第七章、矿井通风系统设计-Huainan

1、第八章 矿井空气调节概论矿井空气调节是改善矿内气候条件的主要技术措施之一。其主要内容包括两方面：一是对冬季寒冷地区，当井筒入风温度低于2C时，对井口空气进行预热；二是对高温矿井用 风地点进行风温调节，以达到规程规定的标准。本章将重点讨论高温矿井的空气调节技术，同时对冬季寒冷矿区的井口空气加热问题也做一简单介绍。第一节 井口空气加热本节主要介绍井口空气加热设计的一般方法及步骤。一、井口空气加热方式井口一般采用空气加热器对冷空气进行加热，其加热方式有两种。1. 井口房不密闭的加热方式当井口房不宜密闭时，被加热的空气需设置专用的通风机送入井筒或井口房。这种方式按冷、热风混合的地点不同，又分以下三种情

2、况：（1）冷、热风在井筒内混合这种布置方式是将被加热的空气通过专用通风机和热风道送入井口以下2m处，在井筒内进行热风和冷风的混合，如图 8-1-1 所示。（ 2）冷、热风在井口房内混合这种布置方式是将热风直接送入井口房内进行混合， 使混合后的空气温度达到2C以上 后再进入井筒，如图 8-1-2 所示。（3）冷、热风在井口房和井筒内同时混合 这种布置方式是前两种方式的结合，它将大部分热风送入井筒内混合，而将小部分热 风送入井口房内混合，其布置方式如图 8-1-3 所示。以上三种方式相比较，第一种方式冷、热风混合效果较好，通风机噪声对井口房的影 响相对较小，但井口房风速大、风温低，井口作业人员的工

3、作条件差，而且井筒热风口对 面井壁、上部罐座和罐顶保险装置有冻冰危险；第二种方式井口房工作条件有所改善，上 部罐座和罐顶保险装置冻冰危险减少，但冷、热风的混合效果不如前者，而且井口房内风 速较大，尤其是通风机的噪声对井口的通讯信号影响较大；第三种方式综合了前两种的优 点，而避免了其缺点，但管理较为复杂。图 8-1-11 通风机房；2空气加热室；3空气加热器;图 8-1-24 通风机；5热风道；6井筒31 通风机房；2空气加热室；空气加热器；4通风机；5井筒图8-1-31 通风机房；2空气加热室；3空气加热器；4通风机；5热风道；6 井筒。2.井口房密闭的加热方式当井口房有条件密闭时，热风可依靠

4、矿井主要通风机的负压作用而进入井口房和井筒, 而不需设置专用的通风机送风。采用这种方式，大多是在井口房内直接设置空气加热器， 让冷、热风在井口房内进行混合。对于大型矿井，当井筒进风量较大时，为了使井口房风速不超限，可在井口房外建立 冷风塔和冷风道，让一部分冷风先经过冷风道直接进入井筒，使冷、热风即在井口房混合 又在井筒内混合。采用这种方式时，应注意防止冷风道与井筒联接处结冰。井口房不密闭与井口房密闭这两种井口空气加热方式相比，其优缺点见表8-1-1表8-1-1井口空气加热方式的优缺点比较表井口空 气加热 方式优点缺点井口房 不密闭 时1 井口房不要求密闭；2. 可建立独立的空气加热室，布置 较

5、为灵活；3. 在相同风量下，所需空气加热器 的片数少。1.井口房风速大、风温低，井口作业 人员工作条件差；2 .通风机运行噪声对井口房通讯有影 响；3 .设备投资大，管理复杂。井口房 密闭时1. 井口房工作条件好；2. 不需设置专用通风机， 设备投资 少。1.井口房密闭增加矿井通风阻力；2 .井口房漏风管理较为麻烦。、空气加热量的计算1. 计算参数的确定(1) 室外冷风计算温度的确定。井口空气防冻加热的室外冷风计算温度，通常按下述原则确定：立井和斜井采用历年极端最低温度的平均值；平硐采用历年极端最低温度平均值与采暖室外计算温度二者的平均值。(2) 空气加热器出口热风温度的确定。 通过空气加热器

6、后的热风温度，根据井口空气加 热方式按表8-1-2确定。表8-1-2空气加热器后热风温度的确定送风地点热风(C)温度送风地点热风温度(C)立井井筒6070正压进入井口 房2030斜井或平 硐4050负压进入井口 房10202. 空气加热量的计算井口空气加热量包括基本加热量和附加热损失两部分，其中附加热损失包括热风道、 通风机壳及井口房外围护结构的热损失等。基本加热量即为加热冷风所需的热量，在设计 中，一般附加热损失可不单独计算，总加热量可按基本加热量乘以一个系数求得。即总加 热量Q,可按公式(8-1-1 )计算：QMCp(£ ti)， KW(8-1-1)式中M 井筒进风量，Kg/s

