矿井回采工作面热源分析及其空气冷却系统研究土资建筑建环

1、本页为“4毕业论文任务书（共1页或2页）”，点击菜单“USTB本科论文各部分”中的本部分菜单进行相应操作。本提示信息为非打印信息，可一直保留，不影响打印。 摘 要高温矿井工作面存在热源密度大、热湿环境恶劣等问题，严重影响生产效率和矿工健康。传统空调系统难以有效控制工作面热湿环境，亟需研究工作面热源特性，并基于此研究适用于回采工作面的高效空气冷却系统。本论文对多种工作面，包括炮采工作面、普采工作面和综采工作面的热源特点进行归纳，并总结各类热源计算方法。在一定工作面长度范围内，将各类热源简化为工作面长度的线性关系式以研究影响工作面热湿环境的主要热源形式。结果显示，煤矿炮采工作面、普采工作面及金属矿

2、炮采工作面的主要热源均为围岩放热、机电设备放热与氧化放热；煤矿综采工作面的主要热源为围岩放热、机电设备放热、矿物运输放热与氧化放热。在考虑主要热源的前提下，以煤矿综采工作面为例，采用Airpak软件对不同送风方式进行模拟研究和优化，包括集中冷却、采用热幛隔热的集中送风、采用蓄冷材料充填的集中送风和分段冷却等方式。在相同送风温度和总进风风量的前提下，比较工作面人员主要活动区的空气温度分布。结果显示，集中送风工作面进出口温度范围在11.041.9，存在进口温度低而出口温度高的问题。在工作面后段采用小型空冷器接力降温可解决后段温度高的问题。采用热障隔离部分热源后，空气温度可明显降低。采用蓄冷材料降温

3、的关键在于提高蓄冷表面传热系数。当传热系数为50 W/(m2K)时，工作面温度范围为11.027.8。分段冷却可更有效解决集中冷却进出口温度分布不均匀性的问题，研究工况下，工作面的温度分布为20.139.7。关键词：回采工作面，热源特性，空气冷却系统，数值模拟，温度分布- I -Characteristics of heat sources at working faces of mines and studies on air cooling systemsAbstractThere are many problems in the working face of high temperat

4、ure mine, such as high heat source density and bad thermal environment, which seriously affect the production efficiency and miners health. The traditional air conditioning system is difficult to control the working faces thermal environment, so it is urgent to study characteristics of heat sources

5、and high efficiency air cooling system. This paper sums up the characteristics and calculation methods of heat sources in various working faces, including blasting face, conventional face and comprehensive face. Within a certain working face length range, simplifying the heat sources into the linear

6、 relationship of working face length to obtain the main heat sources. The results show that, the main heat sources of the blasting face, conventional face of coal mine and blasting face of metal mine are the heat release of surrounding rock, the heat release of electrical equipment and the oxidation

7、 heat release. The main heat sources of the comprehensive face of coal mine are the heat release of surrounding rock, the heat release of electrical equipment, the oxidation heat release and the mineral transportation heat release. Considering the main heat sources, the typical working face air cool

8、ing system is designed, and Airpak software is used to simulate and optimize different modes, including centralized cooling, thermal barrier insulation, using cold storage backfills and segmented cooling. Compared with the measuring points temperature, the results show that the temperature range is

9、11.041.9 when centralized cooling and there is a large temperature difference between inlet and outlet. Adding air coolers in the rear can relieve the problem of the temperature at the exit is out of limit. After adopting heat shield to isolate part of heat source, the temperature of measuring point

10、s drops obviously. The key to using the cold storage backfill for cooling is to improve the heat transfer coefficient of the filling surface. When the coefficient is 50W/(m2K), the temperature range is 11.027.8. Segmented cooling can effectively handle the issue of uneven temperature distribution an

11、d the temperature range is 20.139.7.Key Words： working face, heat source characteristics, air cooling system, numerical simulation, temperature distributions- III -本页为“7毕业论文目录（1页或若干页）”，点击菜单“USTB本科论文各部分”中的本部分菜单进行相应操作。本提示信息为非打印信息，可一直保留，不影响打印。(论文)目 录摘 要IAbstractIII附表清单VII附图清单VIII1 引 言12 回采工作面热源特性32.1 回

