浅层低温巷道预冷风流降温方法研究及数值模拟分析

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由于浅部矿石资源的减少和开采技术的提高,金属非金属矿的开采正逐年向深部延伸。随着深度递增,矿井高温热害现象日趋严重,成为影响矿井深部开采的技术难题之一。传统机械降温方式不仅对能源消耗较大,且成为井下又一不可忽视的热源之一。如何有效地缓解或消除矿井热害,成为矿井开采中一个亟需解决的问题。为了解决这一问题,本文主要对浅部低温岩层预冷井下风流的方法进行研究,从理论和实践的角度分析该方法的可行性。  首先,本文较为详细地介绍了包括通风降温、人工制冷降温、个体防护等矿井降温的诸多措施。总结了国内外在井下风流热交换理论方面的研究现状和发展水平,分析了有关理论上存在的问题。在井下热源分析的基础上,提出并设计了基于通风的矿井降温方法,对其技术及经济可行性进行了简要分析。  其次,根据风流与井巷岩壁之间热交换原理,导出了适应面较宽的热交换模型,既可以描述风流在同一水平状态下流动时与巷道壁的热交换,又能够描述风流竖直和倾斜流动时与井巷岩壁的换热过程。  再次,对中矿金业罗山金矿现有进风系统及浅部废弃巷道分布情况进行分析,在测量井巷围岩导热系数、温度梯度、现入风井风流温度分布的基础上,建立该矿井的浅部巷道预冷进风系统。以该系统为原型,运用数值模拟软件建立物理模型,并对浅部巷道入风流的温度分布进行模拟,得到了巷道中风流温度分布、变化规律。  最后,数值模拟结果与实测值对比分析知,两条风流预冷路线末端温度均相对主入风流温度有所降低,入风温度为30℃时,模拟温度降低值分别比现有通风路线相同水平低1.3℃和3.8℃。以一个夏季为研究区间,可以节约制冷电力费用约44.78万元,同时节省了部分购买制冷设备的费用。得出结论:运用前部巷道降低总进风的矿井通风方法能够取得较好的降温效果,并具有可观的经济价值。运用本文所推数学模型计算所的数据与数值模拟数据进行对比分析,验证了数学模型是可靠性的。
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