煤礦井下作業(yè)高溫技術(shù)研究

煤礦井下作業(yè)高溫技術(shù)研究

1對(duì)高溫影響作用機(jī)理的研究較少。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐隨著礦山深度的增加，原始地下巖石的溫度上升。同時(shí)，隨著高產(chǎn)、高效的普及，廣泛應(yīng)用于采礦機(jī)械化設(shè)備。由于設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中大量熱量，一些煤礦開(kāi)采環(huán)境的氣候條件惡化，高溫已成為影響礦山安全生產(chǎn)的另一個(gè)瓶頸。我國(guó)一些學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究,也取得了一些成果,但針對(duì)高溫問(wèn)題中一些關(guān)鍵理論和技術(shù)的研究相對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐還滯后,主要包括以下方面的問(wèn)題:(1)熱源分析、計(jì)算繁雜,使得現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中在進(jìn)行降溫措施確定時(shí)沒(méi)有專門去計(jì)算。(2)風(fēng)溫變化規(guī)律、風(fēng)溫與巖溫的耦合關(guān)系、風(fēng)溫預(yù)測(cè)研究不充分,計(jì)算公式繁多,使得現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)難以選擇和正確應(yīng)用。(3)對(duì)采用通風(fēng)降溫的極限開(kāi)采巖溫確定以及在何種條件下應(yīng)該采用機(jī)械降溫措施研究不夠沉入。(4)采取機(jī)械降溫措施時(shí),因配送點(diǎn)和配風(fēng)量設(shè)計(jì)不合理,往往導(dǎo)致礦井空調(diào)負(fù)荷增大,且未能發(fā)揮機(jī)械降溫效果。(5)未能從降溫效果和熱源分析角度,提出綜合降溫途徑,降溫措施的確定缺乏系統(tǒng)性。針對(duì)上述問(wèn)題,研究開(kāi)發(fā)了礦井風(fēng)溫預(yù)測(cè)與降溫效果分析專家系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)井下熱源自動(dòng)分析、計(jì)算,風(fēng)溫預(yù)測(cè)和降溫效果分析等功能,為現(xiàn)場(chǎng)探索溫度分布規(guī)律和提高降溫措施效果提供技術(shù)支持。2數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)礦井風(fēng)溫預(yù)測(cè)與降溫效果分析專家系統(tǒng)采用面向?qū)ο笥?jì)算機(jī)語(yǔ)言VisualBASIC6.0和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)共同開(kāi)發(fā),采用組件式開(kāi)發(fā)方式,界面圖塊化顯示,便于現(xiàn)場(chǎng)人員應(yīng)用和掌握。主要功能包括礦井熱源分析計(jì)算,采掘工作面、巷道和井筒風(fēng)溫預(yù)測(cè),單一風(fēng)流通路風(fēng)溫預(yù)測(cè),礦井全網(wǎng)絡(luò)風(fēng)溫預(yù)測(cè),降溫措施效果分析,降溫措施專家系統(tǒng)等幾大部分,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,各部分的功能詳細(xì)介紹如下:(1)放熱計(jì)算計(jì)算主要包括:風(fēng)流自壓縮熱計(jì)算、圍巖散熱計(jì)算、機(jī)電設(shè)備散熱計(jì)算、煤矸石散熱計(jì)算、熱水放熱計(jì)算、氧化放熱計(jì)算、人員放熱計(jì)算。該部分不但可為風(fēng)溫預(yù)測(cè)提供有效、可靠的物理計(jì)算基礎(chǔ)參數(shù),而且可實(shí)現(xiàn)各種放熱熱源計(jì)算,以確定井下不同部分的主要熱源,為熱的“分源治理”打下基礎(chǔ)。(2)空氣壓力、濕度測(cè)定主要包括:采掘工作面風(fēng)溫預(yù)測(cè)、巷道風(fēng)溫預(yù)測(cè)及井筒風(fēng)溫預(yù)測(cè),空氣壓力、空氣濕度預(yù)測(cè)。該模塊實(shí)現(xiàn)了不同類型的巷道風(fēng)溫預(yù)測(cè)功能,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用技術(shù)人員可分步驟、按現(xiàn)場(chǎng)要求進(jìn)行風(fēng)溫預(yù)測(cè),有助于按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的、合理的風(fēng)溫計(jì)算。