礦井熱環(huán)境及其控制

前言

所謂礦井熱環(huán)境，就是人類在地下采礦工程活動中所處的自然環(huán)境和生產(chǎn)環(huán)境，如地?zé)岬刭|(zhì)環(huán)境、大氣環(huán)境、井下作業(yè)空間以及生產(chǎn)系統(tǒng)等。研究這些環(huán)境問題的目的是，尋找采礦工程活動與其環(huán)境相互作用的規(guī)律，以及環(huán)境對采礦工程的影響，為礦井熱環(huán)境控制提供依據(jù)。在礦井熱環(huán)境問題中，地質(zhì)地?zé)岘h(huán)境是最基本的問題，是最早弓I起人們關(guān)注的問題。據(jù)文獻(xiàn)記載，烏克蘭科學(xué)院A.H.IIIep6anb院士等人在20世紀(jì)40年代，對礦井熱環(huán)境狀況進(jìn)行了系統(tǒng)的觀測研究；1957年之后，西德礦山研究院J.Vop博士等人便從基礎(chǔ)理論研究逐漸轉(zhuǎn)移到解決實際問題上來。解放后，我國政府十分關(guān)心礦工的身體健康和礦井的作業(yè)環(huán)境，煤炭工業(yè)部于1954年開始立項、由煤炭科學(xué)研究總院撫順分院對井田地溫場與井巷圍巖溫度進(jìn)行觀測研究，20世紀(jì)70年代，中國科學(xué)院地質(zhì)研究所地?zé)嵫芯渴遗c撫順分院合作，對全國的礦山地?zé)釥顩r進(jìn)行了調(diào)查研究，先后出版了《礦山地?zé)岣耪摗罚?981年）和《礦山地?zé)崤c熱害治理》（1991年），這兩本書詳細(xì)地介紹了我國礦山地?zé)岬难芯砍晒５V區(qū)大氣環(huán)境是礦井熱環(huán)境的重要組成部分。礦內(nèi)空氣來自于地面大氣，因此，地面大氣參數(shù)的變化必然要影響到礦內(nèi)空氣參數(shù)的變化。為了找出地面大氣參數(shù)的變化對礦內(nèi)空氣參數(shù)的影響規(guī)律，20世紀(jì)40年代以來，許多國家在這方面進(jìn)行了大量的觀測研究工作。煤炭科學(xué)研究總院撫順分院自1954年以來，先后在撫順、淮南、合山、北票、平頂山、新汶、豐城、黃石以及峰峰等礦區(qū)進(jìn)行了系統(tǒng)的觀測研究。從中得出了大氣參數(shù)變化的基本規(guī)律。所謂礦井生產(chǎn)環(huán)境，就是在礦井生產(chǎn)系統(tǒng)形成之后，由井巷空間、生產(chǎn)技術(shù)裝備的分布、礦巖的運輸方式、礦井排水系統(tǒng)、礦井供電系統(tǒng)、礦井供氣（壓縮空氣）及通風(fēng)系統(tǒng)等所構(gòu)成的環(huán)境系統(tǒng)。在礦井環(huán)境系統(tǒng)中，能夠?qū)︼L(fēng)流加熱（或吸熱）的載熱體稱為礦井熱源。由于礦井所處的地質(zhì)地?zé)岘h(huán)境、大氣環(huán)境、以及采礦生產(chǎn)系統(tǒng)的不同，致使礦井熱源也有所差異，但主要熱源的種類基本相同。

內(nèi)容概要

　　《礦井熱環(huán)境及其控制》系統(tǒng)地分析了國內(nèi)外五十多年來，在礦井熱環(huán)境及其控制方面的科研成果與實踐經(jīng)驗，結(jié)合我國采礦工業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，深入淺出地論述了礦井熱環(huán)境的基本特征，礦井熱力計算方法，以及礦井熱環(huán)境控制的基本概念、基本方法、技術(shù)及裝備?！兜V井熱環(huán)境及其控制》既可作為高等院校相關(guān)專業(yè)師生的重要參考書，也可供科研、設(shè)計人員以及從事礦井熱環(huán)境評價與控制的工程技術(shù)人員參考。