7、;a热量损失系数，井口房不密闭时a=1.051.10，密闭时口= 1.101.15 ;th冷、热风混合后空气温度，可取2C；ti 室外冷风温度，C；C空气定压比热，CP = 1.01 KJ/ (Kg - K。三、空气加热器的选择计算1. 基本计算公式(1) 通过空气加热器的风量th tiM1 M hL , Kg/s(8-1-3 )th0 tl式中M通过空气加热器的风量，Kg/s ;t h0加热后加热器出口热风温度，C，按表 8-1-2选取； 其余符号意义同前。(2) 空气加热器能够供给的热量? Q= kSA tp， KW(8-1-4)式中q '空气加热器能够供给的热量，Kvy? K 空

8、气加热器的传热系数，KW/ (m K);? S 空气加热器的散热面积，m ； tp热媒与空气间的平均温差，C。当热媒为蒸汽时： tp= tv-(t l+th0)/2，C(8-1-5)当热媒为热水时： tp= (t w+tw2)/2-(t e+t ho)/2，C(8-1-6)式中t v饱和蒸汽温度，C；t W1> tw2热水供水和回水温度，C；其余符号意义同前。空气加热器常用的在不同压力下的饱和蒸汽温度，见表8-1-3 c表8-1-3不同压力下的饱和蒸汽温度蒸汽压力(KPa)< 3098196245294343392饱和蒸汽温度(C)100119.6132.8138.2142.914

9、7.21512.选择计算步骤空气加热器的选择计算可按下述方法和步骤进行:(1) 初选加热器的型号初选加热器的型号首先应假定通过空气加热器的质量流速 (v p )/, 一般井口房不密闭 时(v p )/可选48Kg/mTs,井口房密闭时(v p厂 可选24Kg/m.s。然后按下式求出加热 器所需的有效通风截面积S /= M/(v p )/, m(8-1-7)在加热器的型号初步选定之后，即可根据加热器实际的有效通风截面积，算出实际的(v p )值。(2) 计算加热器的传热系数表8-1-4中列举了部分国产空气加热器传热系数的实验公式，供学习时参考，更详细的资料请查阅有关手册。如果有的产品在整理传热系

10、数实验公式时，用的不是质量流速(vp),而是迎面风速Vy,则应根据加热器有效截面积与迎风面积之比a值(a称为有效截面 系数)，使用关系式vy 4，由V p求出vy后，再计算传热系数。如果热媒为热水，则在传热系数的计算公式中还要用到管内水流速V。加热器管内水流速可按下式计算：MiCp(tho ti)SwC(tw1tw2)103m/s(8-1-8)式中V l加热器管内水的实际流速，m/s；s w空气加热器热媒通过的截面积，m；C 水的比热，C = 4.1868KJ/Kg K。其余符号意义同前。(3) 计算所需的空气加热器面积和加热器台数 空气加热器所需的加热面积可按下式计算：Q12S1十，m (8

11、-1-9)式中符号意义同前。计算出所需加热面积后，可根据每台加热器的实际加热面积确定所需加热器的排数和 台数。 检查空气加热器的富余系数，一般取1.151.25。(5)计算空气加热器的空气阻力 H,计算公式见表8-1-4。(6)计算空气加热器管内水阻力 h,计算公式也见表8-1-4。表8-1-4部分国产空气加热器的传热系数和阻力计算公式表加热器型号热媒传热系数2K(W/m K)空气阻力厶H(Pa)热水阻力厶h(KPa)5、6、10D5、6、10ZSRZ型 5、6、10X 7D7Z7X蒸汽3、0.4914. 6(v p )0.4914. 6(v p )一u/ 0.53214. 5(v p )14

12、. 3(v p )._ ,、0.4914. 6(v p )15.1(v p )7 _ _ ,. 1.9981.76(v p )1.981.47(v p )0.88(v p )2.12 2.06(v p )1.17_ _ . ,、1.522.94(v p )/ c、1.9171.37(v p )D型:1.9615.2V wZ、X型：15.2V J96B X A/2 SRL型 B XA/3BX A/2BX A/3蒸汽、0.5015.2(v p )彳厂#、0.4315.1(v p )1.71(v p )3.03(v p )1.62热水“ c “、0.2416.5(v p )14.5(v p )1.5