12、采工作面热源放热量计算方法32.2 热源特性分析72.2.1 各类工作面对比分析7（1）煤矿炮采工作面8（2）煤矿普采工作面9（3）煤矿综采工作面11（4）金属矿炮采工作面122.3 矿井深度对矿井回采工作面热源影响163 回采工作面局部降温系统183.1 送风状态点计算183.2 可行的空调系统形式203.2.1 集中冷却送风213.2.2 集中冷却送风结合热幛隔热213.2.3 集中冷却送风结合蓄冷材料充填223.2.4 分段冷却送风224 不同空调形式下的工作面Airpak模型244.1 Airpak简介244.2 Airpak模拟验证244.3 回采工作面Airpak模型254.3.1

13、 物理模型254.3.2 数学模型264.3.3 边界条件设置274.4 模型网格划分275 不同空调方式工作面热环境模拟结果295.1 模拟方案设计295.2 模拟结果及分析295.2.1 集中冷却295.2.2 集中冷却与热幛隔热325.2.3 集中冷却与蓄冷材料充填345.2.4 分段冷却365.3 降温方式总结与决策分析376 结 论41参考文献43附录A45在学取得成果49致 谢51- V -本页为“9毕业论文注释说明清单页（可选，1页或若干页）”，点击菜单“USTB本科论文各部分”中的本部分菜单进行相应操作。本提示信息为非打印信息，可一直保留，不影响打印。(论文)附表清单表号题名页

14、码表2-1人员代谢负荷5表2-2回采工作面热源情况6表2-3工作面类型及其一般长度7表2-4矿井参数8表2-5刮板运输机基本参数系列9表2-6中厚煤层630系列双链刮板运输机技术参数11表2-7中厚煤层730系列双链刮板运输机技术参数12表2-8热源放热量计算参数14表2-9工作面热源单位长度放热量14表2-9不同深度下矿井原始岩温与相对热源放热16表3-1工作面放热量18表3-2风流状态19表4-1k-模型试验常数27表4-2网格类型28表5-1模拟方案（送风状态均为10.9，44.6%）29表5-2工作面空冷器参数31表5-3工作面降温方式总结38表5-4各指标权值39表5-5降温方式评价

15、值40附图清单图号题名页码图2.1回采工作面示意图3图2.2煤矿炮采工作面设备布置8图2.3煤矿普采工作面设备布置10图2.4煤矿综采工作面设备布置11图2.5壁式充填采矿法13图2.6工作面热源放热量占比14图2.7工作面热源情况对比15图2.8不同深度下矿井围岩放热与矿物运输放热17图3.1煤矿综采工作面几何模型18图3.2空气处理过程20图3.3工作面送风示意图21图4.1潘一东矿1221（1）工作面物理模型24图4.2模拟结果与现场实测温度对比25图4.3工作面物理模型26图4.4不同网格类型下测点温度28图5.1方式1温度分布图30图5.2方式1测点温度分布图31图5.3不同空冷器开

16、启情况下的温度对比32图5.4方式2温度分布图33图5.5方式2测点温度分布图33图5.6热幛隔热采用两股不同风流送风时测点温度分布34图5.7热幛结构示意图34图5.8方式3温度分布图35图5.9方式1、3测点（X，1.5，-3）温度对比35图5.10方式3不同传热系数下测点（X，1.5，-3）温度对比36图5.11方式4温度分布图36图5.12方式1、4测点（X，1.5，-3）温度对比37- VIII -本页为“10毕业论文正文页（若干页）”，点击菜单“USTB本科论文各部分”中的本部分菜单进行相应操作。本提示信息为非打印信息，可一直保留，不影响打印。(论文)1 引 言当矿井的原始岩温达到

17、30或采掘工作面空气温度不低于26时，可以将其归为高温矿井的范畴1。由于矿山浅部资源日益减少，人类必将朝着利用深部资源的方向前进，矿井原始岩温亦随着开采深度的增加而提高，进而产生越来越多的高温矿井。调查显示，我国存在大量高温矿井，如山东省工作面温度超过26的煤矿共有13座，其中6座工作面温度在2630之间，7座工作面温度超过30；江苏省共有5座工作面煤矿温度超过26，其中3个工作面温度在2630之间，2个工作面温度超过30；安徽省有10个工作面温度超过26的煤矿，其中7个工作面温度在2630之间，3个工作面温度超过30；河南省有12个工作面温度超过26的煤矿，2个工作面温度在2630之间，10

