矿井进风流与围岩的换热

矿井通风与安全课堂笔记4章第四章 通风动力本章重点与难点1、自然风压的产生、计算、利用与控制2、轴流式和离心式主要通风机特性3、主要通风机的联合运转4、主要通风机的合理工作范围欲使空气在矿井中源源不断地流动，就必须克服空气沿井巷流动时所受到的阻力。

这种克服通风阻力的能量或压力叫通风动力。

由第二章可知，通风机风压和自然风压均是矿井通风的动力。

本章将就。

对这两种压力对矿井通风的作用、影响因素、特性进行分析研究，以便合理地使用通风动力，从而使矿井通风达到技术先进、经济合理，安全可靠。

第一节 自然风压一、 自然风压及其形成和计算自然风压与自然通风 图4-1-1为一个简化的矿井通风系统，2-3为水平巷道，0-5为通过系统最高点的水平线。

如果把地表大气视为断面无限大，风阻为零的假想风路，则通风系统可视为一个闭合的回路。

在冬季，由于空气柱0-1-2比5-4-3的平均温度较低，平均空气密度较大，导致两空气柱作用在2-3水平面上的重力不等。

其重力之差就是该系统的自然风压。

它使空气源源不断地从井口1流入，从井口5流出。

在夏季时，若空气柱5-4-3比0-1-2温度低，平均密度大，则系统产生的自然风压方向与冬季相反。

地面空气从井口5流入，从井口1流出。

这种由自然因素作用而形成的通风叫自然通风。

图4—1—1 简化矿井通风系统 由上述例子可见，在一个有高差的闭合回路中，只要两侧有高差巷道中空气的温度或密度不等，则该回路就会产生自然风压。

根据自然风压定义，图4—1—1所示系统的自然风压H N 可用下式计算：gdZ gdZ H N ⎰⎰-=532201ρρ4-1-1式中 Z —矿井最高点至最低水平间的距离，m ；g —重力加速度，m/s 2；ρ1、ρ2—分别为0-1-2和5-4-3井巷中dZ 段空气密度，kg/m 3。

由于空气密度受多种因素影响，与高度Z 成复杂的函数关系。

因此利用式4-2-1计算自然风压较为困难。

为了简化计算，一般采用测算出0-1-2和5-4-3井巷中空气密度的平均值ρm1和ρm2，用其分别代替式4—1—1中的ρ1和ρ2，则(4-1-1)可写为：H Zg N m m =-()ρρ12 4-1-2二、 自然风压的影响因素及变化规律自然风压影响因素由式4-1-1可见，自然风压的影响因素可用下式表示：H N =f (ρZ ）=f [ρ(T,P,R ，φ)Z ] 4-1-3影响自然风压的决定性因素是两侧空气柱的密度差，而影响空气密度又由温度T 、大气压力P 、气体常数R 和相对湿度φ等因素影响。

矿井进风流与围岩的换热＊张帝　邹声华　杨如辉(湖南科技大学能源与安全工程学院　湖南湘潭411201) 摘　要　文章以热工学的基本原理和相关理论为基础,运用仪器对巷道进风流及巷道围岩周壁的温、湿度分布进行了测试。

基于热传递的相关概念与机理以及矿内传热学基础,通过对巷道进风流与巷壁换热过程的分析,得出了进风平巷内风流与围岩间的对流换热系数和两者之间的潜热与显热交换之间的关系,并给出了相关的计算公式。

关键词　矿井　进风平巷　风流　温湿度The Thermal Exchange between Wall Rock and Mine Inlet AirZHANG Di ZOU Shenghua YANG Ruhui(School of Energy and Safety Engineering ,Hunan University of Science and Technology Xiangtan ,Hunan 411201)Abstract In the paper ,on the bas is of the basic principle and relevant theory of pyrology ,the instruments are applied to test the inlet air and the temperature and humidity of the surrounding rock wall .Based on the related concepts and mecha -nism of the heat transfer and heat transfer theory basis and through theoretical analysis of thermal exchange process between the airflow of mine and the wall of excavation road way ,the convective heat transfer coefficient (CHTC )of the s urrounding rocks and the wind flow and the relation of their latent heat and sensible heat is found out and the related calculation equa -tions are given .Key Words mine intake entry wind flow humidity and temperature0　引言巷道传热可分为干壁巷道传热和湿壁巷道传热两种。