(3)模擬界面輸入算法基于礦井熱源分析計(jì)算,采掘工作面、巷道和井筒風(fēng)溫預(yù)測(cè)模塊功能,采用VisualBASIC編寫(xiě)的界面輸入數(shù)據(jù)界面,結(jié)合Excel數(shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存基礎(chǔ)數(shù)據(jù)單元,運(yùn)用工程數(shù)學(xué)牛頓迭代法,實(shí)現(xiàn)不同巷道風(fēng)溫預(yù)測(cè)的目的;基于單一巷道風(fēng)溫預(yù)測(cè)和礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)化,實(shí)現(xiàn)全風(fēng)網(wǎng)風(fēng)溫預(yù)測(cè)。(4)分析降溫措施的效果的模塊根據(jù)熱源、風(fēng)溫預(yù)測(cè)情況,針對(duì)不同降溫措施效果進(jìn)行分析,提出降溫措施待改進(jìn)的物理參數(shù)組。(5)關(guān)于減少抑郁的特殊系統(tǒng)模塊將國(guó)內(nèi)外各類降溫措施保存到數(shù)據(jù)庫(kù),然后運(yùn)用SQL語(yǔ)句對(duì)輸入關(guān)鍵字進(jìn)行搜索,實(shí)現(xiàn)降溫措施的查詢。3風(fēng)溫計(jì)算方法礦井風(fēng)溫預(yù)測(cè)與降溫效果分析專家系統(tǒng)采用VBActiveDLL技術(shù),能保護(hù)程序代碼安全性,減少代碼的復(fù)雜性,加快代碼的執(zhí)行速度,節(jié)省計(jì)算機(jī)的資源。風(fēng)路風(fēng)溫預(yù)測(cè)程序方法是將風(fēng)流通路劃分成井筒、巷道、采煤工作面及掘進(jìn)工作面4個(gè)部分,根據(jù)不同井巷類型采用相對(duì)應(yīng)的公式和解算方法進(jìn)行預(yù)測(cè),然后整個(gè)過(guò)程采用牛頓迭代法將整個(gè)風(fēng)路各段間風(fēng)溫計(jì)算出來(lái)。對(duì)于井筒段:風(fēng)溫公式采用舍爾巴尼法或用K值顯熱比法,解算方法采用一種近似數(shù)學(xué)法(差分法)進(jìn)行井筒風(fēng)溫計(jì)算。其基本原理是:把進(jìn)風(fēng)井沿井深自上而下劃分成井段(Z1,Z2,…,Zn),然后把風(fēng)溫從井口逐段接力計(jì)算到井底;每個(gè)井段原始巖溫采用該段平均原始巖溫。同理,巷道段劃分為采用風(fēng)流焓值方程建立的風(fēng)流末端斷面上的氣溫模型,解算方法采用二分法(迭代法);采煤工作面段,由于熱源比較繁瑣,計(jì)算公式采用舍爾巴尼法,并分為傾斜工作面和急傾斜工作面,解算方法同風(fēng)井的解算方法;掘進(jìn)工作面風(fēng)溫預(yù)測(cè)所需的參數(shù)比較繁瑣,給編程帶來(lái)一定問(wèn)題,所以采用溫度交換法實(shí)現(xiàn)。風(fēng)溫預(yù)測(cè)計(jì)算程序如圖2所示。4工作面程序風(fēng)溫預(yù)測(cè)效果分析開(kāi)灤錢家營(yíng)礦-850m水平,掘進(jìn)工作面出現(xiàn)高于26℃以上高溫。目前掘進(jìn)工作面風(fēng)速在0.3～0.4m/s,且進(jìn)風(fēng)溫度低于工作面溫度,經(jīng)軟件效果分析模塊分析,采用增加風(fēng)量比較好。礦井井筒(20℃)到850東大巷道掘進(jìn)工作面程序風(fēng)溫預(yù)測(cè)效果和實(shí)測(cè)情況的匯總見(jiàn)表1。根據(jù)表1計(jì)算結(jié)果,采用礦井風(fēng)溫預(yù)測(cè)與降溫效果分析專家系統(tǒng)風(fēng)溫預(yù)測(cè)模塊計(jì)算,計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果基本一致,誤差在5%以內(nèi),符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐要求。5模擬分析系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)(1)因熱源分析計(jì)算繁雜,風(fēng)溫預(yù)測(cè)困難,計(jì)算公式眾多,使得現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)難以選擇和正確應(yīng)用,所以為了能選擇恰當(dāng)?shù)挠?jì)算公式和減少計(jì)算工作量,達(dá)到計(jì)算精確的目的,有必要開(kāi)發(fā)包括熱源計(jì)算和風(fēng)溫預(yù)測(cè)的模擬分析系統(tǒng)。(2)采取機(jī)械降溫措施時(shí),因配送點(diǎn)和配風(fēng)量設(shè)計(jì)不合理,往往導(dǎo)致礦井空調(diào)負(fù)荷增大,且未能發(fā)揮機(jī)械降溫效果,所以有