18、个工作面温度超过302。持续的高温导致矿井热环境改变，并伴随着高温矿井的热害问题。矿井热害是指井下风流的温湿度、风速和焓值达到一定的状态后，致使出现人体散热困难，工人劳动生产率下降，进而出现大汗不止、体温升高等一系列中暑症状，甚至死亡的自然灾害3。因此，工作面热环境恶化，是制约深部矿产资源有效开采的一大障碍，由此催生了大量矿井降温系统的研究。Sasmito Agus P4等人从热舒适性的角度，采用计算流体力学方法评价了矿井通风量、冷负荷、原始岩温和矿山机械排热对热舒适性的影响。冯小平5等人为控制矿井季节性热害，提出全空气制冷系统的新方法。在有效降低矿井温度，改善了矿井环境的同时，还可实现供热，

19、满足矿井防冻、洗浴和地面建筑物供暖的要求。回采工作面作为矿井生产的主要地点，具有井下热环境与风流换热情况十分复杂，人员设备集中，所需冷负荷大等特点，是矿井降温的重点区域。当前国内外高温矿井热害防治的主要措施有以下几种方式：（1）非机械制冷降温技术；（2）机械制冷降温技术；（3）机械制冰降温技术；（4）瓦斯热电冷联产技术；（5）热管降温技术；（6）深井HEMS降温系统；（7）空气压缩制冷空调系统。其中机械制冷降温技术在近30年发展迅速，是目前矿井降温的主要措施，可分为集中式与分散式。集中式系统复杂、建设周期长、运行费用高、同时冷量损失大，无法达到设计的降温效果；分散式系统直接由冷机的蒸发器对风流

20、进行热交换，系统结构简单、冷量运输路程短，因而使用灵活、损耗小、经济性可观，可用于井下某些热害比较严重的局部工作面。分散式机械降温系统也称局部降温系统，在我国应用比较广泛。在平顶山矿区，五矿己三采面利用井下回风排放冷凝热，采用一台制冷量为300 kW的防爆制冷机组为己15-23071采面降温，制冷效果明显，平均降温幅度达4oC。四矿戊九采区使用一台制冷量为500 kW的制冷机组向戊8-19140采面供冷, 实现了很好的制冷效果6。新集一矿210807工作面采用局部降温系统，选用了制冷量为500kW的LSKF2-6型螺杆式冷水机组，将夏季工作面气温始终维持在30以下7,8。在对回采工作面风流进行

21、冷却时，通常有两种方式：集中冷却与分段冷却。将空冷器设置在工作面进风平巷中，对进风进行集中降温处理的方式为集中冷却；将工作面及其进风平巷分为两个或两个以上的区段，分别安设空冷器冷却进风的方式为分段冷却9。出于对工作面生产作业的考虑，研究人员大多将工作面降温设计聚焦于工作面进风顺槽之中，而缺乏对工作面内工人主要作业区的研究10。苗德俊11等人提出空冷长度的计算方法，并由工作面允许的进风温度确定了空冷器在采煤工作面进风巷中的有效位置。褚召祥12等人研究了工作面进风巷多台空冷器与风筒的不同配置形式下的降温效果。陈平13推导出回采工作面均匀供冷时送风器数量和布置间距的相关计算公式。国内外矿井降温领域内

22、的研究成果虽已有不错的进展，但高温矿井回采工作面局部降温系统研究仍存在不足之处：（1）热源分析缺乏系统性。由于回采工作面热源复杂多样而放热强度又各不相同，放热量计算较为分散，缺乏简单准确的系统性计算方法；（2）降温系统多为整体工作面设计，针对性不强。采用机械制冷降温系统对工作面热环境进行整体控制，缺少针对热源的局部调整；（3）在采用局部降温系统时，缺乏与其他降温技术的有效协同，导致制冷量需求较大，局部降温系统冷凝热难以有效排出。需要基于已有空调送风形式及热源特性，研究各类技术协同情况下的高效送风形式，从而降低冷量需求，并提高工作面温度分布均匀性。 基于已有文献综述可得，在矿井降温系统方面，需对

23、高温矿井回采工作面热源特性与空气冷却系统进行深入研究。本论文第二部分对多种工作面，包括煤矿炮采工作面、煤矿普采工作面、煤矿综采工作面和金属矿炮采工作面的热源特点进行总结，并归纳普适性的热源热量计算方法。通过横向比较各类热源放热量占比，得出影响工作面热湿环境的主要热源形式。第三部分计算工作面热湿负荷，提出可行的降温形式。第四部分在Airpak数值模拟软件中搭建计算模型，进行模拟验证、网格无关性验证并设置边界条件。第五部分对各类空调送风方式进行研究。针对工作面的热源特性，以工作面人员活动区域为主要研究对象，从降低冷负荷、提高工作面空气温度分布均匀性的角度，提出优化的空调送风形式，并进行降温方法的总

