高溫礦井風流熱濕交換與熱害控制

第1章 緒論 1

1.1 礦井高溫高濕危害 1

1.2 礦井熱害研究的主要成果 2

1.3 礦井熱害研究的不足 5

第2章 礦井熱源 6

2.1 地表大氣狀態(tài)的變化 6

2.2 空氣的自壓縮溫升 7

2.3 圍巖傳熱 9

2.4 機電設備放熱 11

2.4.1 采掘機械的放熱量 11

2.4.2 提升運輸設備的放熱量 12

2.4.3 電機車工作時的放熱量 14

2.4.4 電動機運轉時的放熱量 14

2.4.5 扇風機的放熱量 14

2.4.6 燈具的放熱量 15

2.4.7 水泵的放熱量 15

2.5 其他熱源 15

2.5.1 氧化放熱 15

2.5.2 水放熱 16

2.5.3 人員放熱 16

2.5.4 其余熱源 17

第3章 高溫高濕環(huán)境下的人機工程學 18

3.1 引言 18

3.2 高溫高濕環(huán)境人體生理反應 20

3.2.1 神經系統(tǒng) 21

3.2.2 心血管系統(tǒng) 21

3.2.3 呼吸系統(tǒng) 26

3.2.4 熱代謝 29

3.2.5 水鹽代謝 36

3.2.6 能量代謝 37

3.3 人體的熱調節(jié)與熱適應 39

3.3.1 人體的熱調節(jié) 39

3.3.2 人體的熱適應 43

3.4 按勞動舒適程度評價礦井環(huán)境質量的指標 47

3.4.1 濕球溫度 47

3.4.2 卡他度 47

3.4.3 有效溫度 49

3.4.4 綜合溫標 51

3.4.5 比冷卻力 51

3.5 礦井環(huán)境對人體及勞動生產率的影響 53

3.5.1 礦井環(huán)境對人體的影響 53

3.5.2 高溫對勞動生產率的影響 53

3.5.3 高溫事故 54

3.6 我國高溫高濕作業(yè)的安全標準 55

3.6.1 《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》標準 55

3.6.2 《高溫作業(yè)分級》標準 56

第4章 礦井空氣熱濕交換原理 58

4.1 熱傳導 59

4.1.1 熱傳導定律 59

4.1.2 不穩(wěn)定熱傳導 61

4.2 對流換熱 63

4.3 復合傳熱 64

4.4 空氣與水之間的熱濕交換 67

4.4.1 熱濕交換原理 67

4.4.2 熱交換量的計算 68

4.4.3 空氣與水直接接觸時的狀態(tài)變化過程 69

第5章 礦井空氣熱濕交換計算方法 71

5.1 引言 71

5.1.1 數理統(tǒng)計法 71

5.1.2 模擬巷道法 73

5.1.3 數值分析法 75

5.2 圍巖熱傳導及調熱圈 77

5.2.1 圍巖熱傳導微分方程 77

5.2.2 調熱圈及其相關概念 78

5.2.3 調熱圈半徑的計算 79

5.3 流體與固體壁直接接觸時的對流傳熱微分方程組 80

5.4 空氣流過自由水面時的對流傳熱傳質微分方程組 81

5.5 濕壁巷道與風流間的熱濕交換 82

5.5.1 濕壁巷道與風流之間的熱濕交換的微觀解釋 82

5.5.2 濕壁巷道對流傳熱傳質微分方程組 83

5.6 井巷圍巖與風流熱濕交換影響因素分析 87

5.6.1 礦內風流的流動狀態(tài) 87

5.6.2 對流換熱的特征和影響因素 87

5.6.3 對流換熱系數 88

5.6.4 不穩(wěn)定傳熱系數 90

5.6.5 井巷傳質常用方法 92

5.6.6 井巷圍巖與風流熱濕計算的趨勢 93

第6章 井巷圍巖與風流熱濕交換的數值模擬 95

6.1 計算流體動力學的相關理論 95

6.1.1 計算流體動力學的求解步驟 95

6.1.2 相關控制方程 96

6.1.3 控制方程的離散化 98

