礦井空氣調(diào)節(jié)概論

礦井空氣調(diào)節(jié)概論第1頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)井口空氣加熱一、井口空氣加熱方式井口一般采用空氣加熱器對(duì)冷空氣進(jìn)行加熱，其加熱方式有兩種。1.井口房不密閉的加熱方式當(dāng)井口房不宜密閉時(shí)，被加熱的空氣需設(shè)置專用的通風(fēng)機(jī)送入井筒或井口房。這種方式按冷、熱風(fēng)混合的地點(diǎn)不同，又分以下三種情況：（1）冷、熱風(fēng)在井筒內(nèi)混合:這種布置方式是將被加熱的空氣通過(guò)專用通風(fēng)機(jī)和熱風(fēng)道送入井口以下2m處，在井筒內(nèi)進(jìn)行熱風(fēng)和冷風(fēng)的混合，如圖8-1-1所示。（2）冷、熱風(fēng)在井口房?jī)?nèi)混合:這種布置方式是將熱風(fēng)直接送入井口房?jī)?nèi)進(jìn)行混合，使混合后的空氣溫度達(dá)到2℃以上后再進(jìn)入井筒，如圖8-1-2所示。第2頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）冷、熱風(fēng)在井口房和井筒內(nèi)同時(shí)混合這種布置方式是前兩種方式的結(jié)合，它將大部分熱風(fēng)送入井筒內(nèi)混合，而將小部分熱風(fēng)送入井口房?jī)?nèi)混合，其布置方式如圖8-1-3所示。以上三種方式相比較，第一種方式冷、熱風(fēng)混合效果較好，通風(fēng)機(jī)噪聲對(duì)井口房的影響相對(duì)較小，但井口房風(fēng)速大、風(fēng)溫低，井口作業(yè)人員的工作條件差，而且井筒熱風(fēng)口對(duì)面井壁、上部罐座和罐頂保險(xiǎn)裝置有凍冰危險(xiǎn)；第二種方式井口房工作條件有所改善，上部罐座和罐頂保險(xiǎn)裝置凍冰危險(xiǎn)減少，但冷、熱風(fēng)的混合效果不如前者，而且井口房?jī)?nèi)風(fēng)速較大，尤其是通風(fēng)機(jī)的噪聲對(duì)井口的通訊信號(hào)影響較大；第三種方式綜合了前兩種的優(yōu)點(diǎn)，而避免了其缺點(diǎn)，但管理較為復(fù)雜。

第3頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

圖8-1-21─通風(fēng)機(jī)房；2─空氣加熱室；3─空氣加熱器；4─通風(fēng)機(jī)；5─井筒圖8-1-1

1─通風(fēng)機(jī)房；2─空氣加熱室；3─空氣加熱器；4─通風(fēng)機(jī)；5─熱風(fēng)道；6─井筒圖8-1-3

1─通風(fēng)機(jī)房；2─空氣加熱室；3─空氣加熱器；4─通風(fēng)機(jī)；5─熱風(fēng)道；6─井筒。第4頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.井口房密閉的加熱方式

當(dāng)井口房有條件密閉時(shí)，熱風(fēng)可依靠礦井主要通風(fēng)機(jī)的負(fù)壓作用而進(jìn)入井口房和井筒，而不需設(shè)置專用的通風(fēng)機(jī)送風(fēng)。采用這種方式，大多是在井口房?jī)?nèi)直接設(shè)置空氣加熱器，讓冷、熱風(fēng)在井口房?jī)?nèi)進(jìn)行混合。對(duì)于大型礦井，當(dāng)井筒進(jìn)風(fēng)量較大時(shí)，為了使井口房風(fēng)速不超限，可在井口房外建立冷風(fēng)塔和冷風(fēng)道，讓一部分冷風(fēng)先經(jīng)過(guò)冷風(fēng)道直接進(jìn)入井筒，使冷、熱風(fēng)即在井口房混合又在井筒內(nèi)混合。采用這種方式時(shí)，應(yīng)注意防止冷風(fēng)道與井筒聯(lián)接處結(jié)冰。井口房不密閉與井口房密閉這兩種井口空氣加熱方式相比，其優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表8-1-1。

