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1、第十二章矿井热环境调节12.1矿井主要热源及其散热量12.2矿井风流热湿计算12.3有有热湿交换的能量方程12.4寒冷地区井口空气加热12.5高温矿井降温一般技术措施12.6高温矿井制冷空调技术12.7矿用换热器12.1矿井主要热源及其散热量12.1.1地表大气状态的变化图12-1气温的周期变化曲线1-温度日波动曲线;2-温度年波动曲线;3-温度日波幅θ2,θ2＝twx-twp；4-温度年波幅θ1,θ1＝(twp-twd)/2气温的季节性变化也是周期性的，我国最热的时间一般在7~8月，最冷的时间一般
2、在元月，所以也不是谐波，但在实际计算中，将它们的周期性变化近似地看作是正弦曲线或是余弦曲线都是可以的。虽然地表大气温度的日变化幅度很大，但当它流入井下时，井巷围岩将产生吸热或散热作用。使风温和巷壁温度达到平衡，井下空气温度变化的幅度就逐渐地衰减。据测定,进风井进风量为87m3/s,早晨7时地表进风温度为-3.1℃,17时为12.0℃,而时在距地面1000m的井底车场里,其风温仅从11.9℃升到13.4℃。当风量降为30m3/s并流经一条长度为1200m的运输平巷后，日风温波动的幅度衰减到了0.2℃以
3、下。12.1矿井主要热源及其散热量12.1.1地表大气状态的变化图12-2在12天内地表风温变化曲线及在井下衰减情况1-地表风温变化曲线，2-井底车场风温变化曲线，3-采区进口处的风温变化曲线当地表大气温度突然发生了持续多天甚至数星期的变化时，这种变化还是能在采掘工作面上觉察到的。例如有一矿井，地表大气平均温度在一星期内自-6℃升到了+8℃，在井底车场的风温也自8℃升到16℃，距井底车场1200m处测到的风温自22℃升到23℃，即上升1℃。12.1矿井主要热源及其散热量12.1.1地表大气状态的变化
4、图12-3ψ1及ψ2与L/r的关系研究表明，风流沿井巷流动时，其温度波动幅度的衰减量约与两点间的距离l成正比，与巷道的等效半径r成反比，与风温的波动周期成反比，波动的周期越短，其衰减量越大。令风温的季节衰减率为ψ1，日风温的衰减率为ψ2，则它们和l/r的关系如图12-3所示。12.1矿井主要热源及其散热量12.1.2空气的自压缩温升图12-41000m井筒中湿球温升Δtf与大气湿球温度tf间的关系当可压缩的气体(空气)沿着井巷向下流动时,其压力与温度都要有所上升,这样的过程称之为“自压缩”过程,在自
5、压缩过程中，如果气体同外界不发生换热、换湿,而且气体流速也没有发生变化，此过程称之为“纯自压缩”或“绝热自压缩”过程。根据能量守恒定律，风流在纯自压缩过程中焓增与风流前后状态高差成正比,即：i2-i1=g(z2-z1),式中，i1与i2—分别为风流在始点与终点时焓值,J/kg；z1与z2—分别为风流在始点与终点的标高，m；g－重力加速度，m/s2。12.1矿井主要热源及其散热量12.1.2空气的自压缩温升图12-41000m井筒中湿球温升Δtf与大气湿球温度tf间的关系对于理想气体来说，在任意压力下
6、:di=cpdt即i2-i1=cp(t2-t1)式中，cp—空气的定压比热容，J/(kg·K)；t1与t2—分别为风流在始点及终点时的干球温度,℃。从而t2-t1=g(z2-z1)/cp因g=9.81m/s2,cp=1005J/(kg·K)则z2-z1=1000m时,t2-t1=9.81×1000/1005=9.76(K)可见，风流在纯自压缩状态下，当高差为1000m时，其温升可达9.76℃,这是一个相当大的数值。好在实际上并不存在绝热压缩过程，井巷里总是存在着一些水分，所以风流实际的年平均温升没有
7、理论计算值那么大。此外，由于井巷的吸热和散热作用也抵消了部分风流自压缩温升。例如在夏天，由于围岩吸热，风流的温升要比平均值低，而在冬天，由于围岩放热,风流的温升要比平均值高。一般说来,如果年平均的温升为10℃的话,则冬天可能是13℃,夏天可能是7℃。12.1矿井主要热源及其散热量12.1.2空气的自压缩温升图12-41000m井筒中湿球温升Δtf与大气湿球温度tf间的关系同理，风流沿井筒或倾斜巷道向上流动时，风流因减压而膨胀，焓值要减少，风温要下降，其数值同自压缩增温一样。风流沿井筒向下流动时,其湿
8、球温度要比干球温度重要得多，因为湿球温升和井巷的潮湿程度没有多大关系，但它和入风井大气的湿球温度,关系却非常密切。实测表明，在1000(m)深的井筒里，绝热、无摩擦的风流自压缩引起的湿球温升和地表大气的湿球温度间的关系如图12-4。自压缩这个热源是无法消除的，而且随着采深的增加还相应地增大。12.1矿井主要热源及其散热量12.1.2空气的自压缩温升水在管道中沿井筒向下流动时，其焓增也是每千米9.81(kJ/kg)。若水一直处在水管中，水压将随着井深的增加而增大。如果摩