6.1.4 離散方程的求解方式 99

6.1.5 湍流的數值模擬 101

6.2 CFD在FLUENT軟件中的應用 102

6.2.1 FLUENT軟件簡介 102

6.2.2 FLUENT軟件求解的步驟 104

6.2.3 流體數值模擬的動力學控制方程 105

6.3 邊界條件 106

6.3.1 固壁邊界條件（wall） 107

6.3.2 速度進口邊界條件（velocity-inlet） 108

6.3.3 自由流出邊界條件（outflow） 108

6.4 流體計算數值模擬的分析 108

第7章 礦井熱害防治常用技術 110

7.1 通風降溫 110

7.1.1 改良通風系統(tǒng) 110

7.1.2 改善通風條件 111

7.1.3 調溫巷道通風 111

7.1.4 其他通風降溫措施 111

7.2 冰冷降溫 112

7.2.1 空調制冷降溫技術 112

7.2.2 人工制冰降溫技術 113

7.3 控制熱源降溫 115

7.3.1 機械熱的控制 115

7.3.2 向煤層內注水 115

7.3.3 管道熱及熱水的處理 116

7.3.4 采空區(qū)降溫 116

7.4 個體防護措施 116

7.5 隔熱-換熱-壓縮空氣制冷綜合技術 117

7.5.1 降溫技術簡介 117

7.5.2 隔熱材料的選擇 117

7.5.3 換熱袋的規(guī)格及使用方法 118

7.5.4 氣壓縮制冷裝置 119

7.6 其他新型降溫技術 120

7.6.1 壓縮空氣制冷技術 120

7.6.2 HEMS降溫系統(tǒng) 120

7.6.3 空氣透平膨脹制冷系統(tǒng) 121

7.6.4 壓氣蒸發(fā)冷卻技術 121

7.6.5 熱電乙二醇降溫冷卻技術 121

7.6.6 瓦斯發(fā)電制冷降溫技術 122

7.6.7 熱管降溫技術 122

第8章 礦井制冷降溫系統(tǒng) 設計方案優(yōu)選決策 123

8.1 引言 123

8.1.1 決策理論 123

8.1.2 決策理論在礦業(yè)領域的應用 125

8.1.3 礦井降溫系統(tǒng)確定的步驟 125

8.2 礦井制冷降溫系統(tǒng)方案決策評價指標及權值 126

8.2.1 礦井降溫系統(tǒng)方案決策評價指標體系確立 126

8.2.2 按相對重要性序列矩陣法確定指標權值 129

8.2.3 評價指標的權值確定 131

8.3 礦井制冷降溫系統(tǒng)方案確定的多目標決策法 132

8.3.1 評價值數據處理方法 133

8.3.2 多目標決策法的步驟 134

8.3.3 專家評議法 135

第9章 國內外礦井降溫工程實例 136

9.1 德國煤礦降溫概況 136

9.2 南非礦山降溫概況 139

9.3 河南平煤集團礦井降溫概況 141

9.3.1 礦井熱害現狀 142

9.3.2 平煤五礦礦井降溫工程概況 142

9.3.3 存在的問題 146

9.3.4 近期降溫工作 146

9.3.5 長遠降溫工作 146

9.4 國投新集礦業(yè)集團礦井降溫概況 146

9.4.1 主要設備及參數 147

9.4.2 系統(tǒng)工藝流程 147

9.4.3 國內配套設備情況 148

9.4.4 采掘工作面制冷降溫系統(tǒng)安裝方式 148

9.4.5 制冷降溫效果 149

9.4.6 存在的問題及經驗教訓 150

9.5 新汶礦業(yè)集團孫村煤礦礦井降溫概況 153

9.5.1 -800m水平自然涌水排熱降溫工程 153

9.5.2 冰冷低溫輻射降溫技術 155

9.6 兗礦集團巨野礦區(qū)趙樓礦井降溫概況 159

9.6.1 基建礦井地面噴淋臨時降溫技術 159

9.6.2 井下集中式永久制冷降溫技術 161

參考文獻 164