高溫礦井風(fēng)流熱濕交換與熱害控制

第1章 緒論 1

1.1 礦井高溫高濕危害 1

1.2 礦井熱害研究的主要成果 2

1.3 礦井熱害研究的不足 5

第2章 礦井熱源 6

2.1 地表大氣狀態(tài)的變化 6

2.2 空氣的自壓縮溫升 7

2.3 圍巖傳熱 9

2.4 機(jī)電設(shè)備放熱 11

2.4.1 采掘機(jī)械的放熱量 11

2.4.2 提升運(yùn)輸設(shè)備的放熱量 12

2.4.3 電機(jī)車工作時的放熱量 14

2.4.4 電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時的放熱量 14

2.4.5 扇風(fēng)機(jī)的放熱量 14

2.4.6 燈具的放熱量 15

2.4.7 水泵的放熱量 15

2.5 其他熱源 15

2.5.1 氧化放熱 15

2.5.2 水放熱 16

2.5.3 人員放熱 16

2.5.4 其余熱源 17

第3章 高溫高濕環(huán)境下的人機(jī)工程學(xué) 18

3.1 引言 18

3.2 高溫高濕環(huán)境人體生理反應(yīng) 20

3.2.1 神經(jīng)系統(tǒng) 21

3.2.2 心血管系統(tǒng) 21

3.2.3 呼吸系統(tǒng) 26

3.2.4 熱代謝 29

3.2.5 水鹽代謝 36

3.2.6 能量代謝 37

3.3 人體的熱調(diào)節(jié)與熱適應(yīng) 39

3.3.1 人體的熱調(diào)節(jié) 39

3.3.2 人體的熱適應(yīng) 43

3.4 按勞動舒適程度評價礦井環(huán)境質(zhì)量的指標(biāo) 47

3.4.1 濕球溫度 47

3.4.2 卡他度 47

3.4.3 有效溫度 49

3.4.4 綜合溫標(biāo) 51

3.4.5 比冷卻力 51

3.5 礦井環(huán)境對人體及勞動生產(chǎn)率的影響 53

3.5.1 礦井環(huán)境對人體的影響 53

3.5.2 高溫對勞動生產(chǎn)率的影響 53

3.5.3 高溫事故 54

3.6 我國高溫高濕作業(yè)的安全標(biāo)準(zhǔn) 55

3.6.1 《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》標(biāo)準(zhǔn) 55

3.6.2 《高溫作業(yè)分級》標(biāo)準(zhǔn) 56

第4章 礦井空氣熱濕交換原理 58

4.1 熱傳導(dǎo) 59

4.1.1 熱傳導(dǎo)定律 59

4.1.2 不穩(wěn)定熱傳導(dǎo) 61

4.2 對流換熱 63

4.3 復(fù)合傳熱 64

4.4 空氣與水之間的熱濕交換 67

4.4.1 熱濕交換原理 67

4.4.2 熱交換量的計(jì)算 68

4.4.3 空氣與水直接接觸時的狀態(tài)變化過程 69

第5章 礦井空氣熱濕交換計(jì)算方法 71

5.1 引言 71

5.1.1 數(shù)理統(tǒng)計(jì)法 71

5.1.2 模擬巷道法 73

5.1.3 數(shù)值分析法 75

5.2 圍巖熱傳導(dǎo)及調(diào)熱圈 77

5.2.1 圍巖熱傳導(dǎo)微分方程 77

5.2.2 調(diào)熱圈及其相關(guān)概念 78

5.2.3 調(diào)熱圈半徑的計(jì)算 79

5.3 流體與固體壁直接接觸時的對流傳熱微分方程組 80

5.4 空氣流過自由水面時的對流傳熱傳質(zhì)微分方程組 81

5.5 濕壁巷道與風(fēng)流間的熱濕交換 82

5.5.1 濕壁巷道與風(fēng)流之間的熱濕交換的微觀解釋 82

5.5.2 濕壁巷道對流傳熱傳質(zhì)微分方程組 83

5.6 井巷圍巖與風(fēng)流熱濕交換影響因素分析 87

5.6.1 礦內(nèi)風(fēng)流的流動狀態(tài) 87

5.6.2 對流換熱的特征和影響因素 87

5.6.3 對流換熱系數(shù) 88

5.6.4 不穩(wěn)定傳熱系數(shù) 90

5.6.5 井巷傳質(zhì)常用方法 92

5.6.6 井巷圍巖與風(fēng)流熱濕計(jì)算的趨勢 93

第6章 井巷圍巖與風(fēng)流熱濕交換的數(shù)值模擬 95

6.1 計(jì)算流體動力學(xué)的相關(guān)理論 95

6.1.1 計(jì)算流體動力學(xué)的求解步驟 95

6.1.2 相關(guān)控制方程 96

6.1.3 控制方程的離散化 98

6.1.4 離散方程的求解方式 99

