究内容及方法
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 本文的技术路线
• 1.5 本章小结
• 第2章 矿井热源分析与矿井降温技术
• 2.1 影响矿内热环境的因素
• 2.2 高温热害矿井的热源分析
• 2.3 矿井降温技术
• 2.3.1 改善通风方式
• 2.3.2 减少各种热源放热
• 2.3.3 预冷夏季入风流技术
• 2.3.4 人工制冷降温技术
• 2.3.5 地层储冷技术
• 2.3.6 个体防护
• 2.4 本章小节
• 第3章 高温硐室风流流动的数学模型及数值解法
• 3.1 高温硐室风流流动的数学模型
• 3.1.1 质量守恒定律（mass conservation law）
• 3.1.2 动量守恒定律（momentum conservation law）
• 3.1.3 能量守恒定律（energy conservation law）
• 3.1.4 组分质量守恒定律（species mass-conservation law）
• 3.2 紊流模型（TURBULENCE MODEL）
• 3.3 硐室内风流流动控制方程的数值求解方法
• 3.3.1 计算区域的离散化
• 3.3.2 控制方程的离散化方法
• 3.3.3 代数方程组的求解方法
• 3.3.4 流场数值计算的主要方法
• 3.3.5 流场的SIMPLE 算法
• 3.4 本章小结
• 第4章 高温硐室热环境的数值模拟分析
• 4.1 高温硐室内热环境的研究方法
• 4.2 CFD 软件简介
• 4.3 几何模型的建立与网格划分
• 4.3.1 几何模型的建立
• 4.3.2 网格划分
• 4.4 边界条件
• 4.5 钻探硐室的数值模拟及结果分析
• 4.5.1 流场、温度场及湿度场的迭代运算
• 4.5.2 数值模拟结果分析
• 4.6 高温硐室热环境的测定及对模拟结果的验证
• 4.6.1 硐室内风速的现场实测结果及分析
• 4.6.2 硐室内温度场的现场实测结果及分析
• 4.6.3 硐室内湿度场的现场实测结果及分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 数值模拟分析硐室场分布的影响因素
• 5.1 入风流温度对硐室内场分布的影响
• 5.2 入风流风速对硐室场分布的影响
• 5.3 入风流相对湿度对硐室场分布的影响
• 5.4 本章小结
• 第6章 钻探硐室局部通风的设计
• 6.1 矿井局部通风概述
• 6.2 钻机硐室压入抽出混合式通风的数值模拟
• 6.2.1 几何模型及网格划分
• 6.2.2 数值模拟边界条件的设定
• 6.2.3 模拟结果结果及分析
• 6.3 局部通风参数的计算及风机选取
• 6.3.1 通风参数的计算
• 6.3.2 风机选取
• 6.4 本章小节
• 结论及展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文及科研工作
• 致谢