姚家山矿千米深井热害防治技术研究

摘要

进入21世纪以来，随着我国经济增长和人民生活水平的日益提高，经济建设对煤炭的需求量也在逐年增大，机械化程度的提高和井型的不断扩大，使矿井开采深度以平均10～15m/a的速度增加，如此对煤矿的相关各项开采技术提出了更高的挑战。采煤深度的增加导致了井下热害事故的频繁发生，给矿井的正常生产和劳动效率提升带来了很大的影响。论文的研究目的及开展的相关研究工作，就是欲探讨解决千米深井生产过程中遇到的热害难题，为深部矿井的高效安全开采铲除障碍，并为深部矿井的地下生产人员提供较为适宜的采矿工作环境。
　　论文以潞安矿业集团姚家山矿千米矿井的工程地质条件为研究背景，以矿井热源分析和热害防治的相关理论为依据，首先对矿井热源及热交换原理进行逐一的归类和详细的研究，然后通过对井下巷道布置及参数的构思，建立了深部矿井的热力学计算模型，并对模型进行分块，选取一些具有典型意义的区域为特征点，计算各特征点的热量、风流温度及需冷量，最后为遭受热害影响的22106运输平巷和22106采煤工作面，提出安装井下集中式移动空调的降温方案，并通过定点实测结果的对比分析，验证降温效果。论文通过对潞安矿业集团姚家山矿千米深井的热害防治与降温工程研究实例，表明矿井热害降温的具体实施过程，总共需要八个步骤，包括矿井热害的调研、矿井内重要热害资料及关键热力学参数的采集、热力学理论预测模型的建立、热计算模块的划分及特征点的选取、特征点放热量及风流温度的计算、总结提出重要的热害区域并选择适宜的降温方案、需冷量计算并验证降温方案的技术经济可行性以及对比分析实际的降温效果。
　　论文对矿井热害的各种防治措施进行归类，分析了各种降温手段的优缺点，并归纳了各种降温措施的适用范围。总之，随着开采深度的增加，地质条件的复杂化，热害治理的手段不能局限为单一的方法，需要针对性地结合通风、冰冷或水冷降温，对比较突出的热源实施降温控制、再配合使用其他局部性的降温措施，才能达到理想的降温效果。
　　论文还简述了现代化新型井下降温技术，展望了未来的深井降温技术。
　　姚家山千米深井的降温研究实例，充分验证了论文热力学计算模型及理论计算对实际降温工作的指导意义，为热害区域降温方案的选择提供了计算方法和理论依据，对以后其他矿井中类似的热环境计算问题也有一定的借鉴价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文研究的背景

1．1．1 问题的提出

1．1．2 课题的研究的目的

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外热害防治研究

1．2．2 国内热害防治研究

1．3 研究内容及方法

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

第二章 矿井的热源分析

2．1 热源分类

2．1．1 地热形成

2．1．2 热害来源

2．1．3 地温类型和热害等级

2．2 空气放热

2．2．1 地表大气放热

2．2．1 风流的压缩和膨胀

2．3 地质放热

2．3．1 围岩放热

2．3．2 热水放热

2．4 生产过程放热

2．4．1 运输过程煤炭与矸石放热

2．4．2 机电设备放热

2．4．3 自然氧化物放热

2．4．4 人体放热

2．5 本章小结

第三章 姚家山煤矿降温预测实例

3．1 降温研究准备工作

3．1．1 井下现状及热害情况

3．1．2 研究任务及准备工作

3．1．3 井下热计算模型建立

3．1．4 矿井初始参数采集

3．2 矿井热计算

3．2．1 进风井热计算

3．2．2 运输大巷热计算

3．2．3 运输平巷热计算

3．2．4 回采工作面热计算

3．3 矿井降温措施

3．3．1 22106运输平巷降温方案

3．3．2 22106采煤工作面降温方案

3．3．3 降温效果分析

3．4 降温后回风巷及出风井温度预测

3．4．1 回风平巷热计算

3．4．2 回风大巷热计算

3．4．3 出风井热计算

3．5 矿井延伸温度预测

3．6 本章小结

第四章 矿井热害防治技术分析

4．1 通风降温

4．1．1 改良通风系统

4．1．2 改善通风条件

4．1．3 调热巷道通风

4．1．4 其它通风降温措施

4．2 冰冷降温

4．2．1 空调制冷降温技术

4．2．2 人工制冰降温技术

4．3 控制热源降温

4．3．1 机械热的控制

4．3．2 岩壁绝热

4．3．3 向煤层内注水

4．3．4 管道热及热水的处理

4．3．5 采空区降温

4．4 个体防护措施

4．5 本章小结

第五章 矿井新型降温技术探讨

5．1 隔热-换热-压缩空气制冷综合技术

5．1．1 降温技术简介

5．1．2 隔热材料的选择

5．1．3 换热袋的规格及使用方法

5．1．4 气压缩制冷装置的组成及工作原理

5．2 其它降温新型技术

5．2．1 压缩空气制冷技术

5．2．2 HEMS降温系统

5．2．3 空气透平膨胀制冷系统

5．2．4 压气蒸发冷却技术

5．2．5 热-电-乙二醇降温冷却技术

5．2．6 利用瓦斯发电制冷降温技术

5．2．7 热管降温技术

5．3 本章小结

第六章 主要结论及存在问题

6．1 主要结论

6．2 存在问题

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文及科研项目