13、(v p )1.582.9(v p )1.58I , 2注：v p空气质量流速，Kg/m .s ; V水流速，m/s。第二节矿井主要热源及其散热量要进行矿井空调设计，首先就必须了解引起矿井高温热害的主要影响因素。能引起矿 井气温值升高的环境因素统称为矿井热源。本节将重点讨论这些矿井主要热源及其散热量 的计算方法。一、井巷围岩传热1 围岩原始温度的测算围岩原始温度是指井巷周围未被通风冷却的原始岩层温度。在许多深矿井中，围岩原 始温度高，往往是造成矿井高温的主要原因。由于在地表大气和大地热流场的共同作用下，岩层原始温度沿垂直方向上大致可划分 为三个层带。在地表浅部由于受地表大气的影响，岩层原始温度

14、随地表大气温度的变化而 呈周期性地变化，这一层带称为变温带。随着深度的增加，岩层原始温度受地表大气的影 响逐渐减弱，而受大地热流场的影响逐渐增强，当到达某一深度处时，二者趋于平衡，岩 温常年基本保持不变，这一层带称为恒温带，恒温带的温度约比当地年平均气温高12C 在恒温带以下，由于受大地热流场的影响，在一定的区域范围内，岩层原始温度随深度的 增加而增加，大致呈线性的变化规律，这一层带称为增温带。在增温带内，岩层原始温度 随深度的变化规律可用地温率或地温梯度来表示。地温率是指恒温带以下岩层温度每增加 1C，所增加的垂直深度，即:(8-2-1)ZZ0?gr-?, m/Ct tr r0地温梯度是指恒

15、温带以下，垂直深度每增加 loom寸，原始岩温的升高值，它与地温率 之间的关系为：? G r = 100/g r, C /100m(8-2-2)式中g r 地温率，m/C；? Gr 地温梯度，C /100m；z 0、z恒温带深度和岩层温度测算处的深度，mt r0、tr 恒温带温度和岩层原始温度，C。若已知gr或G及Z。、tr0，贝U对式(8-2-1 )、式(8-2-2 )进行变形后，即可计算出深度为 Zm勺原岩温度tr。表8-2-1?列出的我国部分矿区恒温带参数和地温率数值，仅供参考。表8-2-1我国部分矿区恒温带参数矿区名称恒温带深度Z0(m)恒温带温度t y0( C )地温率g r(m/

16、C )辽宁抚顺25 3010.530山东枣庄4017.045平顶山矿区2517.23121罗河铁矿区2518.95925安徽淮南潘集2516.833.7辽宁北票台吉2710.640 37广西合山2023.140浙江长广3118.944湖北黄石3118.843.3 39.82 围岩与风流间传热量井巷围岩与风流间的传热是一个复杂的不稳定传热过程。井巷开掘后，随着时间的推 移，围岩被冷却的范围逐渐扩大，其所向风流传递的热量逐渐减少；而且在传热过程中由 于井巷表面水分蒸发或凝结，还伴随着传质过程发生。为简化研究，目前常将这些复杂的 影响因素都归结到传热系数中去讨论。因此，井巷围岩与风流间的传热量可按下

17、式来计算:?Qr = KrUL(trm-t) ， KW(8-2-5)式中Qr井巷围岩传热量，KvyK T围岩与风流间的不稳定换热系数，KW/(m C )；u 井巷周长，ml 井巷长度，mt rm平均原始岩温，C；t 井巷中平均风温，c。围岩与风流间的不稳定传热系数Kt是指井巷围岩深部未被冷却的岩体与空气间温差为 i °c时，单位时间内从每m?巷道壁面上向空气放出(或吸收)的热量。它是围岩的热物理性 质、井巷形状尺寸、通风强度及通风时间等的函数。由于不稳定传热系数的解析解相当复 杂，在矿井空调设计中大多采用简化公式或统计公式计算。限于教材篇幅，此处不再赘述。 应用时，请参阅有关专著或手

18、册。二、机电设备放热 在现代矿井中，由于机械化水平不断提高，尤其是采掘工作面的装机容量急剧增大，机电设备放热已成为这些矿井中不容忽视的主要热源。1. 采掘设备放热 采掘设备运转所消耗的电能最终都将转化为热能，其中大部分将被采掘工作面风流所吸收。风流所吸收的热能中小部分能引起风流的温升，其中大部分转化成汽化潜热引起焓 增。采掘设备运转放热一般可按下式计算：?Q匸书 N, KW(8-2-6)式中Qc风流所吸收的热量，KVy书一采掘设备运转放热中风流的吸热比例系数；书值可通过实测统计来确定。N 采掘设备实耗功率， KW。2. 其它电动设备放热电动设备放热量一般可按下式计算：Q e= (1- n t)