深热矿井巷道围岩的热分析张习军,姬建虎,陆　伟(煤炭科学研究总院重庆研究院,重庆400037)[摘　要]　巷道围岩散热是一个复杂的非稳态过程,包括围岩内部的热传导和围岩与风流的对流热交换,着重从这两个方面对巷道围岩进行热分析。

分析了巷道围岩调热圈和围岩内部温度场及其影响因素,以及围岩与风流热湿交换的显热和潜热。

[关键词]　热害;围岩散热;热传导;调热圈;对流热交换[中图分类号]T D 727 [文献标识码]B [文章编号]1006-6225(2009)02-0005-03T h e r m o a n a l y s i s o f R o a d w a yS u r r o u n d i n gR o c ki nD e e pMi n e[收稿日期]2008-10-23[作者简介]张习军(1982-),男,江西九江人,硕士研究生,2007年毕业于山东科技大学,主要从事矿井通风和降温方面的研究。

国内外实践证明,对绝大部分矿井来说,地温是形成矿井热害的主要原因,而地温对井下环境的影响是通过围岩散热的形式表现出来的。

巷道围岩散热是一个复杂的不稳定过程[1][2][3][4]:热量由围岩深部向巷道壁面传递,这一过程为热传导过程;在巷道空间内,围岩壁面潮湿且与风流存在温差,围岩壁表面要与风流发生热湿交换,这一过程为对流过程。

因此,从围岩内部的热传导和外部的对流热交换来对矿井巷道围岩进行热分析,并用图形曲线的形式表现出来,以便将抽象的问题直观化。

1　围岩内部的热传导1.1　热传导微分方程为简化问题,在分析围岩内部热传导问题之前,需要对巷道及围岩内部温度场作一些假设[1][3]:巷道断面为圆形、无限扩展、围岩均质且各向同性、不考虑巷道轴向温度的变化、围岩的导温系数和热交换系数与温度无关。

因此,巷道围岩温度场可看成二维非稳态温度场[2],在不考虑围岩壁面热辐射的情况下可建立如下热传导微分方程:tτ=a 2t r 2+1r × tr (1) 初始条件:t (r ,τ)=t g u ,r >0,τ=0;边界条件:t (r ,τ)=t g u ,r >r 0,τ>0; tr r 0,τ=h(t w -t f );h =α/λg ;式中,t 为巷道围岩温度,℃;a 为巷道围岩导温系数,m 2/s ;r 为围岩内任一点距巷道轴心距离,m ;r 0为巷道当量半径,m ;t g u 为原始岩温,℃;α为巷道与风流的热交换系数,W/(m 2·℃);λg 为岩石的导热系数,W/(m ·℃);t w 为巷道壁温,℃;t f 为风流温度,℃;τ为通风时间。

矿井通风与安全复习题1、矿井大气参数有：密度、压力、湿度。

2、CO性质：CO是无色、无味、无臭的气体，能够均匀散布于空气中，不易于察觉，极毒。

3、风压的国际单位是：帕斯卡（Pa）4、层流状态下摩擦阻力与风流速度的关系：hf=64/Re·L/d·p·V²/25、巷道断面风速分布：在贴近壁面处存在层流运动薄层，即层流边层，在层流边层以外，从巷壁向巷道轴心方向，风速逐渐增大，呈抛物线分布。

6、产生空气流动的必要条件是：风流方向上两断面间存在能量差，风流总是由总能量大额地方流向总能量小的地方。

7、《金属非金属矿山安全规程》对氧气，二氧化碳浓度的规定：矿井空气中氧气含量不低于20％，有人工作或可能到达的井巷，二氧化碳的浓度不得大于0.5％，总回风流中，二氧化碳浓度不得超过1％。

