压缩空气对井下热环境的降温效果研究

压缩空气是矿山井下常用动力,它具有膨胀吸热的特性,因而可用于改善井下作业环境与气候条件。通过对矿井压缩空气吸热量的计算,分析了压气对井下热工作面的降温影响,并获得了压气与工作面降温效果的数学关系。还对井下采用压气降温进行了经济评价,指出了压气降温仍为我国深井局部降温的一种可供选择的好方法。     

不同隔热材料下的深井巷道隔热降温模拟研究

为解决煤矿开采深度不断延伸带来的热害问题,揭示深井巷道温度场分布特征,选用5种矿用隔热材料开展深井巷道隔热降温模拟研究,分析不同厚度隔热层、不同围岩初始温度对围岩温度场、调热圈半径及巷内风流温度变化的影响,并探究隔热层附近围岩温度场的演变特征。结果表明：添加泡沫混凝土的材料隔热性能最佳,经济成本最低;隔热层选用导热系数较低的隔热材料有助于提高隔热层的隔热效果,5～10 cm为最佳隔热层厚度;温度场与围岩层、锚喷层、隔热层在空间上分布一致,隔热材料导热系数与巷道围岩的温度梯度呈负相关,隔热层厚度、原岩温度与巷道围岩温度梯度呈正相关,隔热材料、隔热层厚度和原岩温度对调热圈半径有一定程度的影响,相比无隔热层巷道,巷道隔热和降温效果显著。     

矿井压气等熵膨胀与节流膨胀降温效果对比研究

压缩空气是矿山井下常用动力,压气绝热膨胀能够吸收风流中的热量,因而可用于改善井下作业环境与气候条件。通过理论与实例分析比较高压气体等熵膨胀和节流膨胀温度随压力变化情况及降温效果,得出等熵膨胀原理更适合用于高温矿井或掘进面降温。通过分析压气与引入气流质量比对井下热工作面空气温度、湿度、含氧量的影响,得出压气等熵膨胀降温后矿井气候变化与压气百分比的数学关系式,并将关系式应用于实例中。以矿山具体实例分析了矿井采用压气等熵膨胀制冷后空气质量的变化以及采用压气制冷的成本。同时与冰制冷系统的效果与成本比较,得出选用压气制冷效果好、成本低,可为我国深井局部降温的一种可供选择的方法     

液态CO_2相变制冷降温试验研究

为解决煤矿深井开采过程中的降温问题,提出一种以液态CO_2作为冷源的热害治理新方法,采用自行设计的液态CO_2相变制冷降温装置进行地面试验,研究液态CO_2降温效果及其冷量利用率,以验证该降温方法的有效性。结果表明:试验条件下,液态CO_2注入流量分别为14.722、16.484、19.168和23.146 kg/min时,对应制冷能力依次为89.8、97.2、109.6和128.6 kW,风流温度依次降低6.2、6.8、7.5和8.6℃,含湿量依次减少2.746、3.066 5、3.613 5和4.09 5 g/kg,液态CO_2冷量利用率达到95%以上;当液态CO_2注入量增加到一定程度时,该降温系统的制冷量达到最大;析湿工况下,换热器的析湿系数与入口风流相对湿度成正相关关系。     

深井采矿热贡献率计算方法研究与实践

为了减小深井热害对井下工作人员及有序生产的危害,需要明确深井各热源放热量对深井的热害影响程度。借鉴经济学理论,提出深井采矿的热贡献率概念。结合文献调查与工程实践数据,通过入风流温湿度的季节性变化,确定不同温湿度入风流所引起深井空气自压缩传热、围岩传热、矿石冷却放热、矿石氧化放热、充填体放热、机电设备放热、人员放热热源贡献率的变化,以及入风井、平巷、工作面中的区段热贡献率及区段热贡献密度的变化。得出了不同季节的热源放热曲线以及热源贡献率、区段热贡献率、区段热贡献密度排序以指导热害治理。     

强制电流阴极保护阳极地床杂散电流干扰特性研究*

为研究杂散电流干扰影响范围及严重程度,通过现场测试典型深井和浅埋阳极地床地表电位梯度,探讨地表电位梯度分布规律,分析阳极地床杂散电流干扰特性。结果表明:深井阳极地床地表电位梯度沿阳极井中心辐射线方向先增大后减小,浅埋阳极地床地表电位梯度沿垂直于阳极体方向呈递减趋势;浅埋阳极地床地表电位梯度峰值和衰减速率均大于深井阳极,但强干扰平均影响半径仅为深井阳极的1/2;从强干扰影响半径看,应优先选用浅埋阳极地床;可通过适当增加井深、对干扰区内金属构筑物排流等方式,缓解深井阳极地床杂散电流干扰影响。研究结果可为强制电流阴极保护阳极地床选型和选址提供理论指导。     