作者簡介

楊德源，男，研究員。1938年生于遼寧大連，1964年畢業(yè)于北京礦業(yè)學(xué)院。曾任煤炭科學(xué)研究總院撫順分院通風(fēng)研究所通風(fēng)研究室主任、中國煤炭工業(yè)勞動保護(hù)科學(xué)技術(shù)學(xué)會理事、礦井降溫專業(yè)委員會副主任兼秘書長。長期從事礦井降溫科研工作。1965年參加我國首個井下局部制冷降溫系統(tǒng)的設(shè)計、研究工作；1976年提出了礦井熱力計算的基本理論和方法；1982年和1991年先后主持設(shè)計研究和實施了我國第一個井下集中和地面集中制冷降溫系統(tǒng)；主持研制了礦用冷風(fēng)機、礦用冷水機組及礦用水冷表面式空冷器和噴淋式空冷器等我國第一批礦用制冷空調(diào)設(shè)備。獲國家科技進(jìn)步三等獎1項，部級科技進(jìn)步二等獎3項，1992年獲國務(wù)院政府特殊津貼。合著了《礦山地?zé)崤c熱害治理》、《礦井空調(diào)技術(shù)》等著作，參與了《中國能源百科全書》和《中國煤炭工業(yè)百科全書》的編寫，發(fā)表了《礦內(nèi)風(fēng)流熱交換》等論文40余篇。