8、金属矿山井下常见对安全生产威胁最大的有毒气体有：CO、NOx、SO2、H2S、CHx等。

9、矿井气候条件：指矿井空气温度、湿度和流速三个三个参数的综合作用。

10、巷道产生摩擦阻力的原因：空气流动时与巷道周壁的摩擦以及克服空气本身的粘性。

11、巷道摩擦阻力系数大小和什么有关？答：巷道断面积，支护方式，巷道周长。

12、矿井通风阻力有哪几类，什么阻力是矿井通风总阻力中的主要组成部分？答：可分为摩擦阻力、局部阻力、正面阻力。

摩擦阻力是主要组成部分。

13、什么是节点，什么是网孔？答：节点：两条或两条以上分支的交点。

网孔：由两条或两条以上方向并不都相同的分支首尾相连形成的闭合线路，其中无分支者称为网孔。

14、单一风机工作的通风网络，当矿井总风压增加N倍时，矿井的风量增加多少倍？（√N 倍）15、什么是相似工况点？答：对于几何相似的泵（或风机），如果雷诺数相等或流动处于雷诺自模区，则在叶片入口速度三角形相似，也即流量系数相等时，流动过程相似，对应的工况点为相似工况点。

16、复杂通风网路巷道N、节点J和网孔M之间普遍存在的关系：M=N-J+1。

基于 ANSYS的回风井围岩传热研究摘要：本文对回风井气流与岩壁的换热进行了模拟，首先通过查阅文献确定典型回风竖井的尺寸，再依照相关规定确定回风井气流参数范围，对不同风速与温度下，气流与岩壁的换热进行模拟。

模拟得出回风速度大于5m/s时，气流的温度对风速的影响较小，速度小于5m/s时，风速随着温度的升高而增大。

关键词：回风井围岩传热0引言矿井自然风压的主要影响因素是矿井进风井与回风井的空气柱重量的大小，而影响空气柱重量的是空气柱的温度、密度以及进、回风井的标高差。

矿井产生的自然风压在冬季可以加强通风，在回风井处井底的温度较高，气流与回风井围岩的传热会形成一定范围的调热圈，分析围岩的温度场，可以更准确的模拟出回风井的流场分布，对正确制定通风方案有非常重要的意义。

刘新德[1]发现张北矿主井在冬季发生回风现象，通过控制副井风流、降低主井温度、增加副井风流温度三项措施解决了回风问题。

张瑞明[2]等人利用理论分析、现场试验和数值模拟对水平巷道通风降温的风量及影响因素进行了研究，发现降低入风温度比增加风量效果好。

综上所述，矿井的自然风压能够对矿井的热环境产生不可忽略的影响，水平巷道的风温和风速能够影响回风井围岩的调热圈及其产生自然风压的大小。

本文通过对回风井围岩与气流的传热进行模拟，得到回风风温、速度影响自然通风的一般规律，为地下矿井通风设计提供理论支撑。

1 数学模型1.1条件假设1）矿井巷道围岩为均质材料且在各个方向上同性，围岩的热传导率和热交换系数与温度无关，忽略壁面对流潜热换热；2）为模拟长时间自然通风条件下回风井的温度场，模式视为稳态传热；3）忽略井外环境对回风井产生的影响。

1.2计算方法回风井围岩内原岩的温度分布服从傅立叶传导微分方程即：(1)式中:为围岩的热扩散系数；为回风井半径；为通风时间。

回风井围岩与气流对流换热公式：(2)式中：为围岩换热系数；为围岩边界温度；为风流平均温度。

当矿井通风时间较长时，调热圈半径R与通风时间的经验公式[3]：(3)2数值模拟2.1设置模型参数由于利用竖井自然通风辅助机械通风时，竖井深度达到250m后继续增加深度，通风效应无显著变化[4]，本模型高度定位250m；在井下进行真人实验后表明，温度在22-24℃时为热舒适工况的必要条件[5]，模拟的温度范围取21-26℃。

