礦井熱環(huán)境及其控制

前言

所謂礦井熱環(huán)境，就是人類(lèi)在地下采礦工程活動(dòng)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(wèn)題的目的是，尋找采礦工程活動(dòng)與其環(huán)境相互作用的規(guī)律，以及環(huán)境對(duì)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(wèn)題中，地質(zhì)地?zé)岘h(huán)境是最基本的問(wèn)題，是最早弓I起人們關(guān)注的問(wèn)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(duì)礦井熱環(huán)境狀況進(jìn)行了系統(tǒng)的觀測(cè)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(shí)際問(wèn)題上來(lái)。解放后，我國(guó)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(kāi)始立項(xiàng)、由煤炭科學(xué)研究總院撫順?lè)衷簩?duì)井田地溫場(chǎng)與井巷圍巖溫度進(jìn)行觀測(cè)研究，20世紀(jì)70年代，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)研究所地?zé)嵫芯渴遗c撫順?lè)衷汉献?，?duì)全國(guó)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(shū)詳細(xì)地介紹了我國(guó)礦山地?zé)岬难芯砍晒?。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(lái)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(duì)礦內(nèi)空氣參數(shù)的影響規(guī)律，20世紀(jì)40年代以來(lái)，許多國(guó)家在這方面進(jìn)行了大量的觀測(cè)研究工作。煤炭科學(xué)研究總院撫順?lè)衷鹤?954年以來(lái)，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(cè)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(yùn)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(chēng)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(lèi)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(guó)內(nèi)外五十多年來(lái)，在礦井熱環(huán)境及其控制方面的科研成果與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)采礦工業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，深入淺出地論述了礦井熱環(huán)境的基本特征，礦井熱力計(jì)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。《礦井熱環(huán)境及其控制》既可作為高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)師生的重要參考書(shū)，也可供科研、設(shè)計(jì)人員以及從事礦井熱環(huán)境評(píng)價(jià)與控制的工程技術(shù)人員參考。

作者簡(jiǎn)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?lè)衷和L(fēng)研究所通風(fēng)研究室主任、中國(guó)煤炭工業(yè)勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì)理事、礦井降溫專(zhuān)業(yè)委員會(huì)副主任兼秘書(shū)長(zhǎng)。長(zhǎng)期從事礦井降溫科研工作。1965年參加我國(guó)首個(gè)井下局部制冷降溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、研究工作；1976年提出了礦井熱力計(jì)算的基本理論和方法；1982年和1991年先后主持設(shè)計(jì)研究和實(shí)施了我國(guó)第一個(gè)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(jī)、礦用冷水機(jī)組及礦用水冷表面式空冷器和噴淋式空冷器等我國(guó)第一批礦用制冷空調(diào)設(shè)備。獲國(guó)家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，部級(jí)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)3項(xiàng)，1992年獲國(guó)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(guó)能源百科全書(shū)》和《中國(guó)煤炭工業(yè)百科全書(shū)》的編寫(xiě)，發(fā)表了《礦內(nèi)風(fēng)流熱交換》等論文40余篇。

