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高温热害已成为继顶板、瓦斯、水、火、粉尘后的第六大深井自然灾害。对矿井冷负荷的研究是深部矿井高温热害防治的基础,也是实现井下各用冷地点需冷量和供冷量匹配的关键,是确定矿井降温设备装机容量的基础参数。井下各用冷地点需冷量与采掘面生产状况等因素密切相关,本文基于对矿井采掘面降温需冷量影响因素及其变化规律的研究,提出了动态冷负荷的概念,并围绕这一概念进行了相关研究。 论文根据采煤面及掘进面空冷器降温方式、采面送风风流参数的分析,提出将采掘工作面冷负荷的构成分为送风冷负荷、采/掘面散热冷负荷、局部通风机所引起的冷负荷及冷风输送中冷损引起的冷负荷。分清了矿井空调区域冷负荷与非空调区域散热之间的关系,简化了计算且易于分析矿井冷负荷的构成及其动态变化规律。沿风流流动方向,建立了风流在井筒内流动的加湿压缩模型、井巷围岩与风流热交换的数学模型及风流通过采掘面时的数学模型,推导了相关数学公式,给出了分别按正向热力计算和反向热力计算时采掘面送风及回风风流温度公式。 基于对多对矿井在冬季、夏季热湿环境参数长期连续监测数据的分析,指出:深井自压缩风流所表现的井底温度与地面温度之差(一般称之为自压缩风流温升),是风流沿井筒流动时势能转换及风流与井筒围岩热湿交换作用的综合显现,实测结果显示:井底与地面风流温差和焓差与井筒潮湿程度/淋水有直接关系,夏季白天一般井筒对风流有一定的预冷作用,而在夜间则起到加热作用;不应采用井底与井口温差及其大小判别风流自压缩温升,而应采用井底与井口风流焓差进行判别。 通过不同季节不同矿井测试结果显示,采煤面在检修期间散热量(最小散热量)与正常回采期间散热量(最大散热量)差异较大,一般检修期间采面散热量为正常回采散热量的50~60%;通过对掘进工作面测试数据的分析得出:掘进面供冷量确定中必须考虑风流流经风机时的温升与焓增,降低掘进工作面迎头送风量的相对湿度可提高风流的吸热/降温能力,夏季送风冷负荷在采掘面冷负荷构成中占12~60%,冬季采掘工作面入口风流均有一定的降温/吸热能力,冬夏矿井冷负荷相差较大。 通过对以上问题的分析,提出了矿井采掘面热湿环境控制技术及井下冷水管网的监控技术,在唐口矿井进行了现场应用。