名词解释。

第一章1．新鲜空气:在矿井通风中，习惯把进入采掘工作面等用风地点之前，空气状态成分或状态变化不大的风流。

2．污浊空气:经过用风地点后，空气成分或状态变化较大的风流。

3．绝对湿度:单位体积湿空气中所含水蒸气的质量。

4．相对湿度:空气中水蒸气的实际含量与同湿度下饱和水蒸气量比值的百分比。

第二章5．密度：单位体积的空气所具有的质量。

6．比容：单位质量空气所具有的体积。

7．重度：单位体积的空气所具有的重量。

8．粘性：相邻两流层之间的接触面上产生粘性阻力，以阻止其相对运动。

9．大气压力：地面空气压力习惯上称为大气压力。

10．标准大气压：以真空为基准测算的压力11．相对压力：以当地当时同标高的大气压为基准测算的压力12．正压和负压：在压入式通风矿井中，井下空气的绝对压力都高于当地当时间标高的大气压力，相对压力是正值，叫正压；抽出式通风矿井中，井下空气的绝对压力都低于当地当时同标高的大气压力，相对压力值是负值，叫负压。

13．正压通风和负压通风：在压入式通风矿井中，井下空气的绝对压力都高于当地当时同标高的大气压力，相对压力值是正值，是正压通风；在抽入式通风矿井中，井下空气的绝对压力值都低于当地当时间同标高大气压力，相对压力是负值，是负压通风。

14．压差：两点间的压力差第三章15．层流与紊流:层流间指流体各层的质点相互不混合，呈束状，为有秩序的流动，各流束的质点没有能量交换。

紊流和层流相反，流体质点在流动过程中有强烈混合和相互碰撞，质点间有能量交换。

16．摩擦阻力：井下风流沿井巷或管道流动时，由于空气的粘性受到井巷壁面的限制，造成了空气分子之间相互摩擦以及空气与与井巷或管道壁面间的摩擦，从而产生阻力。

17．局部阻力：在风流运动的过程中，由于井巷边壁条件的变化，风流在局部地区受到局部阻力物的影响和破坏，引起风流流速大小、方向和分布的突然变化，导致风流本身长生很强的冲击，形成极为絮乱得涡流，造成风流能量的损失。

矿井热害防治矿内高温、高湿环境严重影响井下作业人员的身体健康和生产效率,已形成了煤矿的一类新的灾害——热害。

热害已逐渐成为与瓦斯、煤尘、顶板、火、水一样需要认真处理的煤矿井下自然灾害之一。

一、矿井热源矿井主要热源大致分为以下几类:1.地表大气井下的风流是从地表流入的,因而地表大气温度、湿度与气压的日变化和季节性变化势必影响到井下。

地表大气温度在一昼夜内的波动称为气温的日变化,它是由地球每天接受太阳辐射热量和散发的热量变化造成的。

虽然地表大气温度的日变化幅度很大,但当它流入井下时,井巷围岩将产生吸热或散热作用,使风温和巷壁温度达到平衡,井下空气温度变化的幅度也逐渐地衰减。

因此,在采掘工作面上,基本上察觉不到风温的日变化情况。

当地表大气温度发生持续数日的变化时,这种变化才能在采掘工作面上察觉到。

地表大气的温、湿度的季节性变化对井下气候的影响要比日变化大得多。

研究表明,在给定风量的条件下,无论是日变化还是季节性变化,气候参量的变化率均与其流经的井巷距离成正比,与井巷的截面积成反比。

地面空气温度直接影响矿内空气温度,尤其对于浅井,影响就更为显著。

地面空气温度发生着年变化、季节变化和昼夜变化。

地面气温周期性变化,使矿井进风路线上的气温也相应地周期性变化,井下气温的变化要稍微滞后于地面气温的变化。

2.流体自压缩(或膨胀)严格来说,流体的自压缩并不是一个热源,它是空气在重力作用下位能转换为焓时出现的温度升高现象。

由于在矿井的通风与空调中,流体的自压缩温升对井下风流的参量具有较大影响。

矿井深度的变化,使空气受到的压力状态也随之而改变，当风流沿井巷向下(或向上)流动时,空气的压力值增大(或减小)。

空气的压缩(或膨胀)会放热(或吸热),从而使风流温度升高(或降低)。

3.围岩散热当流经井巷的风流温度不同于岩温时,就要产生换热,即使是在不太深的矿井里,岩温往往也比风温高,因而热流一般是从围岩传给风流。

在深井里,这种热流是很大的,甚至超过其他热源的热流量之和。

第52卷第3期2021年3月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.52No.3Mar.2021深部矿井高温巷道热交换降温技术探讨吴星辉1,2，蔡美峰1,2，任奋华1,2，郭奇峰1,2，王培涛1,2，张杰1,2(1.北京科技大学土木与资源工程学院，北京，100083；2.金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室(北京科技大学)，北京，100083)摘要：金属矿山进入深部开采后会面临一系列的关键难题，其中最突出的就是高温环境。