書(shū)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(guó)內(nèi)外礦內(nèi)微氣候衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀1.3.3 對(duì)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?lái)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(chǎng)2.2.3 影響區(qū)域地溫場(chǎng)的主要因素2.3 礦區(qū)地溫類(lèi)型和熱害等級(jí)2.3.1 礦區(qū)地溫類(lèi)型2.3.2 礦區(qū)熱害等級(jí)2.4 礦區(qū)深部的地溫預(yù)測(cè)2.4.1 傳導(dǎo)型溫度場(chǎng)2.4.2 傳導(dǎo)-對(duì)流型溫度場(chǎng)2.4.3 深部地溫預(yù)測(cè)中的地形校正2.5 礦山地?zé)崂?.5.1 預(yù)熱進(jìn)風(fēng)井簡(jiǎn)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(duì)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(wú)蒸發(fā)氣流3.4 井巷熱交換對(duì)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(jī)的連接3.5.5 井巷熱交換對(duì)風(fēng)量分配的影響3.5.6 考慮熱交換影響時(shí)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(dòng)時(shí)的壓力計(jì)算及網(wǎng)路解算4.1.1 幾項(xiàng)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(jì)算4.3 火災(zāi)氣體溫度的預(yù)測(cè)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(shí)間的變化4.8 沿風(fēng)流流程處在火源外的巷道熱力計(jì)算4.9 礦井在火災(zāi)狀況下熱力狀況和通風(fēng)的某些問(wèn)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(cè)試5.1.3 井巷圍巖放熱（或吸熱）量計(jì)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(duì)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(jì)算5.3.1 礦井運(yùn)輸放熱5.3.2 礦用機(jī)電設(shè)備運(yùn)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(guò)井巷熱交換的基本規(guī)律6.2 通風(fēng)時(shí)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(shí)風(fēng)流熱力計(jì)算6.3 通風(fēng)時(shí)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(guò)巷道的穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程分析（水平巷道無(wú)熱水管道）6.3.3 巷道終端風(fēng)流溫度計(jì)算6.4 傳導(dǎo)一對(duì)流型礦井的熱交換6.5 風(fēng)流通過(guò)風(fēng)筒及掘進(jìn)工作面的熱交換6.5.1 風(fēng)流通過(guò)局部通風(fēng)機(jī)6.5.2 風(fēng)流從風(fēng)機(jī)出口到風(fēng)筒出口的熱力過(guò)程（2-3）6.5.3 風(fēng)流從風(fēng)筒出口到迎頭的熱力過(guò)程（3-4）6.5.4 風(fēng)流在回風(fēng)巷道中的熱力過(guò)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(guò)井筒的熱交換6.7.1 風(fēng)流通過(guò)井筒的熱力過(guò)程6.7.2 井筒中熱源分析6.7.3 風(fēng)流通過(guò)井筒的加濕壓縮過(guò)程6.8 風(fēng)流通過(guò)回采工作面的熱交換6.8.1 相對(duì)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(guò)機(jī)電硐室的熱交換6.10 礦井需冷量計(jì)算原理6.10.1 礦井需冷量與開(kāi)采深度的關(guān)系6.10.2 回采工作面需冷量計(jì)算6.10.3 掘進(jìn)工作面需冷量計(jì)算6.10.4.機(jī)電硐室需冷量計(jì)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(jì)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(jì)算實(shí)例7.1 概述7.1.1 礦井熱計(jì)算的任務(wù)7.1.2 礦井熱計(jì)算的程序7.1.3 空冷設(shè)備的熱計(jì)算7.2 基本關(guān)系式7.2.1 井筒熱計(jì)算7.2.2 水平與傾斜巷道熱計(jì)算7.2.3 回采工作面熱計(jì)算7.3 礦井改擴(kuò)建熱計(jì)算與空調(diào)設(shè)備計(jì)算7.3.1 礦內(nèi)不同特征點(diǎn)的熱計(jì)算7.3.2 空冷設(shè)備的布置和計(jì)算7.3.3 空冷設(shè)備需冷量計(jì)算7.3.4 制冷設(shè)備與水冷卻器計(jì)算7.4 650m深緩傾斜煤層熱計(jì)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(jì)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(jì)算與設(shè)備需冷量的確定7.6.1 不同特征點(diǎn)風(fēng)流熱力計(jì)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(jì)11 礦井空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行12 制冷設(shè)備的常見(jiàn)故障與維護(hù)13 礦井空調(diào)系統(tǒng)的測(cè)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(lèi)進(jìn)行采礦工程活動(dòng)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(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)礦物資源需求的逐年增長(zhǎng)，礦床開(kāi)采深度將不斷增加，因此，礦山地?zé)釋?duì)采礦技術(shù)及采礦工藝有著極為重要的影響。在設(shè)計(jì)采礦工程系統(tǒng)時(shí)，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(méi)有這些資料，不可能最經(jīng)濟(jì)、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(dòng)有著密切的關(guān)系，是制約采礦工程活動(dòng)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(guó)對(duì)金屬礦的地溫進(jìn)行了觀測(cè)，18世紀(jì)末英國(guó)開(kāi)始了系統(tǒng)的井下巷道地溫觀測(cè)。鉆孔測(cè)溫始于19世紀(jì)后半葉，在1882～1900年間歐洲有2個(gè)深鉆孔測(cè)了地溫，一個(gè)鉆孔深為1959 m，孔底溫度為69.25℃，另一個(gè)鉆孔深為2221 m孔底溫度為83.4℃，兩個(gè)鉆孔每百米的地溫梯度都是3.12℃。我國(guó)在20世紀(jì)50年代初，煤炭科學(xué)研究總院撫順?lè)衷洪_(kāi)始在撫順等礦區(qū)開(kāi)展了地溫觀測(cè)研究工作。70年代初，開(kāi)灤礦區(qū)為了評(píng)價(jià)盆地深部煤炭資源的開(kāi)發(fā)前景，曾進(jìn)行了地溫觀測(cè)，以了解地溫對(duì)深部資源開(kāi)發(fā)的影響。1974年，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)研究所，煤炭科學(xué)研究總院撫順?lè)衷汉推巾斏降V務(wù)局合作，對(duì)平頂山礦區(qū)的地?zé)釂?wèn)題進(jìn)行了為期4年的研究工作，1978年提出了研究報(bào)告。同年5月，煤炭工業(yè)部在平頂山召開(kāi)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(huì)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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