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Ventsim系统应用于高温矿井降温定量分析
煤矿是我国的主要能源之一。随着社会的发展和煤炭资源开发的日益加强,矿井的开采深度不断增大。目前,世界各主要采煤国家相继进入深部开采,开采深度的逐步增加,地温也随之升高。从而导致井下工作环境温度也升高,恶化了工作条件。德国和俄罗斯的一些矿山开采深度己达1400~1500m;南非卡里顿维尔金矿开采深度达3800m,竖井井底己达地表以下4146m;加拿大超千米的矿井有30座,美国有11座。我国煤矿在八十年代平均开采深度为288m,到九十年代时已达428m,并且平均每年以8~12m的速度增加,采深超过1000m的矿井已经出现。
据世界各地的测量资料,全球平均地温梯度约为3℃/100m。而据我国矿井高温热害普查资料统计,我国目前已有65对矿井出现了不同程度的热害,其中38对矿井的采掘工作面气温超过30℃。据我国煤田地温观测资料统计,百米地温梯度为2~4℃/100m。世界各国均已对井下温度做出规定,我国最新实施的《煤矿安全规程》规定,生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26℃,机电设备硐室的空气温度不得超过30℃。
地下空间热源种类较多,其中的风流本身具备一定的排热能力,但当深采达到通风解决热害问题的极限时,就需要大规模制冷降温。相反,在寒冷季节,入风需要加热,以满足工人和设备的温度需要。为确定制冷规模,就需要量化井下热源。矿井下三个主要热源是:空气压缩热(风流下行由势能转化成热能)、机电设备散热、来自岩层的地热。其中地热的量化最复杂。
 
图示:设备热源和人工热源/冷源建模
 
1.井下气温的影响因素
>  地面气候条件的影响
井上气候条件的季节性变化直接影响井下微气候的变化:冬天,井上气温低,井下气温也较低;夏天,井上气温很高,井下气温也升高;上下波动幅度是3~10 ℃。随着矿井开采深度的逐渐增大,井下季节性温差则越来越小。
>  空气向下流动压缩放热
当空气沿着立井、斜井及斜巷向下流动时,受自重的压缩,使其焓值增大,因而风流的温度也升高。
>  机电设备放热
随着机械化、生产集中化程度的提高和产量的增大,井下机电设备型号也增大,其散热量也增大很多,必然影响采掘工作面的风温。
>  开采深度的影响
矿井的井下围岩温度都按照自然规律变化,即深度越大,岩温越高;随着深度的增加地温梯度( ℃/ 100m) 也增大。
>  地下水和地质构造的影响
根据中国科学院地质研究所提供的资料,各高温煤矿的地下水对局部地点的温升都有不同程度的影响。
2.井下高温对人员及生产的影响
高温作业环境不但极大消耗着职工的体力,降低了职工的劳动效率,也影响着职工的身心健康,容易使职工产生疲劳虚脱,不利于安全生产,加大了安全管理难度,给矿井的安全生产及日常管理带来了极大的威胁。同时由于高温,加大了通风费用及人工工资,直接影响到矿井生产成本的控制,也影响到矿井职工队伍的稳定,滞约着企业的经营与发展。
目前,避开局部热源、加强通风、预冷进风风流等优化通风系统的方法在我国矿井热害治理中应用较为成熟,对隔绝高温围岩、个体防护和水冷却技术的研究也有很大的进展。因此,加强通风是矿井降温的主要技术途径,通风降温的主要措施包括加大矿井风量和选择合理的矿井通风系统。
因此结合Ventsim系统软件进行风流模拟、热模拟,可以快速查找出热源,并给出制冷降温措施实施建议。从而设计出合理的矿井通风系统,降低矿井温度,优化井下工人工作环境,保证安全、高效的生产目标。
3.Ventsim系统热模拟分析
第一步 建立矿井通风系统模型
第二步 热模拟
     Ventsim三维通风仿真系统的热模拟综合考虑了引起矿井高温的因素:包括地面气候条件、空气压缩放热、机电设备、岩石温度、海拔等对温度的影响。模拟过程如下。
(1)为了进行热模拟,必须了解井下热源大致位置,通过模拟得出热量扩散路径,从而制定相应的降温措施。因此,首先在模型中输入热源。
(2)热源输入后,就可以进行热模拟。热模拟的默认设置更改可以从菜单-设置里的“模拟热、模拟环境”进行修改。进行热模拟时可以在状态栏看到模拟过程进行的程度,如迭代次数,最大温度错误等信息。模拟成功后,可以通过数据显示或颜色管理器查看模拟结果。通过颜色区分热量分布。从而制定有效的降温措施。
(3)模拟结果可以通过查看运行-报告查看。其中有具体数值与图示两种方式。
4.常用降温制冷方式
目前常用矿井降温措施:
l  通风系统改造
通风方法:1.掘进面,根据供风距离确定合适的巷道断面
2.综采工作面,加强采空区管理
3.采用喷淋器,除尘洒水
4.增大通风量,改变通风方式(下行风)
>  独立疏排热水
>  机械制冷降温
国内外降温方式分为集中式和分散式(移动式)两种,冷源方式有人工冷源与天然冷源两种,任何方式的选取要充分结合已有条件,并要便于冷量调节。
机械制冷方式:井下井上联合集中机械制冷降温;井下井上分段多家联合集中机械制冷降温;井下局部机械制冷降温(机械制冷、冰块制冷、空气膨胀制冷降温);井下集中和局部冷水机组降温、地面集中冷水机组降温和地面集中致冰机组。使用效果最好的是井下联合集中机械制冷降温方式、地面集中致冰机组。
 
 
 

 

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