然而被动式降温技术成本较高，为了维持深部矿井高温巷道正常生产，必须为采矿深井降温找到一条经济有效的技术途径。

基于循环水热交换技术提出将深部采矿降温和岩体地热开采相结合的理论，利用数值模拟方法研究增强型和传统型降温系统的单孔换热过程和换热孔群效应。

研究结果表明：增强型降温系统的热通量比传统型降温系统热通量提高26.80%，同时在热交换作用下，高温巷道的温度降低4%，循环水系统的出水口温度相对于初始进水口温度增加35.32%；换热孔群的热通量受周围换热孔的热干扰影响，在换热孔群运行24h 后，换热孔之间热干扰效应随时间推移而增大，圆形换热孔群中心孔受热干扰最小，而正方形换热孔群的中心孔受热干扰最大，边界孔次之，转角孔受热干扰最小。

当换热孔群孔间距小于等于2.0m 时，正方形换热孔群热通量相对损失量小于圆形换热孔群热通量相对损失量；孔间距大于2.0m 时，换热孔群热通量相对损失量几乎不受孔群形状的影响。

采用热交换技术，开发利用深部矿井高温巷道围岩中的地热资源，可以大幅度抵消被动式的降温成本。

换热孔群形状和孔间距的合理布置同样可以提高降温效率，降低热通量的相对损失量。

关键词：深部开采；热交换；循环水；热通量；巷道降温中图分类号：TD853文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2021）03-0890-11Heat exchange cooling technology of high temperature roadwayin deep mineWU Xinghui 1,2,CAI Meifeng 1,2,REN Fenhua 1,2,GUO Qifeng 1,2,WANG Peitao 1,2,ZHANG Jie 1,2(1.School of Civil and Resource Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China;2.Key Laboratory of High-Efficient Mine and Safety of Metal Mines(University of Science and TechnologyBeijing),Beijing 100083,China)DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2021.03.021收稿日期：2020−05−07；修回日期：2020−07−20基金项目(Foundation item)：国家重点研发计划项目(2018YFE0101100)；中央高校基本科研业务费项目(FRF-TP-18-015A3)(Project(2018YFE0101100)supported by the National Key Research and Development Program of China;Project(FRF-TP-18-015A3)supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities)通信作者：郭奇峰，副教授，从事深部金属矿山开采研究；E-mail ：******************.cn引用格式：吴星辉,蔡美峰,任奋华,等.深部矿井高温巷道热交换降温技术探讨[J].中南大学学报(自然科学版),2021,52(3):890−900.Citation:WU Xinghui,CAI Meifeng,REN Fenhua,et al.Heat exchange cooling technology of high temperature roadway in deep mine [J].Journal of Central South University(Science and Technology),2021,52(3):890−900.第3期吴星辉，等：深部矿井高温巷道热交换降温技术探讨Abstract:In the process of deep mining of metal mines,a series of key problems were encountered,the most prominent of which was the high temperature environment.However,the cost of passive cooling technology was high.In order to maintain the normal production of high temperature roadway in deep mine,it was necessary to find an economic and effective technical method for the cooling of deep mine.Based on the exchange technology of circulating water and heat,the theory of combining deep mining cooling with rock mass geothermal exploitation was put forward,and the numerical simulation method was used to simulate the single hole heat exchange process and heat exchange hole group effect of enhanced and traditional cooling systems.The results show that the heat flux of the enhanced cooling system is26.80%higher than that of the traditional cooling system,the temperature of the high temperature tunnel reduces by4%under the effect of heat exchange,and the outlet temperature of the circulating water system increases by35.32%compared with the initial inlet temperature.The heat flux of the heat exchange holes is affected by the heat interference of the surrounding heat exchange holes.After24h of operation,the heat interference effect between heat exchange holes increases with time,and the center hole of circular heat exchange holes has the least heat interference.The center hole of square heat exchange hole group has the largest thermal interference,the boundary hole takes the second place,and the corner hole has the smallest thermal interference.When the distance between the holes is less than or equal to2.0m,the heat flux loss rate of square holes is less than that of circular holes.When the hole spacing is larger than2.0m,the heat flux loss rate of the heat exchange holes is almost not affected by the shape of the ing heat exchange technology to develop and utilize the geothermal resources in the surrounding rock of high temperature roadway in deep mine can greatly offset the passive cooling cost.By arranging the shape and spacing of heat exchange holes reasonably,the cooling efficiency can also be improved,and the heat flux loss rate will also decrease at the same time.Key words:deep mining;heat exchange;circulating water;heat flux;roadway cooling当今世界，能源开发和环境保护日益成为制约人类发展的重要因素。