24、结和决策。2 回采工作面热源特性回采工作面为回采矿壁和安全工作的空间。矿井开采工作包括五道主要工序：破矿、装矿、运矿、支护和处理采空区。回采工作面结构示意图如图2.1所示。目前我国长壁工作面的开采主要有爆破开采（炮采）、普通机械化开采（普采）、和综合机械化开采（综采）三种开采方式。故本文主要对煤矿炮采工作面、普采工作面、综采工作面和金属矿炮采工作面进行热源分析。1工作面进口处；2工作面出口处；3进风；4回风图2.1 回采工作面示意图2.1 回采工作面热源放热量计算方法矿井热源是指能引起矿井气温升高的环境因素。工作面热源放热量计算可使用分源计算法，即分别计算各个热源放热量，各放热量之和为该段工作

25、面总放热量。工作面主要热源及其计算方法如下。（1） 地表大气变化地表大气对于地下矿井来说并非热源，但对井下的气候存在较大影响。矿井风流自地面送入井下，随着时间和季节变化，地表大气的温度与湿度也有所变化，从而影响井下热环境。空气流经井巷时，围岩将和风流进行热交换，使风温和巷壁温度达到平衡，使得井下空气温度的变化幅度逐渐衰减。随着通风线路的延长，回采工作面气温的日变化基本只在小范围内波动，线路越长，气温变化越趋于稳定1412。本论文对回采工作面的热源分析只考虑工作面自身热源，不将地表大气变化作为热源算入。（2） 空气自压缩矿井风流沿井巷向下绝热流动时会因自压缩而引起温升。这是由于在重力场的作用下，

26、空气自身的位能转化为焓，从而引起温度升高。同地表大气变化情况类似，从严格意义上来说，空气自压缩也不属于热源。为简化分析，本论文假设回采工作面水平，故对一定开采深度的工作面而言，可以忽略由于空气自压缩引起的工作面温升。（3） 围岩放热当矿井的围岩温度高于该处空气温度时，围岩会向空气散热从而加热空气。传热过程中井巷表面还存在水分的蒸发或凝结等复杂传质过程，为简化计算，其带来的热量交换归入等效传热系数中讨论。围岩放热量可由式（2.1）计算15：Qwy=KLU(tgutB)（2.1）对于回采工作面：K=1.136/(1/9.6vB+0.0441)（2.2）式中：Qwy-围岩放热量，W;K-不稳定传热系

27、数，W/(m2K)；L-工作面长度，m；U-工作面横截面周长，m；tgu-原始岩温，；tB-工作面风流温度，；vB-工作面风速，m/s。（4） 矿物运输放热矿物运输放热量大小同风流温度、运输距离、破碎程度、含水量等有关，理论放热量由式（2.3）计算：Qkw=cmDt（2.3）式中：Qkw-运输过程中矿物及矸石的散热量，W;c-矿物煤炭及矸石的平均比热容，J/(kgK)；m-单位时间内运输矿物及矸石的质量，kg/s； Dt-运输段内矿物与矸石的始末温度差，。德国学者对运输中风流冷却矿物的过程进行了大量的研究，得出了Dt的计算式16：Dt=0.0024L0.8tgut3.5（2.4）式中：t -矿

28、物末温度，无实测数据时可采用风流温度。（5） 氧化放热矿井内氧化放热主要来自硫化矿、煤、煤尘、碎石等的电化学反应热。但1个回采工作面的氧化放热量一般不超过30kW 17。氧化散热过程复杂，不易计算。井下矿物的氧化放热量可按式（2.5）估算14128：Qy=0.7qov0.8UL（2.5）式中：qo-折算到风速为1m/s条件下的单位氧化放热量，W/m2 。在设计计算时，对于不含瓦斯煤层的采面：qo=3547W/m2；对于含有瓦斯的煤层，由瓦斯含量的高低程度而定：qol=(0.50.9)qo，瓦斯含量越高，系数取值越小。（6） 机电设备放热回采工作面机电设备主要为采掘机械，其所消耗的电能几乎全部用

