高温矿井风流温度和湿度预测及其程序编制.pdf

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1、2007年第1期能源技术与管理3矿业技术高温矿井风流温度和湿度预测及其程序编制程健维，杨胜强，于宝海（中国矿业大学能源与安全工程学院，江苏徐州221008）［摘要］分析了不同外界条件下巷道围岩与风流的不稳定换热系数的理论计算方法。讨论了存在不同壁面粗糙程度的巷道中围岩或煤壁氧化散热及其对风流温度的影响。然后以热力学中热质交换理论为基础，建立了单风路矿井巷道沿程风流温度、湿度的预测计算的理论以及数学模型，并编制了井下巷道风温分段计算的计算机程序。最后将该计算机程序应用于实际现场中，得到的计算结果与实测结果吻合，检验了该计算机程序的可靠性。［关键词］风流温；湿度预测；热交换

2、［中图分类号］TD672［文献标识码］A［文章编号］1672!9943（2007）01!0003!03T1—地面入风月平均气温，℃；0引言φ1—地面入风月平均相对湿度，%；随着煤矿深部矿产资源的开发，导致矿井空P1—地面入风月平均气压，Pa；气的温度、湿度升高。高温高湿的工作环境不仅使H—井深，m。［2］工人的劳动生产效率降低，还对人体的健康造成1.2空气容重的计算巨大危害。所以必须进行风温预测工作，其意义在Bφ×Psρ=-0.001315×（2）287×TT于通过对深部开采时风流温度和湿度预测进而正3式中ρ—湿空气的容重，kg/m；确评价高温矿井的热害程度，此外还可根

3、据所预T—测点处风流的绝对温度，K；测风流温度，提出相应的技术可靠、经济合理的通B—气压，Pa；风降温方案。因此，准确地预测开采过程中的风流φ—相对湿度，%；温度，同时提出降温技术方案，对于高温高湿矿井Ps—饱和水蒸汽分压力，Pa。的安全回采具有十分重要的意义。［2］1.3饱和水蒸汽分压力的计算1高温高湿矿井风流温度预测计算数学17.27tPs=610.6e×P（）（3）模型的建立237.3+t式中Ps—温度为t下的饱和水蒸汽分压力，Pa；通过收集到的矿井巷道相关的现场实测参t—测点处气温，℃。数，将其代入下面的数学模型中，进而计算其他的1.4井巷各点气压的计算相关参数

4、，最终可以得到巷道三大散热量：围岩散HA5.256热量、氧化散热量和机电散热量以及它们的总和PA=101325/!1+44300"(4)（在不考虑其余散热量的情况下），同时经过有关式中PA—A点的气压，Pa；公式的计算也就预测出井巷末端风温值。HA—A点的标高，m。1.1淋水深井井筒井底的温度计算1.5围岩散热量的计算淋水深井井筒井底的风温计算采用经验回归Qw=k·τF·!T#y-T#f"(5)［1］方程直接计算，即：式中Qw—围岩给空气的放热量，J/h；170.86140.7063-3.5270.2432T2=1.6458×10×T1×φ1×P1×H(1)2kτ—不稳

5、定传热系数，J/m·h·℃；式中T2—井底的风温，℃；2F—巷道壁表面积，m；T#y—井巷始、末两端平均原始岩温，℃；基金项目：国家自然科学基金项目(50274066,50134040)4程健维等高温矿井风流温度和湿度预测及其程序编制2007年第1期式中Ta、Tb—井巷始末两端的风温，℃；T!f—井巷始、末两端的平均风温，℃。1.6围岩与空气的不稳定传热系数k的计算［1］ha、hb—井巷始末两端的标高，m；τΔT—井巷垂深每增加或减少100m，因空（1）通风时间1a以下的巷道。气绝热压缩（或膨胀）气温增加（或减少）的λkτ=f(Bi,F0)（6）R平均值；2式中kτ—不

6、稳定传热系数，J/m·h·℃；Δd—井巷始、末两端空气含湿量的增量，R—巷道当量半径，m；kg/kg干空气；λ—岩石导热系数，J/m·h·℃；∑Qi—井巷内除压缩膨胀热外各种热源散Bi—毕奥数，Bi=αR/λ；热量的和，J/h；2α—岩石的导温系数，m/h；G—井巷通风量，kg/h；2F0—傅立叶数，F0=ατ/R；h—井巷水分从空气中蒸发的比例。τ—巷道通风时间，h。2高温高湿矿井风流湿度预测计算的数（2）通风1～10a的巷道。λb学模型1+kτ=%2R2"τ#1+λ$&（7）λ（1）相对湿度的计算。1+2βR2βRφA=φB+kφ·LAB(14)b=2"λCrg/π

7、=1.33"λCrg（8）式中φA—A点空气相对湿度，%；0.80.2β=2·ε·G·U/S（9）φB—B点空气相对湿度，%；20.5式中b—岩石的蓄热系数，J/m·h·℃；LAB—A，B两点之间的长度；λ—岩石导热系数J/m·h·℃；kφ—相对湿度随井巷长度增长的梯度，1/m。C—岩石的比热，J/kg·℃；kφ按照本矿或条件类似的邻近生产矿井统计3rg—煤、岩容重，kg/m；资料选取。τ—巷道通风时间，h；（2）含湿量的计算。2β—巷道壁面的散热系数，W/（m·K）；φ·PSd=0.622·(15)ε—巷道壁面的粗糙系数；B-PS·φG