19、 n mN, KW (8-2-7)式中Qe电动设备放热量，KVyN电动机的额定功率，KVyn t 提升设备的机械效率，非提升设备或下放物料nt = 0；n m电动机的综合效率，包括负荷率、每日运转时间和电动机效率等因素。三、运输中煤炭及矸石的放热 在以运输机巷作为进风巷的采区通风系统中，运输中煤炭及矸石的放热是一种比较重要的热源。运输中煤炭及矸石的放热量一般可用下式近似计算：?QK mCm t ， KW(8-2-8)式中Qk运输中煤炭或矸石的放热量，KWm 煤炭或矸石的运输量，Kg/s;C m煤炭或矸石的比热，KJ/(KgC); t 煤炭或矸石与空气温差，C。可由实测确定，也可用下式估算：?

20、t0.0024L0.8(tr twm)，C (8-2-9)式中 L 运输距离， m；t r运输中煤炭或矸石的平均温度，一般较回采工作面的原始岩温低48C；t wm 运输巷道中风流的平均湿球温度，C。四、矿物及其它有机物的氧化放热 井下矿物及其它有机物的氧化放热是一个十分复杂的过程，很难将它与其它热源分离开来单独计算，现一般采用下式估算：?Q0 q0V 0.8UL ， KW(8-2-10)式中 Q 0氧化放热量， KW;V 巷道中平均风速， m/s;q 0 V= 1m/s?时单位面积氧化放热量，KW/血 在无实测资料时，可取 34.6 X 10-3KW/m2。其余符号意义同前。五、人员放热在人员

21、比较集中的采掘工作面，人员放热对工作面的气候条件也有一定的影响。人员 放热与劳动强度和个人体质有关，现一般按下式进行计算：?QW0 nq， KW(8-2-11)式中Q人员放热量，KWn工作面总人数；q 每人发热量，一般参考以下数据取值：静止状态时取0.090.12KW轻度体力劳动时取0.2kw;中等体力劳动时取0.275kw;繁重体力劳动时取0.47kw。六、热水放热井下热水放热主要取决于水温、水量和排水方式。当采用有盖水沟或管道排水时，其 传热量可按下式计算：? Qw KwS(tw t) , KW(8-2-12)式中Qw热水传热量，KWK w水沟盖板或管道的传热系数，KW/(mC )；S 水

22、与空气间的传热面积。水沟排水:S = BwL, m;管道排水:S =n CbL,吊; b w 水沟宽度，m d 2 管道外径，ml 水沟长度，mt w水沟或管道中水的平均温度，c；t 巷道中风流的平均温度，c。水沟盖板的传热系数可按下式确定：? Kw 1/(丄 丄)，KW/(mVC) (8-2-13)1 2管道传热系数可按下式确定：?Kw 1/(出 d2ln* 丄)，KW/(mVC )(8-2-14 )1d 1 2d12式中a 1?水与水沟盖板或管道内壁的对流换热系数，KW/(mVc );a 2 水沟盖板或管道外壁与巷道空气的对流换热系数，KW/(m C );s盖板厚度，m入一盖板或管壁材料的

23、导热系数，KW/(m-C)；d 1管道内径，m? D2管道外径，m第二节矿井风流热湿计算矿井风流热湿计算是矿井空调设计的基础，是采取合理的空调技术措施的依据。一般 计算的范围是从井筒入风口至采掘工作面的回风口，可与第五章第五节所述的矿井通风网 路解算联合进行。本节主要依据矿井风流热湿交换的基本原理，着重阐述矿井风流热湿计算的基本方法 及其应用。、地表大气状态参数的确定在矿井空调设计中，地表大气状态参数一般按下述原则确定：地表大气的温度采用历 年最热月月平均温度的平均值；地表大气的相对湿度采用历年最热月月平均相对湿度的平 均值；地表大气的含湿量采用历年最热月月平均含湿量的平均值。这些数值均可从当