29、于产热。采掘机械放热大概有80%在工作面释放，其余20%在矿物及其矸石中。故工作面机电设备放热可按式（2.6）计算1812：Qjd=0.8kjNj（2.6）式中：kj-机电设备的时间利用系数，一般可取0.5；Nj-采掘机械总装机功率，W。（7） 涌水放热涌水温度的高低和涌水量的多少是井下热水地放热量的主要参数。由热力学原理可知，涌水放热量可由式（2.7）计算：Qys=Mwcw(twitwf)（2.7）式中：Mw-工作面涌水量，kg/s；cw-水的比热容，4200J/(kgK)；twi、twf-水的初温和终温，twi近似可取工作面原始岩温tgu，。由于工作面涌水量极易受地质因素影响，难以确定，故

30、暂不进行涌水放热进行分析。（8） 人员放热关于井下工作人员的放热量计算，主要由所从事的工作的繁重程度以及工人持续时间决定。矿工在劳动时的放热量可用下式近似计算1516：Qry=kRqRN（2.8）式中：kR-同时工作系数，一般为0.50.7；qR-不同劳动强度下能量代谢率，W/人；N-人员数量。一般人员的能量代谢产生热量如表2-1：表2-1 人员代谢负荷劳动强度能量代谢产生热量/W休息90115轻度体力劳动200中等体力劳动275繁重体力劳动（短时间内）470（9） 充填放热矿井充填时,除胶结充填材料外其它如废石或专门开采的块石、各种工业废料等充填材料的放热可以忽略。胶结充填材料的放热主要为水

31、泥的凝固放热，因此矿井充填放热可用式（2.9）计算1817：Qct=qsHL（2.9）式中：qs-水泥水化时单位面积的放热量，胶结充填时可取1516W/m2 H-工作面采高，m。（10） 炸药爆炸放热炸药爆炸放热来源于炮采时炸药爆炸后迅速向围岩及空气释放，形成局部热源的一部分能量，向围岩中释放的能量将以围岩放热的形式向矿内释放出来。另一部分能量则用来破坏矿物的岩石结构，使岩层发生迁移与形变 19。由于爆炸后进行一段时间的矿井通风后人员再进行作业，局部热源爆破热被其间的风流排走，因此，炸药爆炸放热可忽略不计。综上所述，回采工作面热源计算情况可总结如表2-2示：表2-2 回采工作面热源情况热源是否

32、参与计算（是 否）热源是否参与计算（是 否）地表大气变化空气自压缩围岩放热矿物运输放热氧化放热机电设备放热涌水放热人员放热充填放热炸药爆炸放热由以上热源放热量计算式可以看出机电设备放热、矿物运输放热与人员放热并不直接与工作面长度L成线性关系。引入机电设备功率密度x1（W/m）和人员密度x2（人/m），可将机电设备放热和人员放热转化为和L的线性关系，如式（2.10）、式（2.11）示：Qjd=0.8kjx1L（2.10）Qry=kRqRx2L（2.11）矿物运输放热中Dt与L0.8线性相关，在各类矿井工作面长度范围内，引入长度折算系数x3，可近似使L0.8=x3L，此时:Qkw=0.0024x3

33、Lcmtgut3.5（2.12）至此，只需确定x1 x3的值，热源放热量均可表示为与工作面长度L的线性关系。2.2 热源特性分析2.2.1 各类工作面对比分析对不同类型的回采工作面进行热源特性分析。通过分析各类热源的分布情况和放热状态，得到各热源放热量与工作面长度的线性关系。计算出各热源的单位长度放热量和放热量占比，从而定量确定回采工作面的主要热源。由于矿井回采工作面种类、长度、截面尺寸、风流速度等各有不同，导致其真实的热湿交换过程十分复杂，为方便研究，本论文进行以下简化。（a）工作面长度，即进风巷道到回风巷道之间的矿物壁面长度，一般根据工作面处的地质情况、回采工艺、设备性能以及经济上合理、技

34、术上可行等因素选定。在缓倾斜、倾斜薄及中厚煤层中，较合理的工作面长度是：炮采工作面为80150m；普采工作面为120150m；综采工作面在150m以上20。近几年来，我国的一部分高产高效工作面长度超过了200m，有的达到了270m 2193。随着采矿技术的提升，综采工作面长度也不断增加。金属矿开采时工作面长度一般为3060m22。因此，对于不同的工作面类型，可取表2-3中工作面长度进行研究。为简便研究，本文所研究工作面均为水平工作面。表2-3 工作面类型及其一般长度工作面类型工作面长度/m煤矿炮采工作面80150煤矿普采工作面120150煤矿综采工作面150300金属矿炮采工作面3060（b）

