煤矿井下作业高温技术研究

煤矿井下作业高温技术研究

1对高温影响作用机理的研究较少。在现场实践随着矿山深度的增加，原始地下岩石的温度上升。同时，随着高产、高效的普及，广泛应用于采矿机械化设备。由于设备运行过程中大量热量，一些煤矿开采环境的气候条件恶化，高温已成为影响矿山安全生产的另一个瓶颈。我国一些学者对此进行了研究,也取得了一些成果,但针对高温问题中一些关键理论和技术的研究相对现场实践还滞后,主要包括以下方面的问题:(1)热源分析、计算繁杂,使得现场实践中在进行降温措施确定时没有专门去计算。(2)风温变化规律、风温与岩温的耦合关系、风温预测研究不充分,计算公式繁多,使得现场应用时难以选择和正确应用。(3)对采用通风降温的极限开采岩温确定以及在何种条件下应该采用机械降温措施研究不够沉入。(4)采取机械降温措施时,因配送点和配风量设计不合理,往往导致矿井空调负荷增大,且未能发挥机械降温效果。(5)未能从降温效果和热源分析角度,提出综合降温途径,降温措施的确定缺乏系统性。针对上述问题,研究开发了矿井风温预测与降温效果分析专家系统,实现井下热源自动分析、计算,风温预测和降温效果分析等功能,为现场探索温度分布规律和提高降温措施效果提供技术支持。2数据库技术矿井风温预测与降温效果分析专家系统采用面向对象计算机语言VisualBASIC6.0和数据库技术共同开发,采用组件式开发方式,界面图块化显示,便于现场人员应用和掌握。主要功能包括矿井热源分析计算,采掘工作面、巷道和井筒风温预测,单一风流通路风温预测,矿井全网络风温预测,降温措施效果分析,降温措施专家系统等几大部分,系统结构如图1所示,各部分的功能详细介绍如下:(1)放热计算计算主要包括:风流自压缩热计算、围岩散热计算、机电设备散热计算、煤矸石散热计算、热水放热计算、氧化放热计算、人员放热计算。该部分不但可为风温预测提供有效、可靠的物理计算基础参数,而且可实现各种放热热源计算,以确定井下不同部分的主要热源,为热的“分源治理”打下基础。(2)空气压力、湿度测定主要包括:采掘工作面风温预测、巷道风温预测及井筒风温预测,空气压力、空气湿度预测。该模块实现了不同类型的巷道风温预测功能,现场应用技术人员可分步骤、按现场要求进行风温预测,有助于按照现场实际情况实现准确的、合理的风温计算。(3)模拟界面输入算法基于矿井热源分析计算,采掘工作面、巷道和井筒风温预测模块功能,采用VisualBASIC编写的界面输入数据界面,结合Excel数据库储存基础数据单元,运用工程数学牛顿迭代法,实现不同巷道风温预测的目的;基于单一巷道风温预测和矿井通风网络化,实现全风网风温预测。(4)分析降温措施的效果的模块根据热源、风温预测情况,针对不同降温措施效果进行分析,提出降温措施待改进的物理参数组。(5)关于减少抑郁的特殊系统模块将国内外各类降温措施保存到数据库,然后运用SQL语句对输入关键字进行搜索,实现降温措施的查询。3风温计算方法矿井风温预测与降温效果分析专家系统采用VBActiveDLL技术,能保护程序代码安全性,减少代码的复杂性,加快代码的执行速度,节省计算机的资源。风路风温预测程序方法是将风流通路划分成井筒、巷道、采煤工作面及掘进工作面4个部分,根据不同井巷类型采用相对应的公式和解算方法进行预测,然后整个过程采用牛顿迭代法将整个风路各段间风温计算出来。对于井筒段:风温公式采用舍尔巴尼法或用K值显热比法,解算方法采用一种近似数学法(差分法)进行井筒风温计算。其基本原理是:把进风井沿井深自上而下划分成井段(Z1,Z2,…,Zn),然后把风温从井口逐段接力计算到井底;每个井段原始岩温采用该段平均原始岩温。同理,巷道段划分为采用风流焓值方程建立的风流末端断面上的气温模型,解算方法采用二分法(迭代法);采煤工作面段,由于热源比较繁琐,计算公式采用舍尔巴尼法,并分为倾斜工作面和急倾斜工作面,解算方法同风井的解算方法;掘进工作面风温预测所需的参数比较繁琐,给编程带来一定问题,所以采用温度交换法实现。风温预测计算程序如图2所示。4工作面程序风温预测效果分析开滦钱家营矿-850m水平,掘进工作面出现高于26℃以上高温。目前掘进工作面风速在0.3～0.4m/s,且进风温度低于工作面温度,经软件效果分析模块分析,采用增加风量比较好。矿井井筒(20℃)到850东大巷道掘进工作面程序风温预测效果和实测情况的汇总见表1。根据表1计算结果,采用矿井风温预测与降温效果分析专家系统风温预测模块计算,计算结果与实测结果基本一致,误差在5%以内,符合现场实践要求。5模拟分析系统的开发(1)因热源分析计算繁杂,风温预测困难,计算公式众多,使得现场应用时难以选择和正确应用,所以为了能选择恰当的计算公式和减少计算工作量,达到计算精确的目的,有必要开发包括热源计算和风温预测的模拟分析系统。(2)采取机械降温措施时,因配送点和配风量设计不合理,往往导致矿井空调负荷增大,且未能发挥机械降温效果,所以有