矿井主要热源分析：1．井巷围岩传热：围岩原始温度（造成矿井高温的主要原因）是指井巷周围未被通风冷却的原始岩层温度。

围岩向井巷传热的途径：: ①借热传导自岩体深处向井巷传热②经裂隙水借对流将热传给井巷。

主要以热传导方式将热传给井巷。

围岩主要以热传导的方式将热传给巷壁,当岩体向外渗流、喷水时 ,则存在着对流传热。

2．机电设备放热3．其他热源：比如煤炭与矸石的氧化放热,井下热水放热,炸药爆炸产生的热量,人员散热,扇风机、灯具、水泵的散热等等。

矿井湿源：地表湿空气散湿、敞开水面散湿、作业喷雾洒水、人体散湿、其他。

我国现有的矿井降温方法：1.通风降温;加强通风。

缺点：耗电量和运行费用增加，需考虑经济风量。

风速过大不利于除尘。

2.隔绝热源：隔热物质喷涂岩壁。

3.提前疏干热含水层：由于水的比热非常大,当水在岩石中流动时,会大大增加围岩表面的传热系数。

因此在矿井开采前, 通过打钻孔或掘进疏干巷道中的热水 ,能尽可能减少热水涌入作业面,从而减小围岩的传热系数。

4.个体防护：矿工冷却服和冷却帽。

5.人工制冷：加装制冷设备，矿井空调系统。

矿井空调系统的基本类型矿井降温技术主要有：井下集中式、地面集中式、井下地面联合集中式、分散式。

热害治理措施非人工制冷措施：通风降温：一般增加工作面风量，能改善通风效果，风量过大不利于除尘。

通风量的增加，主扇能耗等运行成本相应地增加。

此外，受井巷断面的限制，风量的加大造成风速的增通风降温加，粉尘飞扬，作业环境受到负面影响。

采取同流通风或下行通风（倾斜煤层），风流方向和运煤方向一致、机电设备都布置在回风侧时，进风侧和采煤工作面减少了煤岩的运输、电机车机电设备的热源。

风流从岩温较低的、已被冷却的水平进入工作面，可减少风流在风路上的吸热量。

在一般情况下，采用下行通风可使工作面的风温降低 1～2℃。

围岩散热：主要采用隔热物质喷涂岩壁，减缓围岩的传热。

当井下围岩温度大于 35℃，可使巷道内的温度降低 3～4.5℃，采煤工作面温度降低 2～3℃。

1引言伴随着人们不断对矿产资源的深度开发，国内的露天地表矿产、浅层矿产、开采技术相对简单单一的矿产储量已基本消耗殆尽，为继续满足国内经济和社会发展需要，使得国内大部分矿山进入深部或复杂矿产的采掘阶段，深部开采将面临着岩层控制、井下工作环境、深部回采工艺等一系列突出问题。