35、原始岩温与工作面风速。工作面原始岩温tgu取35。根据生产实践所得的我国有关热害矿井的数据，梅甫定23推导出生产水平原始岩温与未降温时原始工作面气温t1的关系：t1=0.36tgu+19.07（2.10）将tgu=35代入式（2.10），可计算得原始工作面气温为31.7。此时工作面温度高于回风允许最高温度（26），工作面风量可按式（2.11）确定24：QB=90S（2.11）式中: QB-工作面风量，m3/min；S-工作面有效通风断面积，m2。故工作面最合适的风速为1.5m/s。（若未满足矿井除尘和降低瓦斯浓度需求的则按安全风速重新确定）。（c）工作面参数。为便于分析，建立以下工作面：煤矿回

36、采工作面平均控顶距D为4.15m，采高H取2.2m，横截面周长H为12.7m，断面积S为9.13 m2，采深B取0.8m，长度为L；金属矿回采工作面最大悬顶距4.8m，控顶距2.4m，平均控顶距D为3.2m，采高H取2.2m，横截面周长U为10.8m，断面积S为7.04 m2，采深B取0.8m，长度为L。其他参数如表2-4：表2-4 矿井参数c/(J/(kgK)/（kg/m3）t/qo/(W/m2)kjkRqs/(W/m2)煤矿1250135026410.50.6-金属矿900350026410.50.615.5（1）煤矿炮采工作面爆破采煤工艺是在长壁工作面用爆破方法破煤和装煤、人工装煤、运输

37、机运煤和单体支柱支护的采煤工艺，简称炮采2125。尽管爆破采煤工艺机械化水平低，人工劳动量大，但对地质条件适应性较强，因此仍有广泛的应用。炮采工作面设备布置如图2.2示：1刮板运输机；2单体液压支柱；3切顶墩柱图2.2 煤矿炮采工作面设备布置2129炮采工作面采用分段爆破的方式，一次爆破长度控制在530m。根据工作面长度的不同，每次爆破长度可定为L=0.2L，分段爆破后运煤耗时约为t=20L。因爆炸后进行一段时间的矿井通风，此间工作面内并无工人工作，故该时间段不进行计算。在80150m长度范围内，可对炮采工作面热源做以下处理：（a）随着工作面长度增加，工作面劳动组织如装煤、移柱放顶、超前支护以

38、及其他辅助工种等所需人员数量也相应提高。工作面人员密度x2取0.1(人/m)；爆破采煤工人劳动强度大，人员代谢负荷qR可取470W/人。 （b）矿物生产率为：m=LHBt=0.2L2.20.8135020L=24kg/s矿物运输放热计算中矿物平均运输长度为0.5L，长度折算系数x3为0.38。（c）工作面机电设备主要有刮板运输机与凿岩台车。目前矿井刮板运输机多采用双速电动机。根据安装长度的不同，由表2-5，刮板运输机装机功率NG可表示为600 L (W)。凿岩台车电机功率用于凿岩作业与台车移动，与刮板运输机相比放热量较少，可忽略不计；故机电设备功率密度x1为600（W/m）。表2-5 刮板运输

39、机基本参数系列25133运输量/（th1）30405080100150200250300400450500600700800900100012001500200025003000-设计长度/m506080100120150180200250300350420中部槽宽度/mm6307307648008309001000120012501350中部槽内宽/mm77080088010001200刮板链速度最小刮板链速度为0.53m/s，最小刮板链速度为1.5m/s轧制槽帮和冷压槽帮高度/mm125150(180)190222注：新设计产品不采用带括号内参数铸造槽帮高/mm250(255)260270

40、280(286)290(296)310325330345注：新设计产品不采用带括号内参数单速电动机额定功率/kW7.5111518.5223040557590110132150201250315375400450525650700800-双速电动机额定功率/kW40/2255/2875/3790/45110/55132/66160/80200/100250/125376/188400/200450/225 注：括号内的功率值尽可能不采用，新设计的刮板运输机已不采用括号内的功率（2）煤矿普采工作面与爆破采煤工艺相比，普通机械化采煤的破煤和装煤实现了机械化。在生产过程中，装煤工序有所简化，机装比重

41、增加，但装煤效率还不高，仍需要清理机道浮煤。工作面设备布置如图2.3示：1采煤机；2刮板运输机；3铰接顶梁；4长钢梁；5滑移顶梁；6过渡支架图2.3 煤矿普采工作面设备布置2133在120150m长度范围内，可对普采工作面热源做以下处理：（a）根据煤炭井下单班作业人员限员规定（试行）规定：机械化采煤工作面作业人数检修班不超过35人，生产班不超过25人。工作面人员密度x2取0.1 (人/m)，人员代谢负荷取275W/人。（b）采煤机截深B取0.8m,采煤机牵引速度vq取6m/min。矿物实际生产率为：m=kjHBvq60=0.52.20.86135060=118.8kgs矿物平均运输长度为0.5