第5頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月井口空氣加熱方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)井口房不密閉時(shí)1．井口房不要求密閉；2．可建立獨(dú)立的空氣加熱室，布置較為靈活；3．在相同風(fēng)量下，所需空氣加熱器的片數(shù)少。1．井口房不要求密閉；2．可建立獨(dú)立的空氣加熱室，布置較為靈活；3．在相同風(fēng)量下，所需空氣加熱器的片數(shù)少。井口房密閉時(shí)1．井口房工作條件好；2．不需設(shè)置專用通風(fēng)機(jī)，設(shè)備投資少。1．井口房密閉增加礦井通風(fēng)阻力；2．井口房漏風(fēng)管理較為麻煩。表8-1-1井口空氣加熱方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較表第6頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、空氣加熱量的計(jì)算1.計(jì)算參數(shù)的確定(1)室外冷風(fēng)計(jì)算溫度的確定。井口空氣防凍加熱的室外冷風(fēng)計(jì)算溫度，通常按下述原則確定：立井和斜井采用歷年極端最低溫度的平均值；平硐采用歷年極端最低溫度平均值與采暖室外計(jì)算溫度二者的平均值。(2)空氣加熱器出口熱風(fēng)溫度的確定。通過(guò)空氣加熱器后的熱風(fēng)溫度，根據(jù)井口空氣加熱方式按表8-1-2確定。送風(fēng)地點(diǎn)熱風(fēng)溫度(℃)送風(fēng)地點(diǎn)熱風(fēng)溫度(℃)立井井筒60～70正壓進(jìn)入井口房20～30斜井或平硐40～50負(fù)壓進(jìn)入井口房10～20表8-1-2空氣加熱器后熱風(fēng)溫度的確定第7頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.空氣加熱量的計(jì)算井口空氣加熱量包括基本加熱量和附加熱損失兩部分，其中附加熱損失包括熱風(fēng)道、通風(fēng)機(jī)殼及井口房外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱損失等。基本加熱量即為加熱冷風(fēng)所需的熱量，在設(shè)計(jì)中，一般附加熱損失可不單獨(dú)計(jì)算，總加熱量可按基本加熱量乘以一個(gè)系數(shù)求得。即總加熱量Q，可按公式（8-1-1）計(jì)算：，KW(8-1-1)M─井筒進(jìn)風(fēng)量，Kg/s；CP─空氣定壓比熱，Cp=1.01KJ/（Kg·K）。α─熱量損失系數(shù)，井口房不密閉時(shí)α=1.05～1.10，密閉時(shí)α=1.10～1.15；th─冷、熱風(fēng)混合后空氣溫度，可取2℃；tl─室外冷風(fēng)溫度，℃；

第8頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、空氣加熱器的選擇計(jì)算1.基本計(jì)算公式(1)通過(guò)空氣加熱器的風(fēng)量，Kg/s（8-1-3）

M1─通過(guò)空氣加熱器的風(fēng)量，Kg/s；th0─加熱后加熱器出口熱風(fēng)溫度，℃，按表8-1-2選?。黄溆喾?hào)意義同前。(2)空氣加熱器能夠供給的熱量Q‘＝kS△tp，KW(8-1-4)Q＇─空氣加熱器能夠供給的熱量，KW；K─空氣加熱器的傳熱系數(shù)，KW/（m2·K）；S─空氣加熱器的散熱面積，m2；△tp─熱媒與空氣間的平均溫差，℃。

當(dāng)熱媒為蒸汽時(shí)：△tp=tv-(tl+th0)/2,℃(8-1-5)

當(dāng)熱媒為熱水時(shí)：△tp=(tw1+tw2)/2-(te+tho)/2，℃(8-1-6)tv─飽和蒸汽溫度，℃；tw1、tw2─熱水供水和回水溫度，℃；其余符號(hào)意義同前。第9頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月空氣加熱器常用的在不同壓力下的飽和蒸汽溫度，見(jiàn)表8-1-32.選擇計(jì)算步驟空氣加熱器的選擇計(jì)算可按下述方法和步驟進(jìn)行：初選加熱器的型號(hào)初選加熱器的型號(hào)首先應(yīng)假定通過(guò)空氣加熱器的質(zhì)量流速(vρ)’，一般井口房不密閉時(shí)(vρ)‘可選4～8Kg/m2.s,井口房密閉時(shí)(vρ)’可選2～4Kg/m2.s。然后按下式求出加熱器所需的有效通風(fēng)截面積S＇：

S＇＝M1/(vρ)＇，m2(8-1-7)

在加熱器的型號(hào)初步選定之后，即可根據(jù)加熱器實(shí)際的有效通風(fēng)截面積，算出實(shí)際的(vρ)值。蒸汽壓力(KPa)≤3098196245294343392飽和蒸汽溫度(℃)100119.6132.8138.2142.9147.2151表8-1-3不同壓力下的飽和蒸汽溫度第10頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）計(jì)算加熱器的傳熱系數(shù)表8-1-4中列舉了部分國(guó)產(chǎn)空氣加熱器傳熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)公式，供學(xué)習(xí)時(shí)參考，更詳細(xì)的資料請(qǐng)查閱有關(guān)手冊(cè)。如果有的產(chǎn)品在整理傳熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)公式時(shí)，用的不是質(zhì)量流速（vρ），而是迎面風(fēng)速vy,則應(yīng)根據(jù)加熱器有效截面積與迎風(fēng)面積之比α值（α稱為有效截面系數(shù)），使用關(guān)系式，由vρ求出vy后，再計(jì)算傳熱系數(shù)。如果熱媒為熱水，則在傳熱系數(shù)的計(jì)算公式中還要用到管內(nèi)水流速VW。加熱器管內(nèi)水流速可按下式計(jì)算：

