[發明專利]一種高溫礦井進風順槽空冷設施優化布置方法

有效

• 申請號: 201610318416.7
• 申請日: 2016-05-13
• 公開（公告）號: CN107366547B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 吳建松;宋懷濤;孔松
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: E21F1/04
• 分類號: E21F1/04;E21F3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種應用于礦井降溫領域的技術方法，尤其涉及一種高溫礦井進風順槽空冷設施優化布置方法。

背景技術

隨著煤礦開采深度逐漸的增加，礦井熱害問題日趨突出，采煤工作面是井下受高溫熱害威脅最嚴重的場所之一。當前，采煤工作面制冷降溫措施主要是通過在其進風順槽布置合理的空冷設施進而冷卻采煤工作面進風風溫，從而對工作面實施降溫，因而進風順槽內空冷設施的布置位置、數目以及匹配風筒的長度等均對采煤工作面的進風溫度有很大的影響。因此，科學合理的優化布置進風順槽內空冷設施顯得尤為重要。然而，大部分礦井對空冷設施布置方式上往往采取經驗的方式，缺少足夠的科學依據，往往造成一段時間內需要對空冷設施實施多次搬移，大大增強的工人的勞動強度。為更加科學合理的實施高溫礦井采煤工作面進風順槽空冷設施的布置，本發明以能量守恒定律為理論基礎對風筒內風流、風筒外風流以及巷道圍巖三者之間的耦合熱交換關系進行科學的分析，提出了進風順槽內空冷設施優化布置的計算方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種適用于高溫礦井進風順槽空冷設施布置的優化方法，通過該計算方法可以對進風順槽內的空冷設施實施科學合理的布置方式，以摒除以往經驗式的布置方式，能提高進風順槽內空冷設施利用效率，減少空冷設施的搬遷次數，降低工人勞動強度，進而使得礦井降溫技術措施的實施具有更強的科學依據。

本發明解決上述問題是通過以下技術方案實現的：

本發明的一種高溫礦井進風順槽空冷設施優化布置方法，其所述的空冷設施由局部通風機、空冷器以及風筒三部分組成；所述計算方法以空冷器出口斷面至風筒出口斷面的熱力系統為研究對象，通過現場調研獲取該熱力系統內進風風流、巷道圍巖以及空冷器等熱力學基本參數，采用能量守恒的原理對該熱力系統內風筒內風流、風筒外風流以及巷道圍巖三種之間的耦合熱交換關系進行分析，進而分別獲得風筒內、外風流熱平衡方程，然后利用有限差分法分別對風筒內、外風流熱平衡方程進行數值離散求解，可得到風筒內、外沿程風流的溫度，忽略風筒出口處內外風流的混合長度，依據能量守恒原理，最終可獲得風筒內風流和風筒外風流混合后的風流溫度。

所述的高溫礦井進風順槽空冷設施，其工作原理為在局部通風機的作用下，由高溫礦井進風順槽內的熱風流經過空冷器進行冷卻降溫，經風筒輸送到用風地點如采煤工作面。

所述的高溫礦井進風順槽空冷設施優化布置計算方法，其風筒外風流熱平衡方程的建立考慮巷道圍巖散熱、風筒內風流漏風、風筒內風流熱傳導以及風流位能變化的影響，風筒內風流熱平衡方程的建立考慮風筒外風流熱傳導以及風流位能變化的影響。

所述的高溫礦井進風順槽空冷設施優化布置方法，適用于對單臺空冷設施或多臺空冷設施的混合布置進行計算優化，對于單臺空冷設施，能實現空冷器與采煤工作面之間的距離以及空冷器后接風筒長度的計算優化，而對于兩臺或兩臺以上的空冷設施，除上述情況外，還包含空冷設施與空冷設施相距位置的計算優化。

所述的高溫礦井進風順槽空冷設施優化布置方法，其優化準則為空冷設施風筒出口處混合溫度應符合《煤礦安全規程》規定空氣干球溫度不得超過26℃。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的一種高溫礦井進風順槽單臺空冷設施布置方式示意圖。

圖2為本發明實施例提供的優化布置方法中有限差分法節點離散方式示意圖。

圖3為本發明實施例提供的一種高溫礦井進風順槽兩臺空冷設施布置方式示意圖。

圖4為本發明實施例提供的一種高溫礦井進風順槽三臺空冷設施布置方式示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明實施例作進一步地詳細描述。

如圖1所示為一種高溫礦井進風順槽單臺空冷設施布置方式示意圖，其中包括進風順槽01、巷道圍巖02、局部通風機03、空冷器04、風筒05、風筒內風流06、風筒外風流07、采煤工作面08。所述的空冷設施由局部通風機03、空冷器04以及風筒05三部分組成，本發明所述優化方法是以空冷器04出口斷面A至風筒05出口斷面B之間所組成的熱力系統為研究對象，通過現場實際調研分別獲取該熱力系統的相關熱力參數主要包括空冷器04出口斷面處風筒內風流06和風筒外風流07的溫度、濕度、空氣質量流量，巷道圍巖02的原始巖溫、斷面周長、不穩定換熱系數以及風筒05的直徑等，采用能量守恒的原理對該熱力系統內風筒外風流07、風筒內風流06以及巷道圍巖02三種之間的耦合熱交換關系進行分析。