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，如地熱地質(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)地熱環(huán)境是最基本的問題，是最早弓I起人們關注的問題。據(jù)文獻記載，烏克蘭科學院A.H.IIIep6anb院士等人在20世紀40年代，對礦井熱環(huán)境狀況進行了系統(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、由煤炭科學研究總院撫順分院對井田地溫場與井巷圍巖溫度進行觀測研究，20世紀70年代，中國科學院地質(zhì)研究所地熱研究室與撫順分院合作，對全國的礦山地熱狀況進行了調(diào)查研究，先后出版了《礦山地熱概論》（1981年）和《礦山地熱與熱害治理》（1991年），這兩本書詳細地介紹了我國礦山地熱的研究成果。礦區(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40年代以來，許多國家在這方面進行了大量的觀測研究工作。煤炭科學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)地熱環(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、技術及裝備。《礦井熱環(huán)境及其控制》既可作為高等院校相關專業(yè)師生的重要參考書，也可供科研、設計人員以及從事礦井熱環(huán)境評價與控制的工程技術人員參考。

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)學院。曾任煤炭科學研究總院撫順分院通風研究所通風研究室主任、中國煤炭工業(yè)勞動保護科學技術學會理事、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)設備。獲國家科技進步三等獎1項，部級科技進步二等獎3項，1992年獲國務院政府特殊津貼。合著了《礦山地熱與熱害治理》、《礦井空調(diào)技術》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)生標準1.3.1 制定礦內(nèi)微氣候衛(wèi)生標準的依據(jù)1.3.2 國內(nèi)外礦內(nèi)微氣候衛(wèi)生標準的現(xiàn)狀1.3.3 對礦內(nèi)微氣候衛(wèi)生標準的建議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 礦用溫濕圖及其應用1.5.1 繪圖步驟1.5.2 氣壓校正及查圖方法2 礦山地熱環(huán)境2.1 地熱成因2.1.1 地球的結(jié)構(gòu)2.1.2 地熱的來源2.2 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)深部的地溫預測2.4.1 傳導型溫度場2.4.2 傳導-對流型溫度場2.4.3 深部地溫預測中的地形校正2.5 礦山地熱利用2.5.1 預熱進風井簡2.5.2 礦井熱水的利用2.5.3 低溫地熱能的提取和利用3 礦井正常通風的熱力學原理及應用3.1 井巷熱交換對風流參數(shù)的影響3.2 干空氣的熱力學分析3.2.1 風流流經(jīng)水平巷道3.2.2 風流流經(jīng)垂直巷道3.2.3 壓縮流的重力分析3.3 濕空氣的熱力學分析3.3.1 有蒸發(fā)的風流3.3.2 無蒸發(fā)氣流3.4 井巷熱交換對通風壓力的影響3.4.1 在巷道正常通風條件下終端空氣壓力3.4.2 自然風壓3.5 以熱力學為基礎的通風網(wǎng)路解算3.5.1 串聯(lián) 3.5.2 并聯(lián)3.5.3 復雜連接3.5.4 巷道的局部通風阻力和巷道中裝有通風機的連接3.5.5 井巷熱交換對風量分配的影響3.5.6 考慮熱交換影響時的通風網(wǎng)路解算4 礦井災變通風的熱力學原理及應用4.1 火災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4.1.2 火災氣體的壓力4.1.3 礦井在災變狀況下的通風網(wǎng)路解算4.2 礦井火災期的巷道熱力計算4.3 火災氣體溫度的預測方法4.4 火災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)與溫度關系4.7 氣體溫度隨時間的變化4.8 沿風流流程處在火源外的巷道熱力計算4.9 礦井在火災狀況下熱力狀況和通風的某些問題4.9.1 預防火災氣體向進風巷道滲透的方法4.9.2 井下火災引起的附加熱負壓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 巷道壁向風流的放熱系數(shù)5.2 礦區(qū)大氣環(huán)境對礦內(nèi)風流熱力狀態(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 風流通過井巷熱交換的基本規(guī)律6.2 通風時間小于1年的巷道的熱交換6.2.1 初始微分方程6.2.2 風流含濕量按一定規(guī)律變化時風流熱力計算6.3 通風時間大于1年的巷道的熱交換6.3.1 焓值分析6.3.2 風流通過巷道的穩(wěn)定流動過程分析（水平巷道無熱水管道）6.3.3 巷道終端風流溫度計算6.4 傳導一對流型礦井的熱交換6.5 風流通過風筒及掘進工作面的熱交換6.5.1 風流通過局部通風機6.5.2 風流從風機出口到風筒出口的熱力過程（2-3）6.5.3 風流從風筒出口到迎頭的熱力過程（3-4）6.5.4 風流在回風巷道中的熱力過程（4-5）6.5.5 求算風筒出口風流溫度6.6 巷道模擬原理與應用6.6.1 巷道模擬原理6.6.2 風量與采深的熱力學關系6.7 風流通過井筒的熱交換6.7.1 風流通過井筒的熱力過程6.7.2 井筒中熱源分析6.7.3 風流通過井筒的加濕壓縮過程6.8 風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系6.10.2 回采工作面需冷量計算6.10.3 掘進工作面需冷量計算6.10.4.機電硐室需冷量計算（空氣冷卻器設在硐室進口處）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7.1.2 礦井熱計算的程序7.1.3 空冷設備的熱計算7.2 基本關系式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)設備計算7.3.1 礦內(nèi)不同特征點的熱計算7.3.2 空冷設備的布置和計算7.3.3 空冷設備需冷量計算7.3.4 制冷設備與水冷卻器計算7.4 650m深緩傾斜煤層熱計算7.4.1 側(cè)翼式通風系統(tǒng)7.4.2 中央式通風系統(tǒng)7.5 750m深急傾斜煤層熱計算7.5.1 側(cè)翼式通風系統(tǒng)7.5.2 中央式通風系統(tǒng)7.6 1000m深急傾斜煤層新礦井熱力計算與設備需冷量的確定7.6.1 不同特征點風流熱力計算……8 礦井熱環(huán)境控制系統(tǒng)9 礦井空調(diào)系統(tǒng)各組成部分的技術特征及其工況10 固定制冷站的空調(diào)系統(tǒng)設計11 礦井空調(diào)系統(tǒng)的運行12 制冷設備的常見故障與維護13 礦井空調(diào)系統(tǒng)的測試附錄參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：2 礦山地熱環(huán)境礦山地熱與氣象環(huán)境是人類進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)展及采礦技術應用的基本因素。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，礦山地熱對采礦技術及采礦工藝有著極為重要的影響。在設計采礦工程系統(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)。礦山地熱環(huán)境與采礦工程活動有著密切的關系，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，在文獻中可以追溯到16世紀。1740年，法國對金屬礦的地溫進行了觀測，18世紀末英國開始了系統(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50年代初，煤炭科學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，中國科學院地質(zhì)研究所，煤炭科學研究總院撫順分院和平頂山礦務局合作，對平頂山礦區(qū)的地熱問題進行了為期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、礦山地熱及礦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。

圖書封面

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