m/s(8-1-8)VW─加熱器管內(nèi)水的實(shí)際流速，m/s；Sw─空氣加熱器熱媒通過(guò)的截面積，m2；C─水的比熱，C＝4.1868KJ/Kg·K。其余符號(hào)意義同前。

第11頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月加熱器型號(hào)熱媒傳熱系數(shù)K(W/m2·K)空氣阻力ΔH(Pa)熱水阻力Δh(KPa)5、6、10D5、6、10ZSRZ型5、6、10X7D7Z7X蒸汽14．6(vρ)0.4914．6(vρ)0.4914．5(vρ)0.53214．3(vρ)0.5114．6(vρ)0.4915.1(vρ)0.571

1.76(vρ)1.9981.47(vρ)1.980.88(vρ)2.122.06(vρ)1.172.94(vρ)1.521.37(vρ)1.917

D型：15.2VW1.96Z、X型：15.2VW1.96B×A/2SRL型B×A/3B×A/2B×A/3蒸汽熱水15.2(vρ)0.5015.1(vρ)0.4316.5(vρ)0.2414.5(vρ)0.291.71(vρ)1.673.03(vρ)1.621.5(vρ)1.582.9(vρ)1.58表8-1-4部分國(guó)產(chǎn)空氣加熱器的傳熱系數(shù)和阻力計(jì)算公式表注:vρ─空氣質(zhì)量流速,Kg/m2.s；VW─水流速，m/s。第12頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）計(jì)算所需的空氣加熱器面積和加熱器臺(tái)數(shù)空氣加熱器所需的加熱面積可按下式計(jì)算：

m2(8-1-9)

式中符號(hào)意義同前。計(jì)算出所需加熱面積后，可根據(jù)每臺(tái)加熱器的實(shí)際加熱面積確定所需加熱器的排數(shù)和臺(tái)數(shù)。(4)檢查空氣加熱器的富余系數(shù)，一般取1.15～1.25。(5)計(jì)算空氣加熱器的空氣阻力△H，計(jì)算公式見(jiàn)表8-1-4。(6)計(jì)算空氣加熱器管內(nèi)水阻力△h，計(jì)算公式也見(jiàn)表8-1-4。第13頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)礦井主要熱源及其散熱量

要進(jìn)行礦井空調(diào)設(shè)計(jì)，首先就必須了解引起礦井高溫?zé)岷Φ闹饕绊懸蛩?。能引起礦井氣溫值升高的環(huán)境因素統(tǒng)稱為礦井熱源。一、井巷圍巖傳熱1．圍巖原始溫度的測(cè)算

圍巖原始溫度是指井巷周圍未被通風(fēng)冷卻的原始巖層溫度。由于在地表大氣和大地?zé)崃鲌?chǎng)的共同作用下，巖層原始溫度沿垂直方向上大致可劃分為三個(gè)層帶：變溫帶：在地表淺部由于受地表大氣的影響，巖層原始溫度隨地表大氣溫度的變化而呈周期性地變化，稱為變溫帶。恒溫帶：隨著深度的增加，巖層原始溫度受地表大氣的影響逐漸減弱，而受大地?zé)崃鲌?chǎng)的影響逐漸增強(qiáng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一深度處時(shí)，二者趨于平衡，巖溫常年基本保持不變，這一層帶稱為恒溫帶，恒溫帶的溫度約比當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁馗?～2℃。第14頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月增溫帶：在恒溫帶以下，由于受大地?zé)崃鲌?chǎng)的影響，在一定的區(qū)域范圍內(nèi)，巖層原始溫度隨深度的增加而增加，大致呈線性的變化規(guī)律，這一層帶稱為增溫帶。地溫率：在增溫帶內(nèi)，巖層原始溫度隨深度的變化規(guī)律可用地溫率或地溫梯度來(lái)表示。地溫率是指恒溫帶以下巖層溫度每增加1℃，所增加的垂直深度，即：

m/℃(8-2-1)地溫梯度：指恒溫帶以下，垂直深度每增加100m時(shí)，原始巖溫的升高值，它與地溫率之間的關(guān)系為：Gr=100/gr℃/100m(8-2-2)

gr─地溫率，m/℃；Gr─地溫梯度，℃/100m；

Z0、Z─恒溫帶深度和巖層溫度測(cè)算處的深度，m；tr0、tr─恒溫帶溫度和巖層原始溫度，℃。若已知gr或Gr及Z0、tr0，則對(duì)式（8-2-1）、式（8-2-2）進(jìn)行變形后,即可計(jì)算出深度為Zm的原巖溫度tr。第15頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