24、地气 象台、站的气象统计资料中获得。二、井筒风流的热交换和风温计算研究表明，在井筒通过风量较大的情况下，井筒围岩对风流的热状态影响较小，决定 井筒风流热状态的主要因素是地表大气条件和风流在井筒内的加湿压缩过程。根据热力学 第一定律，井筒风流的热平衡方程式为：?Cp(t2 ti) (d2 di) g(Zi Z2)(8-3-1)式中Cp空气的定压质量比热，KJ/(KgC );丫一水蒸汽的汽化潜热，Kg/KJ;t 1、t 2井口、井底的风温，C；?di、d2井口、井底风流的含湿量，g/Kg ;Zi、Z井口、井底的标高，m在一定的大气压力下，风流的含湿量与风温呈近似的线性关系：?d 622 型

25、76;，g/Kg (8-3-2)P Pm式中一风流的相对湿度，；t 风流温度，C；P 大气压力，Pa；b、& /、Pm与风温有关的常数，由表8-3-1确定。b令： A 622 P Pm则：d A t(8-3-3)将式(8-3-3)代入式(8-3-1)可解得：?t2 。旦凶 F ，C(8-3-4)(1 E2 2)其中组合参数(只是为了简化公式而设的，没有任何物理意义 ):?E1 = 2.4876A1；2.4876A2?A1 = 622b/(P 1-Pm) ； A = 622b/(P 2-Pj ；? F= (Zi Z)/102.5 (E2 2 Ei J £z0式(8-3-4)即为

26、井底风温计算式。式中P 1、R井口、井底的大气压力，？对于井底大气压力可近似按式(8-3-5 )推算:P2= R + gp(Zi-Z2), Pa (8-3-5)g p压力梯度，其值为11.312.6 , Pa/m；井口、井底空气的相对湿度，0表8-3-1 b、& /、Pm参数取值表风温/ Cb£P m井下地面11061.9789.3241016.12734.1611 1750.27419.9791459.011053.3617 23144.305-3.7702108.051522.0823 29197.838-8.9883028.412187.8529 35268.328-1

27、4.2884281.273105.5535 45393.015-22.9586497.054692.24当井筒中存在水分蒸发时，由于水分蒸发吸收的热量来源于风流下行压缩热和风流本 身，这部分热量将转化为汽化潜热，所以当风流沿井筒向下流动时，有时井底风温不仅不 会升高，反而还可能有所降低。三、巷道风流的热交换和风温计算风流经过巷道时，由于与巷道环境间发生热湿交换，使风温随距离逐渐上升。其热平衡方程式为：MbCp(t2 tj M b (d2 d1)(8-3-6) KU(tr t) KtUt(tt t) KxUx(t tx) KwBw(tw t)L Qm式中 M b风流的质量流量，Kg/s ;K.风

28、流与围岩间的不稳定换热系数，KW/(?mC );u 巷道周长，mt r原始岩温，C；? K、K分别为热、冷管道的传热系数，KW/(?mC );? u、u分别为热、冷管道的周长，m? tt、tx分别为热、冷管道内流体的平均温度，？C；K w巷道中水沟盖板的传热系数，KW/(?m C );Bw水沟宽度，m? t w水沟中水的平均温度，C；?E Q巷道中各种绝对热源的放热量之和，KVy? L 巷道的长度，m。式(8-3-6)通过变换整理可改写成：(R+ E 2)t 2= (R + E i N)t i + M+ F (8-3-7)由式(8-3-7)可解得:?丄 (R E 1 N) t1 M F t2(

29、RE 2)(8-3-8)其中组合参数:=2.4876A；?Nt 皿；NMbCp 'KxUxL ；MbCp ；?K w Bw L NwMbCp；N= NT + N + N+ NL; R= 1 + 0.5N ;=NT t r + Nt t + Nt x + Nt w；? ?FE 。M bCp式中 1、2巷道始末端风流的相对湿度，。式(8-3-8)即为巷道末端的风温计算式。如果巷道中的相对热源只有围岩放热，则式(8-3-8)?还可简化为:?t2(R E 1 N* Ntr F(R E 2)(8-3-9)四、采掘工作面风流热交换与风温计算1.采煤工作面风流通过采煤工作面时的热平衡方程式可表示为：

30、? MbCp(t2 tj Mb (d2 dj K UL(tr t) (QkQm) (8-3-10)式中Q k运输中煤炭放热量，KVy其余符合意义同前。将式(8-2-6)和式(8-3-3)代入式(8-3-10)，经整理即可得出采煤工作面末端的风温计算式，其形式和式(8-3-9)完全一样，只是其中的组合参数略有不同。对于采煤工作面：K UL 6.67 10 4CmmL0'8M bCpQm 2.33 10 3CmmL0.8M bCpA式中m 每小时煤炭运输量，m , t/h ；A工作面日产量，t ;t每日运煤时数，ho当要求采煤工作面出口风温不超过规程规定时，其入口风温可按下式确定:?t1(