高温矿井多孔介质相变蓄热降温研究及设计

为了解决机械通风难以满足高温矿井降温需求的问题,提出由石蜡和膨胀石墨构成多孔介质相变蓄热模块来达到巷道降温效果的方法,基于Fluent模拟软件,对通风和相变蓄热联合降温多条件下巷道温度场进行数值模拟,确定相变蓄热模块的设计参数,最后对掘进巷道热环境进行模拟研究和方案设计。研究结果表明：相比于仅通风降温,联合降温效果明显;采用双侧布置相变模块降温效果明显优于单侧布置工况;随着风速逐渐递增,降温效果下降,且降温幅度减小;模块厚度分别为100,200 mm时降温效果基本一致,厚度300 mm时,巷道温度明显升高。     

降温背心人体降温效果评价

本文目的是评价降温背心的降温效果。通过对3名成年人在不同环境条件下,分别穿着降温背心和普通服装,测量人员胸部、上肢、下肢和直肠温度的变化,同时监测心率、呼吸和出汗量等,得出环境温度越高,降温背心的降温效果越明显;体形胖的人耐热能力相对差;耐热与出汗量密切相关等结论,并指出降温背心的降温效果显著,能够满足高温岗位的需要。     

个人降温器

我院研制的个人降温器,可在不便采取降温措施的场所使用。 个人降温器的原理是,使人体表一定部位与小型降温器(器温可冷达-20℃)进行局部接触,从而达到人体降温的目的。个人降温器系一个里面装有降温剂的密封金属扁罐。它的使用方法是,将其装在贴身背心的口袋里(背心前后左右可设4～8个口袋,每个口袋各放一只,总数多少视需要而定,使用绑带将个人降温器在人体上缚牢,以不影响工人操作为度),或放置在安全帽里,或两式并用。 在降温剂与金属壳之间采用氟塑料膜进行隔离。氟塑料膜经过多次降温到-30℃时,仍能保持强度和塑性,并且非常耐磨。降温器…     

高温矿井掘进工作面冰块降温数值模拟研究*

为确定冰块在矿井高温掘进工作面降温中的设计参数,以大红山铜矿西矿段高温掘进工作面为对象,开展通风降温和冰块降温下掘进工作面温度场变化的数值模拟,分析冰块量、摆放方式对掘进巷道工作面附近温度场的影响。结果表明:与只采用通风降温方案相比,增加冰块的降温方案降温效果明显;当冰块摆放方式相同时,冰块量越多,有效制冷时间越长,但增加到一定程度时有效制冷时间基本不变;冰块摆放方式对降温效果有显著影响,在相同的冰块量及同一水平摆放方式下,冰块摆放高度与风筒齐平时的降温效果最佳;当冰块量及垂直摆放方式相同时,距掘进工作面越远,掘进工作面附近温度场温度的分布越均匀,制冷空间越大。     

硬岩竖井爆破损伤区探测及衬砌荷载*

为研究硬岩竖井受爆破开挖扰动的影响,依托米仓山公路隧道竖井工程,采用RSM-RCT（B）测试系统探测竖井爆破损伤区范围为1.1~1.4 m,并利用残余地质强度指标标定损伤区力学参数,将其纳入收敛约束法和数值分析中,以评估损伤区对竖井围岩及衬砌荷载的影响。研究结果表明,在硬岩竖井中开挖爆破是造成岩体损伤区的关键因素,地应力方向和大小对硬岩损伤区分布基本无影响。分析结果表明,爆破损伤区导致围岩变形增大,从而使得衬砌荷载增加,最大剪应力出现在损伤区与未破坏岩体之间的交界处,大小为16 MPa,同时靠近该位置的衬砌荷载也会变大,较深竖井可采用分区段支护,降低投资成本。研究结果可为硬岩竖井开挖荷载计算及设计优化提供一定参考。     

竖井消能工折板压强及脉动特性分析*

为研究泄流过程中折板式竖井消能工水动力荷载作用,以某深隧排水工程竖井为研究对象,开展正态水力模型试验,研究恒定流与非恒定流条件下折板压强分布规律及脉动特性,分析折板间距和倾角对频谱特征影响。结果表明:上层折板承受时均压强为中层和下层折板1.5~3倍;恒定流条件下折板瞬时压强脉动幅值随入流量和折板间距增大而增大,随折板倾角增大而减小,功率谱密度优势频段为0~2.5 Hz;非恒定流条件下折板瞬时压强自上而下依次减小,功率谱密度优势频段介于0~4.0 Hz。研究结果可为竖井折板结构防振设计提供参考。     

抽出式通风矿井外部漏风率的正确测算法

详细分析了煤矿长期以来沿用的 ,基于理想气体风流连续性方程的近似方法计算矿井外部漏风率所带来的缺陷。以热力学基本原理为依据 ,将回风井看作是矿井通风系统中的一条特殊巷道 ,指出其风流中的空气不能看作理想气体 ,推导出了测算矿井外部漏风率的正确方法。并以实测数据为例 ,运用MATALAB方法求得了矿井外部漏风率的精确解 ,给出了传统近似方法的误差 ,指出了在有较深回风井的矿井通风系统中 ,运用正确方法测算其外部漏风率的重要性。笔者介绍的矿井外部漏风率的精确测算方法 ,可在采用抽出式机械通风的矿井推广应用。     