礦區(qū)名稱恒溫帶深度Z0(m)恒溫帶溫度tr0(℃)地溫率gr(m/℃)遼寧撫順山東棗莊平頂山礦區(qū)羅河鐵礦區(qū)安徽淮南潘集遼寧北票臺(tái)吉廣西合山浙江長(zhǎng)廣湖北黃石25～30402525252720313110.517.017.218.916.810.623.118.918.8304531～2159～2533.740～37404443.3～39.8

表8-2-1我國(guó)部分礦區(qū)恒溫帶參數(shù)

表8-2-1列出的我國(guó)部分礦區(qū)恒溫帶參數(shù)和地溫率數(shù)值，僅供參考。第16頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．圍巖與風(fēng)流間傳熱量井巷圍巖與風(fēng)流間的傳熱是一個(gè)復(fù)雜的不穩(wěn)定傳熱過(guò)程。井巷開(kāi)掘后，隨著時(shí)間的推移，圍巖被冷卻的范圍逐漸擴(kuò)大，其所向風(fēng)流傳遞的熱量逐漸減少；而且在傳熱過(guò)程中由于井巷表面水分蒸發(fā)或凝結(jié)，還伴隨著傳質(zhì)過(guò)程發(fā)生。為簡(jiǎn)化研究，目前常將這些復(fù)雜的影響因素都?xì)w結(jié)到傳熱系數(shù)中去討論。因此，井巷圍巖與風(fēng)流間的傳熱量可按下式來(lái)計(jì)算：Qr＝KτUL(trm-t)，KW(8-2-5)Qr─井巷圍巖傳熱量，KW；

Kτ─圍巖與風(fēng)流間的不穩(wěn)定換熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；

U─井巷周長(zhǎng)，m；L─井巷長(zhǎng)度，m；

trm─平均原始巖溫，℃；t─井巷中平均風(fēng)溫，℃。第17頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圍巖與風(fēng)流間的不穩(wěn)定傳熱系數(shù)Kτ是指井巷圍巖深部未被冷卻的巖體與空氣間溫差為1℃時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)從每m2巷道壁面上向空氣放出(或吸收)的熱量。它是圍巖的熱物理性質(zhì)、井巷形狀尺寸、通風(fēng)強(qiáng)度及通風(fēng)時(shí)間等的函數(shù)。由于不穩(wěn)定傳熱系數(shù)的解析解相當(dāng)復(fù)雜，在礦井空調(diào)設(shè)計(jì)中大多采用簡(jiǎn)化公式或統(tǒng)計(jì)公式計(jì)算。

二、機(jī)電設(shè)備放熱1.采掘設(shè)備放熱采掘設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)所消耗的電能最終都將轉(zhuǎn)化為熱能，其中大部分將被采掘工作面風(fēng)流所吸收。風(fēng)流所吸收的熱能中小部分能引起風(fēng)流的溫升，其中大部分轉(zhuǎn)化成汽化潛熱引起焓增。第18頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月采掘設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)放熱一般可按下式計(jì)算：Qc＝ψN，KW(8-2-6)Qc─風(fēng)流所吸收的熱量，KW；

ψ─采掘設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)放熱中風(fēng)流的吸熱比例系數(shù)；ψ值可通過(guò)實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)來(lái)確定。

N─采掘設(shè)備實(shí)耗功率，KW。2.其它電動(dòng)設(shè)備放熱電動(dòng)設(shè)備放熱量一般可按下式計(jì)算：

Qe＝(1-ηt)ηmN，KW(8-2-7)Qe─電動(dòng)設(shè)備放熱量，KW；N─電動(dòng)機(jī)的額定功率，KW；ηt─提升設(shè)備的機(jī)械效率，非提升設(shè)備或下放物料ηt=0；ηm─電動(dòng)機(jī)的綜合效率，包括負(fù)荷率、每日運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間和電動(dòng)機(jī)效率等因素。