31、R E 2)t2 Ntr FR E 1 N(8-3-11)2.掘进工作面风流在掘进工作面的热交换主要是通过风筒进行的，其热交换过程一般可视为等湿加热过程。现以如图8-3-1?所示的压入式通风为例进行讨论?图 8-3-1(1) 局部通风机出口风温确定风流通过局部通风机后，其出口风温一般可按下式确定:ti to Kb 出，°c(8-3-12)M bi式中K b 局部通风机放热系数，可取0.550.7 ;to 局部通风机入口处巷道中的风温；c；N e 局部通风机额定功率，KvyMbi 局部通风机的吸风量，Kg/s。(2) 风筒出口风温的确定：根据热平衡方程式，风流通过风筒时，其出口风温可按

32、下式确定:I? 2Nttb (1 Nt)ti 0.01(Zi Z2)c (8-3-13)21 Nt，(其中：Nt 血(K 1)M biCp对于单层风筒：(8-3-14)Kt (丄)1，Kw/mc1 2对于隔热风筒：Kt (丄 丄D2 DlnD1)1，KW/mC (8-3-15)21 Di 2 D2式中t b 风筒外平均风温，c；z i 风筒入口处标咼，mz 2 风筒出口处标高，mK t 风筒的传热系数，KW/(m -c )；s t 风筒的传热面积，m；p 风筒的有效风量率M b2M biM b2 风筒出口的有效风量，Kg/s ;a i风筒外对流换热系数，KW/俑-C );i 0.006(1 1

33、.471. 0.6615V6 D10.5) (8-3-16)a 2风筒内对流换热系数，KW/rlrC;2 0.007i2D25vm(8-3-17)d i隔热风筒外径，md 2 风筒内径，m入一隔热层的导热系数，KW/m°C；Vb 巷道中平均风速；Vb 0.4167(K 1)Mbi/S , m/s (8-3-18)V m风筒内平均风速；Vm 0.5308(K i)Mbi/D； , m/s (8-3-19)2S 掘进巷道的断面积，m。(3) 掘进头风温确定风流从风筒口射出后，与掘进头近区围岩发生热交换，根据热平衡方程式，掘进头风 温可按下式确定：1 t3-(1 E 2 M )t2 2Mt

34、r F，C (8-3-20)R其中：M ZK 3S3 ； Z (2KM b1Cp) 1 ； R 1 M E 3 ； F Z Qm3 E 。式中K T3 掘进头近区围岩不稳定换热系数，KW/mC；s 3 掘进头近区围岩散热面积，m；刀Q掘进头近区局部热源散热量之和，KW其余符号意义同前。掘进头近区围岩不稳定换热系数可按下式确定：其中:k 3 ，Kw/mc1.77R /f03(8-3-21)R00.564 . S ；F03a 3R2式中入一岩石的导热系数，KW/mC；a 岩石的导温系数，m/h ；T 3掘进头平均通风时间，h；l 3掘进头近区长度，m五、矿井风流湿交换当矿井风流流经潮湿的井巷壁面时

35、，由于井巷表面水分的蒸发或凝结，将产生矿井风流的湿交换。根据湿交换理论，经推导可得出井巷壁面水分蒸发量的计算公式为：PWmax (t ts)UL, Kg/s(8-3-22)F0式中a井巷壁面与风流的对流换热系数；2.728 10 3 mV°'8, KW/mC(8-3-23)丫一水蒸气的汽化潜热，2500 KJ/Kg ;t 巷道中风流的平均温度，C；t s巷道中风流的平均湿球温度，C；u 巷道周长，ml 巷道长度，mp 风流的压力，Pa；P 0标准大气压力，101325PaV b巷道中平均风速，m/s；& m巷道壁面粗糙度系数，光滑壁面&n=1 ；主要运输大巷

36、& m = 1.001.65 ；运输平巷& m=1.652.5 ;工作面 & m =2.53.1。由湿交换引起潜热交换，其潜热交换量为：PQq Wmax(t ts)UL，KW(8-3-24)P0式中符号意义同前Mb dWmax必须指出：公式(8-3-22)是在井巷壁面完全潮湿的条件下导出的，所以由该式计算出 的是井巷壁面理论水分蒸发量。实际上，由于井巷壁面的潮湿程度不同，其湿交换量也有 所不同，故在实际应用中应乘以一个考虑井巷壁面潮湿程度的系数，称为井巷壁面潮湿度 系数，其定义为：井巷壁面实际的水分蒸发量与理论水分蒸发量的比值，用f表示，即:(8-3-25)该值可通过实