6.1.5 湍流的數(shù)值模擬 101

6.2 CFD在FLUENT軟件中的應(yīng)用 102

6.2.1 FLUENT軟件簡介 102

6.2.2 FLUENT軟件求解的步驟 104

6.2.3 流體數(shù)值模擬的動力學(xué)控制方程 105

6.3 邊界條件 106

6.3.1 固壁邊界條件（wall） 107

6.3.2 速度進(jìn)口邊界條件（velocity-inlet） 108

6.3.3 自由流出邊界條件（outflow） 108

6.4 流體計(jì)算數(shù)值模擬的分析 108

第7章 礦井熱害防治常用技術(shù) 110

7.1 通風(fēng)降溫 110

7.1.1 改良通風(fēng)系統(tǒng) 110

7.1.2 改善通風(fēng)條件 111

7.1.3 調(diào)溫巷道通風(fēng) 111

7.1.4 其他通風(fēng)降溫措施 111

7.2 冰冷降溫 112

7.2.1 空調(diào)制冷降溫技術(shù) 112

7.2.2 人工制冰降溫技術(shù) 113

7.3 控制熱源降溫 115

7.3.1 機(jī)械熱的控制 115

7.3.2 向煤層內(nèi)注水 115

7.3.3 管道熱及熱水的處理 116

7.3.4 采空區(qū)降溫 116

7.4 個體防護(hù)措施 116

7.5 隔熱-換熱-壓縮空氣制冷綜合技術(shù) 117

7.5.1 降溫技術(shù)簡介 117

7.5.2 隔熱材料的選擇 117

7.5.3 換熱袋的規(guī)格及使用方法 118

7.5.4 氣壓縮制冷裝置 119

7.6 其他新型降溫技術(shù) 120

7.6.1 壓縮空氣制冷技術(shù) 120

7.6.2 HEMS降溫系統(tǒng) 120

7.6.3 空氣透平膨脹制冷系統(tǒng) 121

7.6.4 壓氣蒸發(fā)冷卻技術(shù) 121

7.6.5 熱電乙二醇降溫冷卻技術(shù) 121

7.6.6 瓦斯發(fā)電制冷降溫技術(shù) 122

7.6.7 熱管降溫技術(shù) 122

第8章 礦井制冷降溫系統(tǒng) 設(shè)計(jì)方案優(yōu)選決策 123

8.1 引言 123

8.1.1 決策理論 123

8.1.2 決策理論在礦業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用 125

8.1.3 礦井降溫系統(tǒng)確定的步驟 125

8.2 礦井制冷降溫系統(tǒng)方案決策評價指標(biāo)及權(quán)值 126

8.2.1 礦井降溫系統(tǒng)方案決策評價指標(biāo)體系確立 126

8.2.2 按相對重要性序列矩陣法確定指標(biāo)權(quán)值 129

8.2.3 評價指標(biāo)的權(quán)值確定 131

8.3 礦井制冷降溫系統(tǒng)方案確定的多目標(biāo)決策法 132

8.3.1 評價值數(shù)據(jù)處理方法 133

8.3.2 多目標(biāo)決策法的步驟 134

8.3.3 專家評議法 135

第9章 國內(nèi)外礦井降溫工程實(shí)例 136

9.1 德國煤礦降溫概況 136

9.2 南非礦山降溫概況 139

9.3 河南平煤集團(tuán)礦井降溫概況 141

9.3.1 礦井熱害現(xiàn)狀 142

9.3.2 平煤五礦礦井降溫工程概況 142

9.3.3 存在的問題 146

9.3.4 近期降溫工作 146

9.3.5 長遠(yuǎn)降溫工作 146

9.4 國投新集礦業(yè)集團(tuán)礦井降溫概況 146

9.4.1 主要設(shè)備及參數(shù) 147

9.4.2 系統(tǒng)工藝流程 147

9.4.3 國內(nèi)配套設(shè)備情況 148

9.4.4 采掘工作面制冷降溫系統(tǒng)安裝方式 148

9.4.5 制冷降溫效果 149

9.4.6 存在的問題及經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn) 150

9.5 新汶礦業(yè)集團(tuán)孫村煤礦礦井降溫概況 153

9.5.1 -800m水平自然涌水排熱降溫工程 153

9.5.2 冰冷低溫輻射降溫技術(shù) 155

9.6 兗礦集團(tuán)巨野礦區(qū)趙樓礦井降溫概況 159

9.6.1 基建礦井地面噴淋臨時降溫技術(shù) 159

9.6.2 井下集中式永久制冷降溫技術(shù) 161

參考文獻(xiàn) 164