42、L。在120150m长度范围内，长度折算系数x3为0.37。（c）机电设备主要有采煤机、刮板运输机。当运输量一定时，根据安装长度的不同，由表2-6，刮板运输机装机功率NG可表示为1200 L (W)，配套采煤机总装机功率NC可表达为2000L(W)，所以故机电设备功率密度x1为3200（W/m）。表2-6中厚煤层630系列双链刮板运输机技术参数25134型号设计长度运输量/（th-1）链速/（ms-1）装机功率/kW圆环链规格配套采煤机规格dt强度/kWSGZ630/1801504500.922902692850MG130/312-WD;MG132/320-W;MG150/375-W;MG17

43、0/390-WD;MG170/410-WD;1604500.9629026866101504500.922902292850SGZ630/2201804500.93211026928501954500.97211022866101804500.9321102692850SGZ630/2642154500.93213226928502304500.97213222866102154500.9321322692850SGZ630/3202604500.93216026928502604500.9321602692850SGZ630/4003204500.9422002692850使用范围：630系

44、列中双链刮板运输机适用于煤矿井下中厚煤层高档普采、综采（综放）工作面。适应煤层宽度1.32.9m，年产50万70万t。（3）煤矿综采工作面与普通机械化采煤工艺相比，综合机械化采煤工艺的工作面支护采用了移动液压支架，实现了支护机械化。这种工艺方法使工作面破煤、装煤、移运输机、支移液压支架等主要作业全部实现了机械化，大大降低劳动强度，提高了产量和安全性。工作面设备布置如图2.4示：图2.4 煤矿综采工作面设备布置2135在150300m长度范围内，可对综采工作面热源做以下处理：（a）工作面人员密度x2取0.1(人/m)，人员代谢负荷取275W/人。（b）采煤机截深B取0.8m,采煤机牵引速度vq取

45、10m/min。矿物实际生产率为：m=kjHBvq60=0.52.20.810135060=198kgs工作面矿物平均运输长度为0.5L。在150300m长度范围内，长度折算系数x3为0.34。（c）机电设备主要有采煤机、刮板运输机与液压支架。根据安装长度的不同，由表2-7，刮板运输机装机功率NG可表示为1700 L (W)，配套采煤机总装机功率NC为2400 L (W)。液压支架主要是推移输送机电机发热。一般中厚煤层（煤层厚度为1.33m）支架拉架力为150300kN21156，可取225kN。支架推移速度与采煤机牵引速度相匹配。目前液压支架的中心距大部分采用1.75m，液压支架推移输送机的

46、功率为：NY=Fst=FBL1.7560Lkjvq=4286W近似处理为19 L (W)，所以故机电设备功率密度x1为4119（W/m）。表2-7 中厚煤层730系列双链刮板运输机技术参数25135型号设计长度运输量/（th-1）链速/（m/s）装机功率/kW圆环链规格配套采煤机规格dt强度/kWSGZ730/2201605000.9321102692850MG200/255-NWD;MG250/305-NWD;MG300/355-NWD;MG150/375-WD;MG200/456-AWD;MG200/501-WD;MG250/580-WD;MG300/700-WD;MG300/701-WD

47、;MG300/730-WDSGZ730/2641955000.9321322692610SGZ730/3201907000.9321602692850SGZ6304002407000.94220026928502407000.9422002692850SGZ730/5002807000.9722502301081130使用范围：730系列中双链刮板运输机适用于煤矿井下中厚煤层综采（综放）工作面。适应煤层宽度1.43.8m，年产80万100万t。（4）金属矿炮采工作面金属矿长壁炮采工作面长度较短，多采用充填采矿法，即随着工作面的推进用充填材料充填采空区进行地压管理的采矿方法。国内外在开采贵重、稀