書籍目錄

1 礦山大氣環(huán)境1.1 地面空氣的組成及其參數(shù)變化特征1.1.1 地面空氣的組成1.1.2 地面大氣參數(shù)的變化特征1.2 礦內(nèi)空氣的主要成分及基本特征1.2.1 礦內(nèi)空氣的主要成分及有毒有害氣體1.2.2 礦內(nèi)微氣候的基本特征1.3 礦內(nèi)微氣候的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)1.3.1 制定礦內(nèi)微氣候衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)1.3.2 國內(nèi)外礦內(nèi)微氣候衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀1.3.3 對礦內(nèi)微氣候衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的建議1.4 礦內(nèi)微氣候的基本參數(shù)1.4.1 礦內(nèi)空氣溫度1.4.2 空氣壓力1.4.3 空氣的密度與比體積1.4.4 空氣的濕度1.4.5 空氣的焓(f)1.4.6 熱量(Q)1.5 礦用溫濕圖及其應(yīng)用1.5.1 繪圖步驟1.5.2 氣壓校正及查圖方法2 礦山地?zé)岘h(huán)境2.1 地?zé)岢梢?.1.1 地球的結(jié)構(gòu)2.1.2 地?zé)岬膩碓?.2 地殼的熱狀況2.2.1 地殼的熱性質(zhì)2.2.2 地殼最上層的溫度場2.2.3 影響區(qū)域地溫場的主要因素2.3 礦區(qū)地溫類型和熱害等級2.3.1 礦區(qū)地溫類型2.3.2 礦區(qū)熱害等級2.4 礦區(qū)深部的地溫預(yù)測2.4.1 傳導(dǎo)型溫度場2.4.2 傳導(dǎo)-對流型溫度場2.4.3 深部地溫預(yù)測中的地形校正2.5 礦山地?zé)崂?.5.1 預(yù)熱進(jìn)風(fēng)井簡2.5.2 礦井熱水的利用2.5.3 低溫地?zé)崮艿奶崛『屠? 礦井正常通風(fēng)的熱力學(xué)原理及應(yīng)用3.1 井巷熱交換對風(fēng)流參數(shù)的影響3.2 干空氣的熱力學(xué)分析3.2.1 風(fēng)流流經(jīng)水平巷道3.2.2 風(fēng)流流經(jīng)垂直巷道3.2.3 壓縮流的重力分析3.3 濕空氣的熱力學(xué)分析3.3.1 有蒸發(fā)的風(fēng)流3.3.2 無蒸發(fā)氣流3.4 井巷熱交換對通風(fēng)壓力的影響3.4.1 在巷道正常通風(fēng)條件下終端空氣壓力3.4.2 自然風(fēng)壓3.5 以熱力學(xué)為基礎(chǔ)的通風(fēng)網(wǎng)路解算3.5.1 串聯(lián) 3.5.2 并聯(lián)3.5.3 復(fù)雜連接3.5.4 巷道的局部通風(fēng)阻力和巷道中裝有通風(fēng)機的連接3.5.5 井巷熱交換對風(fēng)量分配的影響3.5.6 考慮熱交換影響時的通風(fēng)網(wǎng)路解算4 礦井災(zāi)變通風(fēng)的熱力學(xué)原理及應(yīng)用4.1 火災(zāi)氣體沿巷道流動時的壓力計算及網(wǎng)路解算4.1.1 幾項溫度指標(biāo)4.1.2 火災(zāi)氣體的壓力4.1.3 礦井在災(zāi)變狀況下的通風(fēng)網(wǎng)路解算4.2 礦井火災(zāi)期的巷道熱力計算4.3 火災(zāi)氣體溫度的預(yù)測方法4.4 火災(zāi)氣體向巷道壁的放熱系數(shù)4.5 輻射換熱系數(shù)4.6 巖石熱物理參數(shù)與溫度關(guān)系4.7 氣體溫度隨時間的變化4.8 沿風(fēng)流流程處在火源外的巷道熱力計算4.9 礦井在火災(zāi)狀況下熱力狀況和通風(fēng)的某些問題4.9.1 預(yù)防火災(zāi)氣體向進(jìn)風(fēng)巷道滲透的方法4.9.2 井下火災(zāi)引起的附加熱負(fù)壓5 礦井熱源5.1 井巷圍巖放熱5.1.1 井巷圍巖的熱傳導(dǎo)5.1.2 井巷圍巖溫度測試5.1.3 井巷圍巖放熱（或吸熱）量計算5.1.4 巷道壁向風(fēng)流的放熱系數(shù)5.2 礦區(qū)大氣環(huán)境對礦內(nèi)風(fēng)流熱力狀態(tài)的影響5.3 礦井生產(chǎn)環(huán)境與礦內(nèi)熱源計算5.3.1 礦井運輸放熱5.3.2 礦用機電設(shè)備運轉(zhuǎn)中放熱5.3.3 氧化放熱5.3.4 礦井水放熱5.3.5 局部熱源放熱6 礦井熱交換原理6.1 風(fēng)流通過井巷熱交換的基本規(guī)律6.2 通風(fēng)時間小于1年的巷道的熱交換6.2.1 初始微分方程6.2.2 風(fēng)流含濕量按一定規(guī)律變化時風(fēng)流熱力計算6.3 通風(fēng)時間大于1年的巷道的熱交換6.3.1 焓值分析6.3.2 風(fēng)流通過巷道的穩(wěn)定流動過程分析（水平巷道無熱水管道）6.3.3 巷道終端風(fēng)流溫度計算6.4 傳導(dǎo)一對流型礦井的熱交換6.5 