第19頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、運(yùn)輸中煤炭及矸石的放熱在以運(yùn)輸機(jī)巷作為進(jìn)風(fēng)巷的采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)中，運(yùn)輸中煤炭及矸石的放熱是一種比較重要的熱源。運(yùn)輸中煤炭及矸石的放熱量一般可用下式近似計(jì)算：KW(8-2-8)Qk─運(yùn)輸中煤炭或矸石的放熱量，KW；

m─煤炭或矸石的運(yùn)輸量，Kg/s；

Cm─煤炭或矸石的比熱，KJ/(Kg·℃)；

Δt

─煤炭或矸石與空氣溫差，℃?？捎蓪?shí)測(cè)確定，也可用下式估算：℃(8-2-9)L─運(yùn)輸距離，m；tr─運(yùn)輸中煤炭或矸石的平均溫度，一般較回采工作面的原始巖溫低4～8℃；

twm─運(yùn)輸巷道中風(fēng)流的平均濕球溫度，℃。第20頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、礦物及其它有機(jī)物的氧化放熱

井下礦物及其它有機(jī)物的氧化放熱是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，很難將它與其它熱源分離開(kāi)來(lái)單獨(dú)計(jì)算，現(xiàn)一般采用下式估算：

KW(8-2-10)式中Q0─氧化放熱量，KWV─巷道中平均風(fēng)速，m/s；

q0─V＝1m/s時(shí)單位面積氧化放熱量，KW/m2；在無(wú)實(shí)測(cè)資料時(shí)，可取3～4.6×10-3KW/m2。其余符號(hào)意義同前。第21頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、人員放熱在人員比較集中的采掘工作面，人員放熱對(duì)工作面的氣候條件也有一定的影響。人員放熱與勞動(dòng)強(qiáng)度和個(gè)人體質(zhì)有關(guān)，現(xiàn)一般按下式進(jìn)行計(jì)算：

KW(8-2-11)Qw0─人員放熱量，KW

n─工作面總?cè)藬?shù)；

q─每人發(fā)熱量，一般參考以下數(shù)據(jù)取值：靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)取0.09～0.12KW；輕度體力勞動(dòng)時(shí)取0.2kw；中等體力勞動(dòng)時(shí)取0.275kw；繁重體力勞動(dòng)時(shí)取0.47kw。

第22頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月六、熱水放熱井下熱水放熱主要取決于水溫、水量和排水方式。當(dāng)采用有蓋水溝或管道排水時(shí)，其傳熱量可按下式計(jì)算：KW(8-2-12)Qw─熱水傳熱量，KW；

Kw─水溝蓋板或管道的傳熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；

S─水與空氣間的傳熱面積。水溝排水:S＝BwL，m2；管道排水:S＝πD2L，m2；

Bw─水溝寬度，m；D2─管道外徑，m；L─水溝長(zhǎng)度，m；

tw─水溝或管道中水的平均溫度，℃；

t─巷道中風(fēng)流的平均溫度，℃。水溝蓋板的傳熱系數(shù)可按下式確定：KW/(m2·℃)(8-2-13)第23頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

管道傳熱系數(shù)可按下式確定：KW/(m2·℃)（8-2-14）

α1─水與水溝蓋板或管道內(nèi)壁的對(duì)流換熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；

α2─水溝蓋板或管道外壁與巷道空氣的對(duì)流換熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；

δ─蓋板厚度，m；

λ─蓋板或管壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；

D1─管道內(nèi)徑，m；D2─管道外徑，m。第24頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)礦井風(fēng)流熱濕計(jì)算

礦井風(fēng)流熱濕計(jì)算是礦井空調(diào)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是采取合理的空調(diào)技術(shù)措施的依據(jù)。一、地表大氣狀態(tài)參數(shù)的確定地表大氣狀態(tài)參數(shù)一般按下述原則確定：溫度采用歷年最熱月月平均溫度的平均值；相對(duì)濕度采用歷年最熱月月平均相對(duì)濕度的平均值；含濕量采用歷年最熱月月平均含濕量的平均值。這些數(shù)值均可從當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)、站的氣象統(tǒng)計(jì)資料中獲得。二、井筒風(fēng)流的熱交換和風(fēng)溫計(jì)算

研究表明，在井筒通過(guò)風(fēng)量較大的情況下，井筒圍巖對(duì)風(fēng)流的熱狀態(tài)影響較小，決定井筒風(fēng)流熱狀態(tài)的主要因素是地表大氣條件和風(fēng)流在井筒內(nèi)的加濕壓縮過(guò)程。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，井筒風(fēng)流的熱平衡方程式為：

(8-3-1)第25頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在一定的大氣壓力下，風(fēng)流的含濕量與風(fēng)溫呈近似的線性關(guān)系：g/Kg(8-3-2)式中φ─風(fēng)流的相對(duì)濕度，％；t─風(fēng)流溫度，℃；P─大氣壓力，Pa；b、ε＇、Pm─與風(fēng)溫有關(guān)的常數(shù)，由表8-3-1確定。令：則：(8-3-3)將式(8-3-3)代入式(8-3-1)可解得：℃(8-3-4)第26頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月組合參數(shù)(只是為了簡(jiǎn)化公式而設(shè)的，沒(méi)有任何物理意義)：E1＝2.4876A1；E2＝2.4876A2A1＝622b/(P1-Pm)；A2＝622b/(P2－Pm)；F＝(Z1－Z2)/102.5－(E2－E1)ε＇。(8-3-4)即為井底風(fēng)溫計(jì)算式。P1、P2─井口、井底的大氣壓力，對(duì)于井底大氣壓力可近似按式（8-3-5）推算：