48、有、有色金属及放射性矿床中广泛应用充填采矿法26102。现以胶结充填采矿法为例进行分析，工作面情况如图2.5示：图2.5壁式充填采矿法26103根据工作面长度的不同，每次爆破长度可定为L=0.2 L，运煤耗时t=20 L。在3060m长度范围内，对金属矿炮采工作面热源做以下处理：（a）尽管工作面长度较短，但工作面所需工种以及人员数量仍较多，工作面人员密度x2取0.2(人/m)，工人劳动强度大，人员代谢负荷取470W/人。（b）存在充填放热。采空区使用胶结材料充填，水泥水化时存在放热。（c）矿物运输矿物生产率为：m=LHBt=0.2L2.20.8350020L=62kgs矿物平均运输长度为0.5

49、L。在3060m长度范围内，长度折算系数x3为0.46。（d）机电设备主要有电耙和凿岩机。金属矿多采用电耙搬运矿物，电耙绞车的功率一般为1430kW。随着工作面长度的变化，电耙总装机功率ND可表达为500L(W)，凿岩台车电机功率可忽略不计，所以故机电设备功率密度x1为500（W/m）。（e）氧化放热工作面截面周长改变。由于此时采空区侧使用了胶结材料充填，故此时氧化放热截面周长U不再是2(D+H)，而是2D+H。将以上所述回采工作面热源放热量计算参数取值汇总如表2-8示。各类回采工作面热源单位长度放热量计算结果如表2-9。表2-8热源放热量计算参数工作面类型x1/(W/m)x2/(人/m)x3

50、vq/(m/min)m/(kg/s)qp/ (W/人)煤矿炮采工作面6000.10.38-24470煤矿普采工作面32000.10.376118.8275煤矿综采工作面41190.10.3410198275金属矿炮采工作面5000.20.46-62470表2-9工作面热源单位长度放热量（W/m）工作面类型围岩放热矿物运输放热氧化放热机电设备放热人员放热充填放热煤矿炮采工作面1143.674.5504.1240.028.2-煤矿普采工作面1143.6 362.6 504.1 1280.0 16.5 -煤矿综采工作面1143.6 555.4 504.1 1647.6 16.5 -金属矿炮采工作面9

51、72.5168.3341.4200.056.434.1各类工作面热源放热量占比计算结果如图2.6示：（a）煤矿炮采工作面热源放热量占比（b）煤矿普采工作面热源放热量占比（c）煤矿综采工作面热源放热量占比（d）金属矿炮采工作面热源放热量占比图2.6 工作面热源放热量占比由图2.6可以看出：（a）煤矿炮采工作面主要热源为围岩放热、氧化放热与机电设备放热，占到总放热量的94.9%，其中围岩放热量占比为57.5%。由于炮采工作面机械化程度不高，机电设备放热量要明显小于围岩放热与氧化放热。矿物生产率低，矿物运输放热也相应较少，占3.7%，而人员放热最少，仅占1.4%。（b）煤矿普采工作面主要热源为机电设

52、备放热、围岩放热与氧化放热，占总放热量的88.5%。其中机电设备放热与围岩放热相近，分别占38.7%和34.6%。矿物运输放热量占比和炮采工作面相比有所提升。（c）煤矿综采工作面主要热源有机电设备放热、围岩放热与矿物运输放热，占到总放热量的86.6%。其中机电设备放热量明显，占到总放热量的42.6%，而人员放热仅占1.4%。（d）金属矿炮采工作面主要热源为围岩放热、氧化放热、机电设备放热与矿物运输放热，占到总放热量的94.9%。此时围岩放热量占总放热量的一半以上，为54.9%。充填放热占比最小，仅有1.9%。通过对各类工作面的热源分析对比，可以得到图2.7:（a）单位长度热源放热量对比（b）热

53、源放热量占比对比图2.7工作面热源情况对比从炮采、普采到综采，工艺机械化程度逐个提升，矿物生产率随之增加，工作面单位长度机电设备放热量和矿物运输放热量升高明显。这四类工作面最主要的热源基本都是围岩放热、机电设备放热与氧化放热。人员放热量和充填放热量占比极小，可忽略不计。2.3 矿井深度对矿井回采工作面热源影响矿山的开采工作一般都在增温层，当开采深度增加，由于原始岩温的升高，各热源占比也会发生改变。在矿井系统内，按矿井深度可将矿井分成以下三类27：(1) 浅矿井 ：0400m；(2) 中深矿井：400800m；(3) 深矿井：8001200m。地壳浅部与地球内部之间通过热传导的方式进行热交换。在均质和水平层状岩层条件下，且无其他热源干扰时，即深部的正常地热增温型热害，场内温度分布可用下式计算28：t=HkH0+t0（2.12）式中，t0-恒温带温度，；Hk-开采深度，m;H0-恒温带深度，