37、验或实测得到。求得井巷壁面的潮湿度系数后，即可求得风流通过该段 井巷时的含湿量增量：fWmaxMb(8-3-26)由含湿量增量，即可求得该段井巷末端风流的含湿量和相对湿度:d2 d1d(8-3-27)v 100%Ps(8-3-28)式中P V 水蒸气分压力，可用下式计算：(8-3-29)(8-3-30)Pv, Pa622 d2Ps 饱和水蒸气分压力，可用下式计算：Ps 610.6 exp( 17.27t2 ) , Pa237.3 t2本节介绍了矿井风流热湿计算的基本公式，根据这些公式即可逐段地计算出井巷末端 风流的温度和相对湿度。第四节 矿井降温的一般技术措施当矿井气候值超过标准而出现热害时，

38、就必须采取降温措施加以改善。矿井降温的一 般技术措施是指除了矿井空调技术外，其他各种用于调节和改善矿井气候条件的措施。它 主要包括：通风降温、隔热疏导、个体防护等，本节仅介绍其中几种主要措施。一、通风降温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就是加大矿井风量和选择合理的矿井通风系统。1 .加大风量实践证明，在一定的条件下(如原风量较小)，增加风量是高温矿井最经济的降温手段 之一。加大风量不仅可以排出热量、降低风温，而且还可以有效地改善人体的散热条件， 增加人体舒适感。所以在高温矿井采用通风降温是矿井降温的基本措施之一。但增风降温并不总是有效的。当风量增加到一定程度时，增风降温的效

39、果就会减弱。 同时增风降温还受到井巷断面和通风机能力等各种因素的制约，有一定的应用范围。2.选择合理的矿井通风系统从降温角度出发，确定矿井通风系统时，一般应考虑下列原则：(1) 尽可能减少进风路线的长度在井巷热环境条件和风量不变的情况下，井巷进风的温升是随其流程加长而增大，风 路越长，风流沿途吸热量越大，温升也越大。所以，在高温矿井应尽量缩短进风路线的长 度。同时在进行开拓系统设计时，要注意与通风系统相结合，避免进风巷布置在高温岩层 中和不必要地加长进风路线的长度，以增加其温升。（2）尽量避免煤流与风流反向运行在选择采区通风系统时，尽量采用轨道上山进风方案，避免因煤流与风流方向相反， 将煤炭在

40、运输过程中的散热和设备散热带进工作面。根据原西德的经验采用轨道上山（平 巷）进风与运输上山（平巷）进风相比，回采工作面进风流的同感温度可降低45C。（ 3）回采工作面采用下行风 在条件许可时，回采工作面可采用下行风。因为回采工作面采用下行风时，风流是从 路程较短的上部巷道进入工作面，且减少煤炭放热影响，故可降低工作面的进风温度。二、隔热疏导 所谓隔热疏导就是采取各种有效措施将矿井热源与风流隔离开来，或将热流直接引入 矿井回风流中，避免矿井热源对风流的直接加热，从而达到矿井降温的目的。隔热疏导的 措施主要有：1巷道隔热巷道隔热主要用于矿井局部地温异常的区段。目前较为可行的方法是，在高温岩壁与 巷

41、道支架之间充填隔热材料，如高炉或锅炉炉渣等。近年来，我国煤矿还试验用聚氨脂泡 沫塑料喷涂岩壁，喷涂厚度为10m时，就能产生较好的隔热效果；国外有些国家也曾采用 聚乙烯泡沫塑料、硬质氨基甲酸泡沫、膨胀珍珠岩等隔热材料喷涂岩壁，也取得较好效果。 但因巷道隔热费用较高；而且隔热层的时效性较差，随着时间的推移，隔热层的作用将变 小；同时还必须注意防火、防毒等安全问题。由于这些原因限制了这种方法的应用。今后 应当重视开发和研究高效、无毒、时效性长，而且廉价的巷道隔热材料。2管道和水沟隔热 对高温矿井，温度高的压气管道和排热水管应尽量设在回风流中，如果必须设在进风 流中时应采取隔热措施。尤其是对热水型高温