由此可以看出，井下工作环境的热害问题对矿井和工人的安全影响越来越突出，以通风、降温、制冷等方式来解决热害问题变成矿山重要的研究方向。

要科学分析各种数据，确定个性化制冷装置，主要是确定矿山巷道的低温特征和各个热源情况，而弄清矿井内的热湿交换机理就显得尤为重要，这是进行一切降温除湿技术的理论基础。

2深井矿区地温场特征矿井的温度场变化因素主要有井上环境温度、井下温度场和矿井深度3个方面，研究清楚它们之间的关系，将有利于我们弄清楚深井矿区地温场特征。

一般情况下，矿井下温场和矿井上环境温度的同步作用时，原始围岩温度顺着深度这个参数一般定义为3个温场变化区域。

矿井表面浅部在井上环境温度的影响下，围岩的原始温度跟随井上环境温度将呈现周期性变化，这一区域叫变温带。

围岩原始温度会伴随着矿井深度的提高受大气温度持续减小，受矿井温度场的影响持续增大，二者会在某一深度位置趋于平衡，一般情况下围岩温度常年保持恒定温度范围，这一区域叫恒温带，它的温度数值一般高于矿山年均气温1~2℃。

在恒温带以下，由于受矿区地温场的影响，在一定的区域范围内，岩层原始温度随深度的增加而增加，一般呈线性的变化规律，也有非线性或异常变化的，这一层带称为增温带。

在该区域内，岩层温度的变动规律一般用与深度密切相关的地温梯度或用地温率来表达。

3深井热害控制标准现阶段，我国矿井内气候环境的评价指标通常会用干球温度表示。

《煤矿安全规程规定》，比较适宜的温度一般不大于26℃，严禁在高于30℃时开采作业。

《地下矿通风规范》中，【作者简介】李广龙（1988-），男，陕西乾县人，工程师，从事安全工程及技术、风险评价研究。

1、矿井通风:依靠通风动力,将定量的新鲜空气沿着既定的通风路线不断地输入井下,以满足各用风地点的需要,同时将用过的污浊空气不断地排出地面。

这种对矿井不断输入新鲜空气与排出污浊空气的作业过程,叫矿井通风。

2、绝对湿度:指单位体积或单位质量湿空气中含有水蒸气的质量。

3、相对湿度:指湿空气中实际含有水蒸汽量与同温度下的饱与湿度之比的百分数。

4、恒温带:地表下地温常年不变的地带。

5、地温梯度:即岩层温度随深度的变化率,常用百米地温梯度6、通风机工况点:以同样的比例把矿井总通风阻曲线绘制于通风机个体特性曲线图中,矿井总风阻R曲线与风压曲线交于一点,此点就就是通风机的工况点。

7、防爆门:安装在出风井口,以防可燃气、煤尘爆炸时毁坏通风机的安全设施。

8、摩擦阻力:风流在井巷中作均匀流动时,沿程受到井巷固定壁面的限制,引起内外摩擦而产生的阻力。

9、局部阻力、冲击损失:风流在井巷的局部地点,由于速度或方向突然发生变化,导致风流本身产生剧烈的冲击,形成极为紊乱的涡流,因而在该局部地带产生一种附加的阻力,称为局部阻力。

