一种矿山浅层巷道调节入风流温度方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及结构设计领域，特别是一种矿山浅层巷道调节入风流温度方法。
【背景技术】
[0002] 我国是矿产储存大国，目前国内相当数量的金属矿井已经接近或超过了千米，原 始岩温不断增高，矿井热害成为矿山行业必须面对的地质灾害问题，同时，我国北方境内冬 季严寒，每年冬季大量寒冷空气直接进入井下，井筒结冰、水管冻裂等现象时常发生，对工 人的生命安全和国家财产造成严重威胁。
[0003] 对于我国这样一个矿产大国，如果能有效的将矿山浅层地温资源加以利用，将会 成为我国开发利用可再生能源政策的一个重要支撑。本发明利用矿山现有的浅层废弃巷道 作为入风流的"温度调节器"节能高效的治理矿井热害和冰冻难题成为矿山企业急需解决 的现实问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种矿山浅层巷道调节入风流温度方法，将矿山浅层废弃 巷道转换为矿井入风流的"温度调节器"，进行典型矿山浅层地温效应调控入风流温度定量 分析，将矿井上部浅层废弃井巷作为岩层与风流的冷热交换空间，用来调节矿井入风流温 度，改善夏季井下高温、冬季入风井结冰现象对矿山生产的不利影响。
[0005] 为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明公开了一种矿山浅层巷道调节 入风流温度方法，方法包括了巷道断面设计及断面设计评估，巷道断面设计具体结构包括 两部分，第一部分为边长为2a的正方形底部，第二部分为半径为a的半圆拱形，半圆拱形设 置于正方形底座上部，断面设计评估包括了参数设定和断面设计论证两部分。
[0006] 其中，断面设计评估，具体方法如下：
[0007] 参数设定:夏季矿山地表温度为T1，假设风流进入所取的巷道内的温度也为T 1，现 采掘工作面所需要风流Qm3，而风流温度需要达到T '（T' W1 )，风流密度P，风速V，比热容为 Cp;
[0008] 断面设计论证:风流在经过长度L的水平半圆形巷道的时间为&而这段时间内采掘 V , 工作面需要的风流量为Q;在时间h内，长度L的水平半圆形巷道流经的风流量为1 V 1 ；
因此，
[0009]
[0010] 风流从T1降到τ'，其热量减少值为&，其减少值就是风流向围岩的散热量：
[0011] Q1 = CpmA T = cppQ(Ti_T'）；
[0012] 巷道与风流进行热交换过程中，其底板与风流进行的热量交换比较少，因此只研 究巷道的两侧面和顶板，其热交换的面积为S，其计算公式如下：
[0013] S = bXLX2+JiXaXL；
[0014] 巷道围岩与风流进行热量交换后，吸收热量其温度会升到和风流温度一样，最终 围岩壁面的温度为f ;而矿山浅层的原始岩温比f低，其热量会逐渐向围岩内部传递；因 此，
[0015]
[0016]
[0017] 式中，α为干燥井巷壁面对流换热系数，采用α = 2.728εv()·8W/m2·°C计算，；ε为巷 道粗糙度的系数，光滑壁面取1;主要运输大巷取1-1.65;运输平巷取1.65-2.50;工作面取 2.50-3.10；
[0018] 因此矿山巷道的几何尺寸满足如下：
[0019]
[0020]联立上式可得水平巷道的几何尺寸：
[0021]
[0022]
[0023]本发明具有以下有益效果：
[0024] 1.本发明利用矿山废弃的浅层巷道进行入风流温度调控，建立了调控一定风量温 度，所需要的巷道尺寸表达式;实现矿山浅层井巷地温效应对入风流温度的量化调控，预测 调温巷道对风流的调控结果，夏季利用地温预冷矿井入风流达到矿井通风节能降温的目 的;冬季利用地温预热矿井入风流，解决入风井结冰问题。
【附图说明】
[0025] 图1为本发明的巷道示意图。
[0026]图2为本发明巷道调控入风流温度原理图。
【具体实施方式】
[0027]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。
[0028] 实施例1
[0029]如图1、2所示，本发明公开了一种夏季矿山浅层巷道调节入风流温度方法，方法包 括了巷道断面设计及断面设计评估，巷道断面设计具体结构包括两部分，第一部分为边长 为2a的正方形底部，第二部分为半径为a的半圆拱形，半圆拱形设置于正方形底座上部，断 面设计评估包括了参数设定和断面设计论证两部分。
[0030] 其中，断面设计评估，具体方法如下：