風(fēng)流通過風(fēng)筒及掘進(jìn)工作面的熱交換6.5.1 風(fēng)流通過局部通風(fēng)機6.5.2 風(fēng)流從風(fēng)機出口到風(fēng)筒出口的熱力過程（2-3）6.5.3 風(fēng)流從風(fēng)筒出口到迎頭的熱力過程（3-4）6.5.4 風(fēng)流在回風(fēng)巷道中的熱力過程（4-5）6.5.5 求算風(fēng)筒出口風(fēng)流溫度6.6 巷道模擬原理與應(yīng)用6.6.1 巷道模擬原理6.6.2 風(fēng)量與采深的熱力學(xué)關(guān)系6.7 風(fēng)流通過井筒的熱交換6.7.1 風(fēng)流通過井筒的熱力過程6.7.2 井筒中熱源分析6.7.3 風(fēng)流通過井筒的加濕壓縮過程6.8 風(fēng)流通過回采工作面的熱交換6.8.1 相對濕度按一定規(guī)律變化6.8.2 含濕量按一定規(guī)律變化6.9 風(fēng)流通過機電硐室的熱交換6.10 礦井需冷量計算原理6.10.1 礦井需冷量與開采深度的關(guān)系6.10.2 回采工作面需冷量計算6.10.3 掘進(jìn)工作面需冷量計算6.10.4.機電硐室需冷量計算（空氣冷卻器設(shè)在硐室進(jìn)口處）6.10.5 礦井降溫系統(tǒng)冷量損失計算6.10.6 礦井有效冷量、礦井需冷量和制冷設(shè)備配冷量7 礦井熱計算實例7.1 概述7.1.1 礦井熱計算的任務(wù)7.1.2 礦井熱計算的程序7.1.3 空冷設(shè)備的熱計算7.2 基本關(guān)系式7.2.1 井筒熱計算7.2.2 水平與傾斜巷道熱計算7.2.3 回采工作面熱計算7.3 礦井改擴建熱計算與空調(diào)設(shè)備計算7.3.1 礦內(nèi)不同特征點的熱計算7.3.2 空冷設(shè)備的布置和計算7.3.3 空冷設(shè)備需冷量計算7.3.4 制冷設(shè)備與水冷卻器計算7.4 650m深緩傾斜煤層熱計算7.4.1 側(cè)翼式通風(fēng)系統(tǒng)7.4.2 中央式通風(fēng)系統(tǒng)7.5 750m深急傾斜煤層熱計算7.5.1 側(cè)翼式通風(fēng)系統(tǒng)7.5.2 中央式通風(fēng)系統(tǒng)7.6 1000m深急傾斜煤層新礦井熱力計算與設(shè)備需冷量的確定7.6.1 不同特征點風(fēng)流熱力計算……8 礦井熱環(huán)境控制系統(tǒng)9 礦井空調(diào)系統(tǒng)各組成部分的技術(shù)特征及其工況10 固定制冷站的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計11 礦井空調(diào)系統(tǒng)的運行12 制冷設(shè)備的常見故障與維護(hù)13 礦井空調(diào)系統(tǒng)的測試附錄參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：2 礦山地?zé)岘h(huán)境礦山地?zé)崤c氣象環(huán)境是人類進(jìn)行采礦工程活動的最基本的自然環(huán)境，是制約采礦業(yè)發(fā)展及采礦技術(shù)應(yīng)用的基本因素。隨著國民經(jīng)濟發(fā)展對礦物資源需求的逐年增長，礦床開采深度將不斷增加，因此，礦山地?zé)釋Σ傻V技術(shù)及采礦工藝有著極為重要的影響。在設(shè)計采礦工程系統(tǒng)時，必須具有完整的、系統(tǒng)的巖石熱物理參數(shù)資料，以及深部巖體的溫度資料。沒有這些資料，不可能最經(jīng)濟、最有效地選擇最佳的采礦工程系統(tǒng)。礦山地?zé)岘h(huán)境與采礦工程活動有著密切的關(guān)系，是制約采礦工程活動的基本環(huán)境因素。描述深礦井中高溫現(xiàn)象，在文獻(xiàn)中可以追溯到16世紀(jì)。1740年，法國對金屬礦的地溫進(jìn)行了觀測，18世紀(jì)末英國開始了系統(tǒng)的井下巷道地溫觀測。鉆孔測溫始于19世紀(jì)后半葉，在1882～1900年間歐洲有2個深鉆孔測了地溫，一個鉆孔深為1959 m，孔底溫度為69.25℃，另一個鉆孔深為2221 m孔底溫度為83.4℃，兩個鉆孔每百米的地溫梯度都是3.12℃。我國在20世紀(jì)50年代初，煤炭科學(xué)研究總院撫順分院開始在撫順等礦區(qū)開展了地溫觀測研究工作。70年代初，開灤礦區(qū)為了評價盆地深部煤炭資源的開發(fā)前景，曾進(jìn)行了地溫觀測，以了解地溫對深部資源開發(fā)的影響。1974年，中國科學(xué)院地質(zhì)研究所，煤炭科學(xué)研究總院撫順分院和平頂山礦務(wù)局合作，對平頂山礦區(qū)的地?zé)釂栴}進(jìn)行了為期4年的研究工作，1978年提出了研究報告。同年5月，煤炭工業(yè)部在平頂山召開了由煤田地質(zhì)勘探、礦山地?zé)峒暗V井降溫科技人員參加的礦山地溫工作會議。

編輯推薦

《礦井熱環(huán)境及其控制》是由楊德源和楊天鴻共同編著，冶金工業(yè)出版社出版發(fā)行的。

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