双压入贴附送风在高温巷道掘进中的降温规律研究

为量化研究高温矿井深部开采掘进巷道在抽压混合通风中设备布置及风量分配对降温效果的影响规律问题,利用AN-SYS-FLUENT软件数值模拟掘进巷道通风降温模型.首先,提出双压入式混合贴附通风降温思路,并分别建立传统抽压混合通风与双压入式混合通风的巷道三维几何模型;然后,进行6组不同设备布置及风量分配的降温方案对比实验;最...     

纵向风作用下竖井自然排烟对隧道内烟气逆流长度的影响

为了研究纵向风作用下隧道内竖井自然排烟对烟气逆流长度的影响,采用数值模拟的方法,建立了不同竖井高度的全尺寸隧道模型。并选取无竖井排烟的工况作为对照组,模拟不同火源功率下,改变竖井与火源纵向距离时竖井自然排烟对烟气逆流长度的影响和竖井排烟失效临界风速的变化。结果表明:当纵向风风速较小时,竖井对烟气逆流起抑制作用;随着风速增大,烟气逆流被控制在竖井近域范围内,竖井对烟气逆流的抑制作用减弱;当风速足够大时,烟气逆流将被完全限制在竖井下游,此时竖井排烟作用失效,且对纵向通风气流起到分流作用,烟气逆流长度反而变长。在此基础上,提出了竖井排烟失效临界风速的概念,竖井排烟失效临界风速随竖井高度增加而增大。     

深埋地铁防排烟设计研究

地铁深埋敷设减少了对路面交通、高层建筑的影响，减少了房屋拆迁量，改善区间施工条件，但同时也对地铁站点的通风、排烟设计的安全性提出了更高的要求。文章结合广州市地铁6号线线路深埋敷设条件，对多层结构深埋车站的通风排烟系统设计进行了探讨，同时采用火灾动力学模型分别对深埋车站站台火灾、列车火灾进行了数值模拟，进而验证了防排烟设计的有效性。研究表明，深埋车站排烟系统的设计方案可以在扶梯开口处形成至少1．5m／s的向下流速；发生站台行李火灾和车站列车火灾时，排烟系统可以有效地控制烟气不向站厅蔓延，确保火灾时的站台层以上区域为无烟区和安全区；疏散楼梯间可保持微正压和无烟气进入；深埋车站排烟系统可以保证火灾时的人员可用安全疏散时间ASET大于6分钟。文章结论可为国内外类似深埋车站排烟系统提供参考。     

高层建筑利用竖井排烟的全尺寸实验研究

通过开展全尺寸实验,对不同竖井高度、火源功率下,室内、补风口、竖井的温度变化,以及补风口、竖井内速度变化进行分析研究。结果表明:竖井内温升随距离竖井底部距离增加呈指数规律衰减,竖井内排烟速度随距离竖井底部距离增加逐渐减小。火源功率一定时,竖井高度增加,烟囱效应增强,控烟效果变好,当竖井高度由2.8 m增加至5.6 m时烟囱效应增加最显著;火源功率增大,烟囱效应也增强,但室内热压力的增大不利于补风口控烟,需适当提高排烟竖井高度或减小补风口面积。     

电梯井加压送风全尺寸火灾试验研究

为了研究电梯井烟囱效应、电梯运行活塞效应对电梯井加压送风的影响,获得电梯井有效防烟的临界参数,在10层高的建筑内,利用一部运行速度为1.5 m/s的电梯,开展全尺寸火灾试验。试验包括正、逆烟囱效应的工况,火灾发生在房间和通道的工况,在此基础上得到单梯井低速电梯在火灾中运行的气流特性和压差变化,电梯井有效防烟的技术参数。研究结果表明,合理的电梯井加压送风能够有效控制火灾烟气,使火灾时使用电梯疏散具有可行性。     

高层建筑管道井内烟气运动大涡模拟

采用火灾过程的场模拟理论,以大涡模拟为基础,分析了火灾烟气流动过程的动力学特征;为了验证大涡模拟数值方法的准确性,针对Mercier和Jaluria竖井内的实验工况进行了模拟研究,其模拟结果与试验结果吻合较好,表明大涡模拟可以较好地预测竖井内烟气流动情况;通过设定不同的火灾场景,对不同火源功率和不同几何尺寸条件下管道井内烟气的流动过程进行了数值模拟,其结果给出了不同的几何尺寸和火源功率对管道井内所形成“烟囱效应”的影响情况。笔者的模拟和研究表明:大涡模拟可较准确地预测高层建筑管道井内烟气的流动状态,对高层建筑的防火设计具有指导性作用。