[发明专利]一种高温矿井进风顺槽空冷设施优化布置方法有效
申请号: | 201610318416.7 | 申请日: | 2016-05-13 |
公开(公告)号: | CN107366547B | 公开(公告)日: | 2019-08-30 |
发明(设计)人: | 吴建松;宋怀涛;孔松 | 申请(专利权)人: | 中国矿业大学(北京) |
主分类号: | E21F1/04 | 分类号: | E21F1/04;E21F3/00 |
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地址: | 100083 *** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 高温 矿井 进风顺槽空冷 设施 优化 布置 方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种应用于矿井降温领域的技术方法,尤其涉及一种高温矿井进风顺槽空冷设施优化布置方法。
背景技术
随着煤矿开采深度逐渐的增加,矿井热害问题日趋突出,采煤工作面是井下受高温热害威胁最严重的场所之一。当前,采煤工作面制冷降温措施主要是通过在其进风顺槽布置合理的空冷设施进而冷却采煤工作面进风风温,从而对工作面实施降温,因而进风顺槽内空冷设施的布置位置、数目以及匹配风筒的长度等均对采煤工作面的进风温度有很大的影响。因此,科学合理的优化布置进风顺槽内空冷设施显得尤为重要。然而,大部分矿井对空冷设施布置方式上往往采取经验的方式,缺少足够的科学依据,往往造成一段时间内需要对空冷设施实施多次搬移,大大增强的工人的劳动强度。为更加科学合理的实施高温矿井采煤工作面进风顺槽空冷设施的布置,本发明以能量守恒定律为理论基础对风筒内风流、风筒外风流以及巷道围岩三者之间的耦合热交换关系进行科学的分析,提出了进风顺槽内空冷设施优化布置的计算方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于高温矿井进风顺槽空冷设施布置的优化方法,通过该计算方法可以对进风顺槽内的空冷设施实施科学合理的布置方式,以摒除以往经验式的布置方式,能提高进风顺槽内空冷设施利用效率,减少空冷设施的搬迁次数,降低工人劳动强度,进而使得矿井降温技术措施的实施具有更强的科学依据。
本发明解决上述问题是通过以下技术方案实现的:
本发明的一种高温矿井进风顺槽空冷设施优化布置方法,其所述的空冷设施由局部通风机、空冷器以及风筒三部分组成;所述计算方法以空冷器出口断面至风筒出口断面的热力系统为研究对象,通过现场调研获取该热力系统内进风风流、巷道围岩以及空冷器等热力学基本参数,采用能量守恒的原理对该热力系统内风筒内风流、风筒外风流以及巷道围岩三种之间的耦合热交换关系进行分析,进而分别获得风筒内、外风流热平衡方程,然后利用有限差分法分别对风筒内、外风流热平衡方程进行数值离散求解,可得到风筒内、外沿程风流的温度,忽略风筒出口处内外风流的混合长度,依据能量守恒原理,最终可获得风筒内风流和风筒外风流混合后的风流温度。
所述的高温矿井进风顺槽空冷设施,其工作原理为在局部通风机的作用下,由高温矿井进风顺槽内的热风流经过空冷器进行冷却降温,经风筒输送到用风地点如采煤工作面。
所述的高温矿井进风顺槽空冷设施优化布置计算方法,其风筒外风流热平衡方程的建立考虑巷道围岩散热、风筒内风流漏风、风筒内风流热传导以及风流位能变化的影响,风筒内风流热平衡方程的建立考虑风筒外风流热传导以及风流位能变化的影响。
所述的高温矿井进风顺槽空冷设施优化布置方法,适用于对单台空冷设施或多台空冷设施的混合布置进行计算优化,对于单台空冷设施,能实现空冷器与采煤工作面之间的距离以及空冷器后接风筒长度的计算优化,而对于两台或两台以上的空冷设施,除上述情况外,还包含空冷设施与空冷设施相距位置的计算优化。
所述的高温矿井进风顺槽空冷设施优化布置方法,其优化准则为空冷设施风筒出口处混合温度应符合《煤矿安全规程》规定空气干球温度不得超过26℃。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种高温矿井进风顺槽单台空冷设施布置方式示意图。
图2为本发明实施例提供的优化布置方法中有限差分法节点离散方式示意图。
图3为本发明实施例提供的一种高温矿井进风顺槽两台空冷设施布置方式示意图。
图4为本发明实施例提供的一种高温矿井进风顺槽三台空冷设施布置方式示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。
如图1所示为一种高温矿井进风顺槽单台空冷设施布置方式示意图,其中包括进风顺槽01、巷道围岩02、局部通风机03、空冷器04、风筒05、风筒内风流06、风筒外风流07、采煤工作面08。所述的空冷设施由局部通风机03、空冷器04以及风筒05三部分组成,本发明所述优化方法是以空冷器04出口断面A至风筒05出口断面B之间所组成的热力系统为研究对象,通过现场实际调研分别获取该热力系统的相关热力参数主要包括空冷器04出口断面处风筒内风流06和风筒外风流07的温度、湿度、空气质量流量,巷道围岩02的原始岩温、断面周长、不稳定换热系数以及风筒05的直径等,采用能量守恒的原理对该热力系统内风筒外风流07、风筒内风流06以及巷道围岩02三种之间的耦合热交换关系进行分析。
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