深井热害形成机理及预测方法研究报告.doc

国家“十一五”科技支撑计划 《职业危害预防控制关键技术与装备研究》项目 《作业场所职业危害评价分级关键技术研究》课题 课题编号：2006BAK05B01 《热害评价分级技术研究》专题 专题编号：2006BAK05B01-03 子专题编号：2006BAK05B01-03-01 《深井热害形成机理及预测方法研究》 任务研究报告 西安科技大学 2008年7月28日 任务负责单位： 西安科技大学 任务负责人： 邓军 主要参加人员： 姬长发 文 虎 翟小伟 张辛亥 马 砺 罗振敏 张嬿妮 金永飞 吴晓辉 李 瑞 冯小凯 任务协助单位： 山东新汶矿业集团 淄博矿业集团 兖州矿业集团 平顶山矿业集团 摘 要 随着矿井开采深度的增加，由于各种热源的放热、扩散和其它原因，高温矿井的数目已日益增多，而且危害程度也日趋严重。这不仅严重威胁了矿井工人的生理、心理健康、工作效率和人身安全，而且，容易出现安全和设备事故。因此，对高温矿井的热、降温措施，从而进一步改善井下高温状况和矿工的工作环境就显得极为迫切和具有重要的现实意义。国深井热害地域及其行业分布现状空气自压缩放热井下围岩的散热井下热水放热煤岩氧化放热及炸药爆破热机电设备散热地表大气状态变化对井下气温的影响围岩的热物性及其传热机理进行了研究，得出了井巷围岩调热圈的形成及温度场的确定方法；对不同岩性、岩浆活动、地下水活动给区域地温度场的影响及周围温度场的特征进行了分析。 第三，在一些基本假设的基础上，建立了矿井通风网路风温计算及预测的数学模型、矿井主要通风巷道（入风井筒、采煤工作面、掘进工作面）热力参数预测的数学模型、矿井极限开采深度预测的数学模型；介绍了矿井网路内热力参数计算及预测的基本方法，如交叉点（节点）风流混合过程计算及自然风压的计算方法；编写了矿井热力参数预测程序。 第四，对矿井常用的人工制冷降温技术、冷负荷的计算方法及矿井制冷系统的经济性进行了简要介绍与分析，对矿井制冷降温系统的设计和方案选择有一定的借鉴作用。 目 录 1 研究总结 1 1.1 任务来源 1 1.2 目的与意义 1 1.3 技术路线与研究内容 1 1.4 主要研究成果 2 1.5 创新点 2 2 我国深井热害现状及分析 3 2.1 深井热害及其危害 3 2.2 我国深井热害地域及其行业分布现状及趋势调研分析 5 2.3 小结 15 3 深井热害成因及机理研究 16 3.1 引起深井温度变化各因素参数计算 16 3.2 围岩的热物性及其传热特性 21 3.3 小结 29 4 深井热害的辨识和预测方法 31 4.1 矿井热害热力参数预测模型 31 4.2 矿井极限开采深度的确定 48 4.3 小结 51 5 深井热害防治技术分析 52 5.1 深井热害防治常用的方法 52 5.2 高温矿井中冷负荷的计算 56 5.3 矿井降温经济性分析 59 5.4 小结 61 附件1 发表的相关论文或著作 62 附件2 典型深井热害基础资料及其分析 63 研究总结 任务来源 本子专题来源于国家“十一五”科技支撑计划：《职业危害预防控制关键技术与装备研究》项目中的《作业场所职业危害评价分级关键技术研究》课题，属于该课题《热害评价分级技术研究》专题中的一部分。 目的与意义 通过对我国矿井热害成因及特性进行分析，掌握热害矿井区域分布情况，确定深井热害形成机理，建立我国深井热害辨识和预测方法。为我国深井热害的防治、保障矿井的安全生产提供支持与帮助。 技术路线与研究内容 其主要技术路线如下： (1)通过调研不同类型矿井井下气候条件（空气干球温度、湿球温度、等效温度、同感温度、相对湿度、含湿量等）参数，对我国存在热害矿井的地域分布情况进行划分。并掌握其地表温度、井深、巷道围岩温度、井下水温、矿石氧化发热量的、矿井通风量客观影响因素，确定典型热害矿井类型及特征。 (2) 通过对典型热害矿井现场勘查和测定计算，分析不同地域地温梯度的变化规律及影响因素、井下矿物岩石温度及井下水温的放热规律，研究不同矿物在不同埋藏深度条件下的氧化放热规律以及采掘设备放热对井下气候条件的影响。通过综合比较、理论分析确定矿井热害主要因素，为深井开采热害预测提供主要指标参数。 （3）在理论分析和现场勘查的基础上，确定深井开采时井下各种放热源对热害影响的程度，并建立深井开采热害程度辨识和预测的数学模型，通过现场验证，最后确定合适的深井热害辨识和预测方法。 主要研究内容 （1）开展我国矿井类型、开采深度、热工参数和地域分布等情况调研，确定典型热害矿井特性及分布； （2）在现场勘测的基础上、运用理论研究、实验室测试和计算机模拟等研究方法，研究深井热害成因机理； （3）研究建立我国深井热害辨识和预测方法。 主要研究成果 1）掌