热害矿井掘进工作面热环境数值模拟研究

摘要

随着矿井开采深度的增加和采掘机械化程度的不断提高，深井热害已经成为制约煤矿安全开采的重大问题之一，矿内高温环境严重影响井下作业人员的身体健康和生产效率。因此开展对高温矿井的热环境研究具有重要的安全意义、经济意义。本文针对新巨龙公司1304N掘进工作面，利用理论分析，数值模拟，现场测试等方法对掘进工作面热环境进行研究。
　　本文首先通过实验测得工作面煤岩的热扩散系数和导热系数；根据现场实测数据得到围岩与风流的对流换热系数、风筒综合换热系数以及不稳定换热系数；对现场热环境参数进行测定，得到进风、回风风流焓值变化规律；然后分析掘进工作面围岩内部温度分布以及巷道风流场分布数学模型，建立了合适的物理模型，利用FLUENT软件对掘进工作面团岩内部温度分布以及工作面热环境分布进行了数值模拟，并利用空气龄和PMV-PPD指标对掘进工作面热环境进行评价。利用数值模拟分析不同因素对工作面热环境的影响，对比不同条件下工作面温度场、速度场、空气龄和PMV-PPD分布情况，根据数值模拟的结果，建立基于粒子群算法(PSO)寻优的支持向量机(SVM)掘进工作面热环境预测模型；然后在对掘进工作面进行热源分析的基础上，利用能量守恒推导出需冷量的计算公式，并分析工作面需冷量与热源散热之间的关系，计算出1304N掘进工作面需冷量为580.5kW，据此给出工作面空冷器额定制冷量选择的合理建议；根据对不同空冷器安装位置进行模拟，分析其对工作面制冷降温的影响。
　　研究表明：围岩温度场受送风温度以及风量的影响，一定范围内，温度大小决定换热量多少，风量大小决定换热能力大小；送风温度、送风量、与迎头距离对掘进工作面热环境都有一定影响，降低送风温度能够有效的改善热环境，增大风量对热环境影响有限，增大过度甚至有负效果，理论上距离迎头越近，工作面热环境越好，考虑实际情况5-8m比较合适；基于SVM模型的热环境预测结果表明，该模型预测精度高，运算快，是一种比较科学的模型，可以用于热环境的预测。将1台制冷量为250kW的空冷器布置在距离迎头350m-200m范围，就能够能够使1304N工作面有较好的降温效果。

目录

声明

1绪论

1.1选题背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容及技术路线

2掘进工作面热环境基础参数测定

2.1煤岩导热系数测定

2.2围岩与风流对流换热系数测定

2.3风流与围岩的不稳定换热系数测定

2.4风筒综合换热系数的测定

2.5掘进工作面热环境参数测定

2.6本章小结

3掘进工作面热环境模型建立及数值模拟

3.1数学模型

3.2掘进工作面围岩温度场分布数值模拟

3.3掘进工作面热环境数值模拟

3.4本章小结

4掘进工作面热环境影响因素分析及数值模拟

4.1送风温度对热环境的影响

4.2风量对热环境的影响

4.3风筒出口距离迎头距离对热环境的影响

4.4不同组合条件对热环境影响

4.5基于支持向量机的掘进工作面热环境预测

4.6本章小结

5掘进工作面制冷降温控制方案

5.1掘进工作面降温系统

5.2工作面热源研究

5.3掘进工作面需冷量计算

5.4掘进工作面制冷系统空冷器布置优化

5.5本章小结

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录