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《深部采矿的热害防治及治理现状》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、课外研学学院:专业班级:课题:姓名:指导教师:2014年9月19日引言随着矿产资源的不断开发,我国的浅表矿床及开采技术条件相对简单的矿床储量不断消耗,迫使大多数矿山转入深部或复杂矿床的开采。目前,许多硬岩矿床已进入或接近深部开采的范畴,据统计,我国有三分之一的矿山即将进入深部开采。深部矿床开采的技术难点主要集中在三个方面:即深部地压(岩爆)预测与控制技术、井下热害控制技术以及强化开采技术集成。在深部矿床开采技术领域内,国内的研究工作起步较晚,没有成熟的技术和经验可借鉴。在“九五”期间,虽然开展了
2、部分前期研究工作,但现有的采矿技术不能有效地解决深部矿床开采的问题。目前,急需研究开发适应于深部矿床开采的新工艺新技术,同时对现有的技术进行集成与提升,以满足我国不断涌现的深部矿床开采的需要。由此可以看出,井下热害控制技术在我国深井开采技术中占有很重要的地位[1]。1井下热源分析井下气温升高,是由于各种热源散热的缘故。井下热源包括地热、地下水蒸发热、空气压缩热和机械设备放热以及爆热、氧化反应热、人体代谢生成热等。实践证明,地热、空气压缩热、爆热和氧化反应热是主要的井下热源。1.1地热地热是最重要
3、的深井通风热源,据研究,深井岩层放热占井下热量的48%[2]。地热是以围岩传热形式散热,地面以下岩层温度变化规律是:自上而下,岩层划分为变温带、恒温带和增温带,其中,恒温带以下的岩石温度随深度增加而增加,当采掘作业将岩石暴露出来以后,地热便从岩石中释放出来。原岩放热是深井矿山的主要热源之一,当井下空气流经围岩时,两者发生热交换,从而使井下空气温度升高。因受地热增温的影响,岩石温度随深度的增加而升高。围岩与井巷空气热交换的主要形式是传导和对流,即借热传导自岩体深处向井巷传热,或经裂隙水借对流将热传
4、给井巷。在大多数情况下,围岩主要以热传导方式将热传给岩壁,并通过岩壁传给井下空气。岩石温度随深度而增高的程度决定于岩石成分和岩石的导热性能、水文地质特征和其他一些因素,一般用地热增温率来表征岩石的增温程度[2]:式中:th为深度h处的岩石温度(oC);t0为该地区地表空气的年平均温度(C);Gt为地热梯度(oC/m);h为所测定岩石温度之点距地表的深度(m);h0为恒温带的深度(m)。由于围岩与井巷空气热交换是一个复杂的非稳定过程,计算也非常繁琐。为计算方便,视此类问题为沿巷道轴向进行的一维非稳
5、态热传导问题处理,并设岩石内温度高于井下空气温度,岩石传给井下空气的热量可按(2)式计算[3]:式中:Q为岩石传给井下空气的热量(J);A为巷道断面积(m2);t为巷道通风时间(S);Tw为围岩的原始岩温(K);Ti为巷道内某点空气的温度(K);k为围岩的热导率[W/(m·K)];ɑ为围岩的热扩散系数(m2/S)。1.2空气压缩热地面空气经井筒进入矿井内,由于受到井筒空气柱的压力而被压缩,空气到达井筒底部时,其所具有的势能转化为热能。试验研究结果表明:空气每下降100m,气流温度升高约0.4C~
6、0.5C,空气压缩放热占井下热量的20%[2]。当空气沿着井巷向下流动时,在重力场作用下,由于其势能转换为焓,其压力与温度都有所上升。根据能量守恒定律,风流在压缩过程中的焓增与风流前后状态的高差成正比,即:式中:i1、i2为风流在始点与终点时的焓值(J/kg);h1、h2为风流在始点与终点状态下的标高(m);g为重力加速度(m/S2)。对于理想气体:di=cpdt,即:式中:cp为空气的定压比热容,cp=1005J/(kg·K);T1、T2分别为风流在始点及终点时的干球温度(K)。故:T2-T1
7、=0.00976(h1-h2)。从上述结论可以看出,空气压缩所引起的焓增同风量无关,只与两点标高有关,而且随着开采深度的增加而相应增大。空气沿井筒下降,由于空气沿井筒往下流经100m垂深距离时,热量约增加0.979J/kg。2深部采矿的热害防治及治理现状2.1国外矿井热害理论研究现状和水平国外对矿井降温理论的研究始于1740年法国在Belfort矿山附近进行的地温测定[4]。真正在矿井降温理论研究上的发展起步于20世纪20年代。国外在矿井降温理论的发展大致可分为三个时期,即雏形期、发展期和形成完
8、整的学科理论期。雏形期:20世纪20年代至50年代,这一时期由于世界各国煤矿的开采规模都比较小,矿山热害问题并不是十分严重,所以矿井降温理论研究的发展比较缓慢。研究成果散见于各种文献中,仅限于个别的研究成果。其中比较有代表性的是:1923年西德HeistDrekopt在假定巷壁温度为稳定周期性变化的前提下,解析了围岩内部温度场的周期性变化,提出了围岩调热圈等概念,尽管其基本假定不尽合理,但这是研究矿井降温问题的最初理论;此后在1939年至1941年间,南非BiccandJappe连续发表了题为―
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