由此阻力所产生的风压损失习惯上叫作。

10、等积孔:习惯上引用一个与风阻的数值相当、意义相同的假想的面积值来表示井巷或矿井的通风难易程度。

这个假想的孔口称做井巷或矿井的等积孔。

11、瓦斯的引火延迟性:瓦斯与高温热源接触后,不就是立即燃烧或爆炸,而就是要经过一个很短的间隔时间,这种现象叫引火延迟性。

12、相对瓦斯涌出量:指平均产1t煤所涌出的瓦斯量。

13、绝对瓦斯涌出量:指单位时间内涌出的瓦斯体积量。

14、煤层瓦斯含量:指单位质量或体积的煤岩中在一定温度与压力条件下所含有的瓦斯量,即游离瓦斯与吸附瓦斯的总与。

15、煤层瓦斯压力:指煤孔隙中所含游离瓦斯的气体压力,即气体作用于孔隙壁的压力。

16、煤层瓦斯透气性系数:我国普遍采用的单位就是/(MP·d),其物理意义就是在1m长煤体上,当压力平方差为1 MP时,通过1煤层断面每天流过的瓦斯体积。

元流断面上各点流速均为ω其方向与断面垂直，在dA时间内，通过的流体体积为ω.dS.dt即单位时间内通过的流体体积：（ω.dS.dt）/dt即是流量dQ 即：dQ=ω.dS总流的流量就是无数元流流量的总和：Q=∫dQ=∫sds m3/s断面的平均流速用 V表示，则V=Q/s3、连续方程对总流来说，单位时间内流过巷道各断面的空气质量不变，即：ρ1V1S1=ρ2V2S2m3/s （2-3）若把矿井空气看成是不可压缩流体，即ρ1=ρ2=常数，则有V1S1 =V2S m3/s二、稳定元流的能量方程矿井风流沿井巷流动中，不仅与外界有功的传递还有热量的交换，因此应用热力学第一定律（能量守恒）来分析任一元流断的能量关系。

如图2-3所示：在稳定流管1和2量各断面间的元流体称为元流段设：从元流段1-2以动到1`-2`时有dQ`（热量）流入，元流段能量发生了变化，外界必有一个与其数值相等的能量变化。

能量平衡式为：元流段增加的能量=加给元流段的热量+外界对元流所作的功-克服阻力所作的功1、元流段增加的能量任何物质的本身都具有能量，它包括：内能，动能，位能。

单位质量流体所具有的能量用e表示，则e=u+w2/2+gz J/kg （2-4）从图可以看出，元流段移动前后气体本身所增加的能量等于2-2`段的能量e2dm与1-1段的1-1段的e1dm之差，即：（e2-e1）dm （2-5）因为1-1，2-2相距甚微，可把e1，e2看作是1，2断面上单位质量气体的能量，dm为位移段气体质量。

2、矿井主扇所产生的压差的影响3、其它原因的影响二、风流动能修正系数单位时间流过断面S 的流体总动能∫s （w 2/2）ρdQ 。

不等于用该断面上平均流速V 计算出来的功能。

（V 2/2）ρQ ，必须用一个修正系数α去乘计算的功能才等于实际的功能，即Q dQ s ανρωρ⎰=222 （2-15） 式中dQ 、Q —分别为通过元流断面和总流段面的流量。

安全技术矿井风流温度预测及热交换机理分析王晓峰,陈彩云(辽宁工程技术大学安全科学与工程学院,辽宁阜新123000)摘 要:为探讨矿井风流热交换机理,采用归纳法对我国部分具有高温热害矿井的相关资料进行分析研究,总结出矿井中不同地点的风流热交换规律,进而提出矿井风流热力计算的数学方法和参数选取的条件和范围。

研究表明:风流通过井筒、矿内巷道和回采工作面时,其热力变化规律有显著不同。

这为实施矿井降温措施,改善井下作业条件,提高矿工劳动效率和安全保障提供了理论依据。

关键词:矿井;热交换;热力过程;围岩热传导中图分类号:TD72 文献标识码:A 文章编号:1008-8725(2008)10-0059-03Temperature Forecast to Mine Airflow and Analysis on Mechanism ofHeat ExchangeWANG Xiao-feng,CHEN Cai-yun(College of Security Science &Engineering,Liaoning T echnical University,Fuxin 123000,China)Abstract :To explore the mec hanism of mine airflow heat exchange,parts of high temperature mines damaging with hyperthermia in China by induction methods are analyzed,summing up the law of airflow heat exchange,putting forward the mathe matic methods of thermal design to the mine airflow,the conditions and bound to choose the parameters are put forward.The investigations show that the law of mine airflow thermal changing is different when it gets across the shaft,drift and extracting face.The investigations provide some academic gist to actualize the measure to cool do wn the mine,improve the conditions of underground operation,improve the efficiency of miner .s work.Key words :mine;heat exchange;thermal process;surrounding roc k heat conduction0 前言在矿井热灾害治理过程中,对高温矿井中不同地点的风流温度进行客观、准确的预测,提出合理的矿井风流热力计算的数学方法,定义参数选择范围,是制定切实可行的矿井降温方案的前提条件和必要的理论依据。