[0031] 参数设定:夏季矿山地表温度为T1，假设风流进入所取的巷道内的温度也为T 1，现 采掘工作面所需要风流Qm3，而风流温度需要达到T '（T' W1 )，风流密度P，风速V，比热容为 Cp;
[0032] 断面设计论证:风流在经过长度L的水平半圆形巷道的时间为&而这段时间内采掘 V , 工作面需要的风流量为Q;在时间&内，长度L的水平半圆形巷道流经的风流量为+ ^jta2L V z ; 因此，
[0033]
[0034] 风流从T1降到T '，其热量减少值为&，其减少值就是风流向围岩的散热量：
[0035] Q1 = CplnA T = cPpQ(Ti_T'）；
[0036] 巷道与风流进行热交换过程中，其底板与风流进行的热量交换比较少，因此只研 究巷道的两侧面和顶板，其热交换的面积为S，其计算公式如下：
[0037] S = bXLX2+JiXaXL；
[0038] 巷道围岩与风流进行热量交换后，吸收热量其温度会升到和风流温度一样，最终 围岩壁面的温度为f ;而矿山浅层的原始岩温比f低，其热量会逐渐向围岩内部传递；因 此，
[0039]
[0040]
[0041] 式中，α为干燥井巷壁面对流换热系数，采用c^SMSev^W/m2 · °C计算，；ε为巷 道粗糙度的系数，光滑壁面取1;主要运输大巷取1-1.65;运输平巷取1.65-2.50;工作面取 2.50-3.10；
[0042] 因此矿山巷道的几何尺寸满足如下：
[0043]
[0044] 联立上式可得水平巷道的几何尺寸：
[0045]
[0046]
[0047] 实施例2
[0048] 如图1、2所示，本发明公开了一种冬季矿山浅层巷道调节入风流温度方法，具体的 巷道断面设计及断面设计评估与实施例1相同，其中参数设定冬季矿山地表温度ST 1，风流 温度需要达到Τ'（Τ'CT1).
[0049] 计算的出的水平巷道的几何尺寸为：
[0050]
[0051]
[0052]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种矿山浅层巷道调节入风流温度方法，其特征在于，所述的方法包括了巷道断面 设计及断面设计评估，所述的巷道断面设计具体结构包括两部分，第一部分为边长为2a的 正方形底部，第二部分为半径为a的半圆拱形，所述的半圆拱形设置于正方形底座上部，所 述的断面设计评估包括了参数设定和断面设计论证两部分。2. 如权利要求1所述的一种矿山浅层巷道调节入风流温度方法，其特征在于:所述的断 面设计评估，具体方法如下： 参数设定:夏季矿山地表温度为Ti，假设风流进入所取的巷道内的温度也为h，现采掘 工作面所需要风流Qm3，而风流温度需要达到T'（T' >1\)，风流密度P，风速v，比热容为Cp; 断面设计论证:风流在经过长度L的水平半圆形巷道的时间为而这段时间内采掘工作面需要的风流量为Q;在时间_长度L的水平半圆形巷道流经的风流量为 因此，风流从h降到T '，其热量减少值为&，其减少值就是风流向围岩的散热量： Qi = cPm Δ T = cPpQ(Ti_T'）； 巷道与风流进行热交换过程中，其底板与风流进行的热量交换比较少，因此只研究巷 道的两侧面和顶板，其热交换的面积为S，其计算公式如下： S = bXLX2+JrXaXL； 巷道围岩与风流进行热量交换后，吸收热量其温度会升到和风流温度一样，最终围岩 壁面的温度为f ;而矿山浅层的原始岩温比f低，其热量会逐渐向围岩内部传递;因此， Qi = aXSX (T，_T) Xt;式中，a为干燥井巷壁面对流换热系数，采用(61 = 2.72867^1/1112 · °C计算，；ε为巷道粗糙 度的系数，光滑壁面取1;主要运输大巷取1-1.65;运输平巷取1.65-2.50;工作面取2.50-3.10； 因此矿山巷道的几何尺寸满足如下：联立上式可得水平巷道的几何尺寸：
【专利摘要】本发明涉及结构设计领域，公开了一种矿山浅层巷道调节入风流温度方法，包括了巷道断面设计及断面设计评估；利用矿山废弃的浅层巷道进行入风流温度调控，建立了调控一定风量温度，所需要的巷道尺寸表达式；实现矿山浅层井巷地温效应对入风流温度的量化调控，预测调温巷道对风流的调控结果，夏季利用地温预冷矿井入风流达到矿井通风节能降温的目的；冬季利用地温预热矿井入风流，解决入风井结冰问题。
【IPC分类】E21F1/00, E21F3/00, E21D9/14
【公开号】CN105673058
【申请号】CN201610041588
【发明人】张永亮, 孟凡永, 吴迪, 黄刚, 马舒琪
【申请人】青岛理工大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月22日