高温深井降温技术及其经济性研究

摘要

随着采矿工业的发展，矿井开采深度逐渐增加，综合机械化程度不断提高，地热和井下设备向井下空气散发的热量显著增加，各类矿井所面临的热害问题也越来越严重，矿内高温、高湿环境严重影响井下作业人员的身体健康，矿井热害逐渐成为与瓦斯、煤尘、顶板、火、水等同样严重的煤矿井下自然灾害。而且研究表明，矿井热害现已成为制约矿井开采深度的关键性因素。因此，为给井下创造一个可承受的工作气候环境，必须在矿井的生产周期中全面关注矿井热害问题，本论文就针对在矿井正常生产过程中所要面临的热害问题，在理论分析和实际数据分析的基础上，提出几种新型矿井降温制冷系统，分析各自的特点，找出合理的解决方式。
　　对井下影响井下热环境的主客观进行分析，从以下几个方面着手，即围岩散热、运输中的煤和矸石散热、空气的自压缩散热、地下热水散热以及人体和机械设备的散热等。在根据建筑环境学中关于人体热平衡的相关知识，综合评定井下热环境的相关参数。
　　结合实际淮南某矿井在生产运行中的实际数据，再根据前一部分中的相关理论关系式，计算出影响井下热环境的各部分热源的实际产热量，并与通风系统结合。分析通风系统对井下环境的影响，从而确定整个矿井机械降温系统的功耗，为下面选择合适的制冷降温系统做准备。
　　分别对矿井水冷却空调降温系统、低温空调降温系统、冰冷却空调降温系统以及冷热电联产降温系统进行分析，并详细说明了以上各种系统所涉及的设备、管道以及系统运行的影响因素等。
　　在前几部分的基础之上，结合现代经济评估方法，采用费用类经济评价方法综合生产实际应用问题对矿井降温系统进行经济评价。分析每种制冷降温系统的优势以及不足之处。
　　本论文在前人的基础之上，结合作者在矿山实习中产中所遇到的问题，从理论上分析得到矿井冰冷却空调降温系统结合冷热电联产技术在实际运行过程中最为经济，是最理想的矿井制冷降温系统，但是该系统仍然有很多问题有待进一步解决。

目录

声明

摘要

插图或附表清单

1 绪论

1．1 课题的提出

1．2 课题研究目的和意义

1．3 高温矿井降温技术国内外研究动态

1．3．1 国内研究动态

1．3．2 国外研究动态

1．4 课题研究的内容及技术路线

1．4．1 课题研究内容

1．4．2 技术路线图

2 影响矿井热害的主要热源分析

2．1 矿井客观热源

2．1．1 地表大气温度形成的热场

2．1．2 流体自压缩(或膨胀)所形成的热场

2．1．3 围岩散热形成的热场

2．1．4 运输中煤炭及矸石的散热形成的热场

2．1．5 井巷中热水散热形成的热场

2．1．6 氧化放热形成的热场

2．2 矿井主观热源

2．2．1 机电设备散热形成的热场

2．2．2 人员散热形成的热场

2．2．3 风动机具

2．2．4 其他特殊热源

2．3 人体的热平衡与矿井环境质量的关系

2．3．1 人体的热平衡

2．3．2 人体散热方式及其影响因素

2．4 本章小结

3 通风系统对井下环境的影响

3．1 矿井热源的放热计算

3．1．1 空气自压缩放热量

3．1．2 井巷围岩传热的计算

3．1．3 运输中煤炭及矸石的散热量

3．1．4 井巷中热水散热量

3．1．5 矿内机电设备及电力照明设备散热量

3．1．6 人员散热量

3．2 矿井热湿处理的热负荷

3．3 矿内通风系统

3．4 矿内通风系统对降温的影响

3．5 本章小结

4 水冷却空调降温技术

4．1 矿用空调系统简介

4．2 矿内水系统的组成

4．2．1 矿内水系统所承担的的冷负荷

4．2．2 地面集中制冷设备选择

4．2．3 冷冻水运输管道的选择

4．2．4 地下散热设备

4．3 矿内水系统运行中的影响因素

4．3．1 地面集中制冷系统的影响

4．3．2 供冷管道的静压处理

4．4 矿内低温制冷系统的组成

4．5 矿内低温制冷系统运行中的影响因素

4．5．1 管道保温处理

4．5．2 井底二次换热处理

4．6 本章小结

5 冰冷却空调降温技术

5．1 冰冷却空调降温系统简介

5．2 矿内冰系统所承担的的冷负荷

5．3 矿内冰系统的组成

5．3．1 冰的制备

5．3．2 冰的输送

5．3．3 冰的融解

5．4 矿内冰系统运行中的影响因素

5．5 本章小结

6 以溴化锂吸收式制冷技术为基础的冷热电联产技术

6．1 溴化锂吸收式制冷简介

6．1．1 溴化锂吸收式制冷的主要组成部分

6．1．2 溴化锂吸收式制冷的工作原理

6．1．3 溴化锂吸收式冷热电联产技术

6．2 矿井溴化锂吸收式制冷的组成

6．2．1 矿内溴化锂系统所承担的的冷负荷

6．2．2 矿井溴化锂系统设备选择

6．3 溴化锂吸收式制冷运行中的影响因素

6．4 本章小结

7 矿井降温技术经济分析

7．1 矿井降温的技术经济评价指标

7．1．1 采掘工作面的经济效益

7．1．2 单位制冷量费用

7．1．3 性能系数COP

7．1．4 年吨煤降温成本

7．2 矿井降温系统的经济性评价方法

7．3 实例分析

7．4 本章小结

8 结论与展望

8．1 结论

8．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果