第八章礦井空氣調(diào)節(jié)概論.ppt

1、第八章礦井空氣調(diào)節(jié)概論,礦井空氣調(diào)節(jié)是改善礦內(nèi)氣候條件的主要技術(shù)措施之一。其主要內(nèi)容包括兩方面：一是對(duì)冬季寒冷地區(qū)，當(dāng)井筒入風(fēng)溫度低于2時(shí)，對(duì)井口空氣進(jìn)行預(yù)熱；二是對(duì)高溫礦井用風(fēng)地點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)溫調(diào)節(jié)，以達(dá)到規(guī)程規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。,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

2、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。,（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

3、、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。,圖 8-1-2 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。,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)

4、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)見表8-1-1。,表8-1-1 井口空氣加熱方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較表,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

5、熱器出口熱風(fēng)溫度的確定。通過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。,表8-1-2 空氣加熱器后熱風(fēng)溫度的確定,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=1.01 KJ/（KgK）。熱量損失系數(shù)，井口房不密閉時(shí)=1.051.10，密閉時(shí)=1.101.1

6、5；th冷、熱風(fēng)混合后空氣溫度，可取2；tl室外冷風(fēng)溫度，；,三、空氣加熱器的選擇計(jì)算 1.基本計(jì)算公式 (1) 通過空氣加熱器的風(fēng)量 ，Kg/s （8-1-3） M1通過空氣加熱器的風(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 QkStp， 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/（m2K）；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-(

7、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。,空氣加熱器常用的在不同壓力下的飽和蒸汽溫度，見表8-1-3 2.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)假定通過空氣加熱器的質(zhì)量流速(v)，一般井口房不密閉時(shí)(v)可選48Kg/m2.s,井口房密閉時(shí)(v)可選24Kg/m2.s。然后按下式求出加熱器所需的有效通風(fēng)截面積S： SM1/(v)，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(v)值。,表8-1-3 不同壓力

8、下的飽和蒸汽溫度,（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（v），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)面積之比值（稱為有效截面系數(shù)），使用關(guān)系式，由v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的截面積，m2； C水的比熱，C 4.1868KJ/KgK。 其余符號(hào)意義同前。,表8-

9、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: v空氣質(zhì)量流速,Kg/m2.s；VW 水流速，m/s。,（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1.151.25。 (5)計(jì)算空氣加熱器的空氣阻力H，計(jì)算公式見表8-1-4。 (6)計(jì)算空氣加熱器管內(nèi)水阻力h，計(jì)算公式也見表8-1-4。,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?/p>

10、。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。,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

11、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,

12、即可計(jì)算出深度為Zm的原巖溫度tr。,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。,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)定傳熱過程。井巷開掘后，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計(jì)算： QrKUL(trm-t)， KW (8-2-5) Qr井巷圍巖傳熱量，KW； K圍巖與風(fēng)流間的不穩(wěn)定換熱系數(shù)，KW/(m2)

13、； 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，。,圍巖與風(fēng)流間的不穩(wěn)定傳熱系數(shù)K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。,采掘設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)放熱一般可按下式計(jì)算：

14、 QcN， KW (8-2-6) Qc風(fēng)流所吸收的熱量，KW； 采掘設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)放熱中風(fēng)流的吸熱比例系數(shù)；值可通過實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)來確定。 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-t)mN， 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； t提升設(shè)備的機(jī)械效率，非提升設(shè)備或下放物料t=0； m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。,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-

15、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)； t 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48； twm運(yùn)輸巷道中風(fēng)流的平均濕球溫度，。,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)雜的過程，很難將它與其它熱源分離開來單獨(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，KW V巷道中平均風(fēng)速，m/s； q0V1m/s時(shí)單位面積氧化放熱量，KW/m2；在無實(shí)

16、測(cè)資料時(shí)， 可取34.610-3 KW/m2。 其余符號(hào)意義同前。,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0.090.12KW；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。,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

17、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:SBwL，m2；管道排水:SD2L，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),管道傳熱系數(shù)可按下式確定： KW/(m2) （8-2-14） 1水與水溝蓋板或管道內(nèi)壁的對(duì)流換熱系數(shù)，KW/(m2)； 2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)； 蓋板厚度，m； 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。,第三節(jié)

18、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),在一定的大氣壓力下，風(fēng)

19、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 風(fēng)流的相對(duì)濕度，； t風(fēng)流溫度，； P大氣壓力，Pa； b、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),組合參數(shù)(只是為了簡(jiǎn)化公式而設(shè)的，沒有任何物理意義)： E12.4876A1；E22.4876A2 A1622b/(P1-Pm)；A2622b/(P2Pm)； F(Z1Z2)/102.5(E2E1)。 (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： P2P1gp(

20、Z1-Z2)，Pa (8-3-5) gp壓力梯度，其值為11.312.6，Pa/m； 1、2 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。,表8-3-1 b、Pm參數(shù)取值表,三、巷道風(fēng)流的熱交換和風(fēng)溫計(jì)算 風(fēng)流經(jīng)過巷道時(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； K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，；

21、 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。,式(8-3-6)通過變換整理可改寫成： (RE)t2(REN)t1MF (8-3-7) 由式(8-3-7)可解得： ， (8-3-8) 其中組合參數(shù)： E2.4876A； ； ； ； ；NNNtNxNw；R10.5N； MNtrNtttNxtxNwtw； ； 。,如果巷道中的相對(duì)熱源只有圍巖

22、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。,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； 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)

23、工作面 風(fēng)流在掘進(jìn)工作面的熱交換主要是通過風(fēng)筒進(jìn)行的，其熱交換過程一般可視為等濕加熱過程。現(xiàn)以如圖8-3-1所示的壓入式通風(fēng)為例進(jìn)行討論。,圖8-3-1,(1)局部通風(fēng)機(jī)出口風(fēng)溫確定 風(fēng)流通過局部通風(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0.550.7； 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)流通過風(fēng)筒時(shí)，其出口風(fēng)溫可按下式確定： ， (8-3-13) 其中：,對(duì)于單層風(fēng)筒： KW/m2 (8-3-14) 對(duì)于隔熱風(fēng)筒： K

24、W/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； 1風(fēng)筒外對(duì)流換熱系數(shù)，KW/(m2)； (8-3-16),2風(fēng)筒內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)，KW/m2； (8-3-17) D 1隔熱風(fēng)筒外徑，m； D2 風(fēng)筒內(nèi)徑，m； 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。,(3)掘進(jìn)頭風(fēng)溫確定 風(fēng)

25、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 K3 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： ； ； ； 。 巖石的導(dǎo)熱系數(shù)，KW/m；a巖石的導(dǎo)溫系數(shù)，m2/h；3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。,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

26、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 井巷壁面與風(fēng)流的對(duì)流換熱系數(shù)； ，KW/m2 (8-3-23) 水蒸氣的汽化潛熱，2500 KJ/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；,m巷道壁面粗糙度系數(shù)，光滑壁面m=1；主要運(yùn)輸大巷 m =1.001.65；運(yùn)輸平巷m =1.652.5；工作面m =2.53.1。 由濕交換引起潛熱交換，其潛熱交換量為： ，KW (8-3-24) 式

27、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)流通過該段井巷時(shí)的含濕量增量： (8-3-26),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

28、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)流隔離開來，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： 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

29、高溫問題時(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

30、、風(fēng)量等； (6)井巷所穿過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。,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（硐室）內(nèi)自動(dòng)監(jiān)控與安全防護(hù)設(shè)施的設(shè)計(jì)，制定設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)的管理機(jī)制； (8)概算礦井空調(diào)的噸煤成本和其它經(jīng)濟(jì)