P2＝P1＋gp(Z1-Z2)，Pa(8-3-5)gp─壓力梯度，其值為11.3～12.6，Pa/m；

φ1、φ2──井口、井底空氣的相對(duì)濕度，％。

當(dāng)井筒中存在水分蒸發(fā)時(shí)，由于水分蒸發(fā)吸收的熱量來(lái)源于風(fēng)流下行壓縮熱和風(fēng)流本身，這部分熱量將轉(zhuǎn)化為汽化潛熱，所以當(dāng)風(fēng)流沿井筒向下流動(dòng)時(shí)，有時(shí)井底風(fēng)溫不僅不會(huì)升高，反而還可能有所降低。第27頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月風(fēng)溫/℃

bε＇Pm井下地面1～1011～1717～2323～2929～3535～4561.97850.274144.305197.838268.328393.0159.32419.979-3.770-8.988-14.288-22.9581016.12734.161459.011053.362108.051522.083028.412187.854281.273105.556497.054692.24表8-3-1b、ε＇、Pm參數(shù)取值表

第28頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、巷道風(fēng)流的熱交換和風(fēng)溫計(jì)算風(fēng)流經(jīng)過(guò)巷道時(shí)，由于與巷道環(huán)境間發(fā)生熱濕交換，使風(fēng)溫隨距離逐漸上升。其熱平衡方程式為：

(8-3-6)式中Mb─風(fēng)流的質(zhì)量流量，Kg/s；

Kτ─風(fēng)流與圍巖間的不穩(wěn)定換熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；

U─巷道周長(zhǎng)，m；tr─原始巖溫，℃；

Kt、Kx─分別為熱、冷管道的傳熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；

Ut、Ux─分別為熱、冷管道的周長(zhǎng)，m；

tt、tx─分別為熱、冷管道內(nèi)流體的平均溫度，℃；

Kw─巷道中水溝蓋板的傳熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；Bw─水溝寬度，m；tw─水溝中水的平均溫度，℃；∑Qm─巷道中各種絕對(duì)熱源的放熱量之和，KW；L─巷道的長(zhǎng)度，m。第29頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月式(8-3-6)通過(guò)變換整理可改寫成：

(R＋E)t2＝(R＋E－N)t1＋M＋F(8-3-7)由式(8-3-7)可解得：，℃(8-3-8)

其中組合參數(shù)：

E＝2.4876A；；；；；N＝Nτ＋Nt＋Nx＋Nw；R＝1＋0.5N；

M＝Nτtr＋Nttt＋Nxtx＋Nwtw；；。第30頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月如果巷道中的相對(duì)熱源只有圍巖放熱，則式(8-3-8)還可簡(jiǎn)化為：，℃(8-3-9)

四、采掘工作面風(fēng)流熱交換與風(fēng)溫計(jì)算1.采煤工作面風(fēng)流通過(guò)采煤工作面時(shí)的熱平衡方程式可表示為

(8-3-10)

式中Qk─運(yùn)輸中煤炭放熱量，KW；其余符號(hào)意義同前。將式(8-2-6)和式(8-3-3)代入式(8-3-10)，經(jīng)整理即可得出采煤工作面末端的風(fēng)溫計(jì)算式，其形式和式(8-3-9)完全一樣，只是其中的組合參數(shù)略有不同。

第31頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

對(duì)于采煤工作面：；

式中m─每小時(shí)煤炭運(yùn)輸量，，t/h；

A─工作面日產(chǎn)量，t；

τ─每日運(yùn)煤時(shí)數(shù)，h。當(dāng)要求采煤工作面出口風(fēng)溫不超過(guò)《規(guī)程》規(guī)定時(shí)，其入口風(fēng)溫可按下式確定：，℃(8-3-11)2.掘進(jìn)工作面風(fēng)流在掘進(jìn)工作面的熱交換主要是通過(guò)風(fēng)筒進(jìn)行的，其熱交換過(guò)程一般可視為等濕加熱過(guò)程。現(xiàn)以如圖8-3-1所示的壓入式通風(fēng)為例進(jìn)行討論。

第32頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

圖8-3-1第33頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1)局部通風(fēng)機(jī)出口風(fēng)溫確定風(fēng)流通過(guò)局部通風(fēng)機(jī)后，其出口風(fēng)溫一般可按下式確定：，℃(8-3-12)