42、矿井，对排热水管进行隔热，应防止热水对 风流的增温增湿作用。对热水涌出量大的矿井可超前将热水疏干，将水位降低到开采深度以下。对局部地点 涌出的高温热水，可在出水点附近打排水钻孔，将热水用隔热管道直接排至地面。3井下发热量大的大型机电硐室应独立回风 现代矿井井下大型机电硐室的发热量很大，如果这些设备的散热直接进入进风流，将 引起矿井风流较大的温升。所以对高温矿井，井下大型机电硐室（如中央变电所、泵房和 绞车房等）应建立独立的回风系统。三、个体防护对个别气候条件恶劣的地点， 由于技术或经济上的原因， 如不能采取其他降温措施时， 对矿工进行个体防护也是一种有效的方法。 矿工个体防护的主要措施就是让矿

43、工穿戴轻便、 冷却背心或冷却帽，其作用是防止环境热对流和热辐射对人体的侵害；同时使人体自身的 产热量传给冷却服或冷却帽中的冷媒。国外一些国家已研制出了许多种适合井下使用的矿 工冷却服和冷却帽， 例如南非加尔德 - 来特公司研制生产的一种干冰冷却背心， 干冰用量为 4Kg,冷却功率为10680W冷却时间可达68h。再如由原西德米塔尔公司生产一种冰水 冷却背心，其用冰量为5Kg，没有冷媒循环系统和运动部件，在冷却功率为 220W勺条件下， 持续工作时间可达2.5h以上。近年国内一些科研单位也研制出了同类产品，在煤矿井下试 用也取得较好效果。除了上述措施之外， 还有其它一些措施诸如煤层注水预冷煤体、

44、 在进风巷道放置冰块、 利用调热圈巷道进风等都可起到一定勺降温作用。由于矿井勺高温原因各不相同，热害程度也轻重不一。因此，在作矿井降温设计时， 应对具体问题作具体分析，要因地制宜、有针对性地采取降温措施，才能受到良好效果。第五节 矿井空调系统设计简介当采用一般勺矿井降温措施，不能有效地解决采掘工作面勺高温问题时，就必须采用 矿井空调技术。所谓矿井空调技术就是应用各种空气热湿处理手段，来调节和改善井下作 业地点勺气候条件，使之达到规定标准勺一门综合性技术。本节将简单介绍矿井空调系统 设计勺基本原理和一般方法。一、矿井空调系统设计勺依据 矿井空调系统设计勺主要依据是行业法规(如煤矿安全规程等)和上

45、级主管部门 勺书面批示。此外还必须收集下列资料或数据：(1) 矿区常年气候条件，如地表大气勺月平均温度、月平均相对湿度和大气压力等；(2) 矿井各生产水平勺地温资料和等地温线图；(3) 矿井设计生产能力、服务年限、开拓方式、采区布置和年度计划等；(4) 采掘工程平(剖)面图、通风系统图和通风网路图；(5) 矿井通风系统阻力测定与分析数据，如井巷通风阻力、风阻、风量等；(6) 井巷所穿过各岩层勺岩石热物理性质，如导热系数、导温系数、比热和密度等；(7) 矿井水温和水量。二、设计的主要内容与步骤 矿井空调系统设计是一项非常复杂的工作，其主要设计内容和步骤如下：(1) 矿井热源调查与分析， 查明矿井

46、高温的主要原因及热害程度， 并对矿井空调系统设 计的必要性作出评价；(2) 根据实测或预测的风温， 确定采掘工作面的合理配风量， 并计算出采掘工作面的需 冷量，做到风量与冷量的最优匹配，以减少矿井空调系统的负荷；(3) 根据采掘工作面的需冷量、 已采取的一般矿井降温措施及生产的发展情况， 确定全 矿井所需的制冷量，并报请有关部门核准；(4) 根据矿井具体条件，拟定矿井空调系统方案，包括制冷站位置、供冷排热方式、管 道布置、风流冷却地点的选择等，并进行技术经济比较，确定最佳方案；(5) 根据拟定的矿井空调系统方案，进行供冷、排热设计，并进行设备选型；(6) 进行制冷机站(硐室)的土建设计，选取合理的布置方式；(7) 制冷机站(硐室)内自动监控与安全防护设施的设计，制定设备运行、维护的管理 机制；(8) 概算矿井空调的吨煤成本和其它经济性指标。 上述设计内容非常广泛，它涉及到采矿、通风、空调、制冷、土建等相关学科。设计 中即要注意采用先进的技术和设备，又不能忽视实际经验，更要适合当前我国的技术经济 条件和可能的发展趋势，只有这样才能做好一个大型的矿井空调系统设计。三、矿井空调系统的基本类型 目前国内外常见的冷冻水供冷、空冷器冷却风流的矿井集中空调系统的基本结构模式 如图 8-5-