Kb─局部通風(fēng)機(jī)放熱系數(shù)，可取0.55～0.7；

t0─局部通風(fēng)機(jī)入口處巷道中的風(fēng)溫；℃；

Ne─局部通風(fēng)機(jī)額定功率，KW；

Mb1─局部通風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)量，Kg/s。(2)風(fēng)筒出口風(fēng)溫的確定：根據(jù)熱平衡方程式，風(fēng)流通過(guò)風(fēng)筒時(shí)，其出口風(fēng)溫可按下式確定：，℃(8-3-13)

其中：

第34頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于單層風(fēng)筒：

KW/m2·℃(8-3-14)對(duì)于隔熱風(fēng)筒：

KW/m2·℃(8-3-15)式中tb─風(fēng)筒外平均風(fēng)溫，℃；

Z1─風(fēng)筒入口處標(biāo)高，m；

Z2─風(fēng)筒出口處標(biāo)高，m；

Kt─風(fēng)筒的傳熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；

St─風(fēng)筒的傳熱面積，m2；

p─風(fēng)筒的有效風(fēng)量率,；

Mb2─風(fēng)筒出口的有效風(fēng)量，Kg/s；

α1─風(fēng)筒外對(duì)流換熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；

(8-3-16)

第35頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

α2─風(fēng)筒內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)，KW/m2·℃；

(8-3-17)D1─隔熱風(fēng)筒外徑，m；

D2─風(fēng)筒內(nèi)徑，m；

λ─隔熱層的導(dǎo)熱系數(shù)，KW/m·℃；

Vb─巷道中平均風(fēng)速；，m/s(8-3-18)Vm─風(fēng)筒內(nèi)平均風(fēng)速；，m/s(8-3-19)S─掘進(jìn)巷道的斷面積，m2。第36頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)掘進(jìn)頭風(fēng)溫確定風(fēng)流從風(fēng)筒口射出后，與掘進(jìn)頭近區(qū)圍巖發(fā)生熱交換，根據(jù)熱平衡方程式，掘進(jìn)頭風(fēng)溫可按下式確定：，℃(8-3-20)其中：；；；式中Kτ3─掘進(jìn)頭近區(qū)圍巖不穩(wěn)定換熱系數(shù)，KW/m2·℃；

S3─掘進(jìn)頭近區(qū)圍巖散熱面積，m2；∑Qm3─掘進(jìn)頭近區(qū)局部熱源散熱量之和，KW。其余符號(hào)意義同前。掘進(jìn)頭近區(qū)圍巖不穩(wěn)定換熱系數(shù)可按下式確定：，KW/m2·℃(8-3-21)其中：；；；。λ─巖石的導(dǎo)熱系數(shù)，KW/m·℃；a─巖石的導(dǎo)溫系數(shù)，m2/h；τ3─掘進(jìn)頭平均通風(fēng)時(shí)間，h；l3─掘進(jìn)頭近區(qū)長(zhǎng)度，m。

第37頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、礦井風(fēng)流濕交換當(dāng)?shù)V井風(fēng)流流經(jīng)潮濕的井巷壁面時(shí)，由于井巷表面水分的蒸發(fā)或凝結(jié)，將產(chǎn)生礦井風(fēng)流的濕交換。根據(jù)濕交換理論，經(jīng)推導(dǎo)可得出井巷壁面水分蒸發(fā)量的計(jì)算公式為：，Kg/s(8-3-22)式中α─井巷壁面與風(fēng)流的對(duì)流換熱系數(shù)；，KW/m2·℃(8-3-23)γ─水蒸氣的汽化潛熱，2500KJ/Kg；

t─巷道中風(fēng)流的平均溫度，℃；

ts─巷道中風(fēng)流的平均濕球溫度，℃；

U─巷道周長(zhǎng)，m；

L─巷道長(zhǎng)度，m；

P─風(fēng)流的壓力，Pa；

P0─標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力，101325Pa，Vb─巷道中平均風(fēng)速，m/s；

第38頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月εm─巷道壁面粗糙度系數(shù)，光滑壁面εm=1；主要運(yùn)輸大巷εm=1.00～1.65；運(yùn)輸平巷εm=1.65～2.5；工作面εm=2.5～3.1。由濕交換引起潛熱交換，其潛熱交換量為：

，KW(8-3-24)式中符號(hào)意義同前。必須指出：公式(8-3-22)是在井巷壁面完全潮濕的條件下導(dǎo)出的，所以由該式計(jì)算出的是井巷壁面理論水分蒸發(fā)量。實(shí)際上，由于井巷壁面的潮濕程度不同，其濕交換量也有所不同，故在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)乘以一個(gè)考慮井巷壁面潮濕程度的系數(shù)，稱為井巷壁面潮濕度系數(shù)，其定義為：井巷壁面實(shí)際的水分蒸發(fā)量與理論水分蒸發(fā)量的比值，用f表示，即：

(8-3-25)該值可通過(guò)實(shí)驗(yàn)或?qū)崪y(cè)得到。求得井巷壁面的潮濕度系數(shù)后，即可求得風(fēng)流通過(guò)該段井巷時(shí)的含濕量增量：

(8-3-26)第39頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由含濕量增量，即可求得該段井巷末端風(fēng)流的含濕量和相對(duì)濕度：

(8-3-27)(8-3-28)式中Pv─水蒸氣分壓力，可用下式計(jì)算：

Pa(8-3-29)

Ps─飽和水蒸氣分壓力，可用下式計(jì)算：

Pa(8-3-30)

第40頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)礦井降溫的一般技術(shù)措施它主要包括：通風(fēng)降溫、隔熱疏導(dǎo)、個(gè)體防護(hù)等，本節(jié)僅介紹其中幾種主要措施。一、通風(fēng)降溫

1．加大風(fēng)量

2．選擇合理的礦井通風(fēng)系統(tǒng)二、隔熱疏導(dǎo)

所謂隔熱疏導(dǎo)就是采取各種有效措施將礦井熱源與風(fēng)流隔離開(kāi)來(lái)，或?qū)崃髦苯右氲V井回風(fēng)流中，避免礦井熱源對(duì)風(fēng)流的直接加熱，從而達(dá)到礦井降溫的目的。隔熱疏導(dǎo)的措施主要有：１．巷道隔熱

2．管道和水溝隔熱

3．井下發(fā)熱量大的大型機(jī)電硐室應(yīng)獨(dú)立回風(fēng)三、個(gè)體防護(hù)第41頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)礦井空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介當(dāng)采用一般的礦井降溫措施，不能有效地解決采掘工作面的高溫問(wèn)題時(shí)，就必須采用礦井空調(diào)技術(shù)。所謂礦井空調(diào)技術(shù)就是應(yīng)用各種空氣熱濕處理手段，來(lái)調(diào)節(jié)和改善井下作業(yè)地點(diǎn)的氣候條件，使之達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的一門綜合性技術(shù)。

一、礦井空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)礦井空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是行業(yè)法規(guī)（如《煤礦安全規(guī)程》等）和上級(jí)主管部門的書(shū)面批示。此外還必須收集下列資料或數(shù)據(jù)：

(1)礦區(qū)常年氣候條件，如地表大氣的月平均溫度、月平均相對(duì)濕度和大氣壓力等；

(2)礦井各生產(chǎn)水平的地溫資料和等地溫線圖；

(3)礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力、服務(wù)年限、開(kāi)拓方式、采區(qū)布置和年度計(jì)劃等；

(4)采掘工程平（剖）面圖、通風(fēng)系統(tǒng)圖和通風(fēng)網(wǎng)路圖；

(5)礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力測(cè)定與分析數(shù)據(jù)，如井巷通風(fēng)阻力、風(fēng)阻、風(fēng)量等；

(6)井巷所穿過(guò)各巖層的巖石熱物理性質(zhì)，如導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)、比熱和密度等；

(7)礦井水溫和水量。第42頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容與步驟礦井空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，其主要設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟如下：

(1)礦井熱源調(diào)查與分析，查明礦井高溫的主要原因及熱害程度，并對(duì)礦井空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必要性作出評(píng)價(jià)；

(2)根據(jù)實(shí)測(cè)或預(yù)測(cè)的風(fēng)溫，確定采掘工作面的合理配風(fēng)量，并計(jì)算出采掘工作面的需冷量，做到風(fēng)量與冷量的最優(yōu)匹配，以減少礦井空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷；

(3)根據(jù)采掘工作面的需冷量、已采取的一般礦井降溫措施及生產(chǎn)的發(fā)展情況，確定全礦井所需的制冷量，并報(bào)請(qǐng)有關(guān)部門核準(zhǔn)；

(4)根據(jù)礦井具體條件，擬定礦井空調(diào)系統(tǒng)方案，包括制冷站位置、供冷排熱方式、管道布置、風(fēng)流冷卻地點(diǎn)的選擇等，并進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定最佳方案；

(5)根據(jù)擬定的礦井空調(diào)系統(tǒng)方案，進(jìn)行供冷排熱設(shè)計(jì)，并進(jìn)行設(shè)備選型；

(6)進(jìn)行制冷機(jī)站（硐室）的土建設(shè)計(jì)，選取合理的布置方式；

(7)制冷機(jī)站（硐