深井綜采面風流溫度變化規律研究

韓明超 葉 飛 高要昌

（平煤股份十礦，河南 平頂山 467000）

隨著采礦技術的提高，我國礦井開采的深度受地熱增高的影響逐漸加大，井下風流溫度隨深度增加而越來越高。熱環境不僅降低企業的工作效率，影響了整體的經濟效益，也給礦井工作人員的生產安全和人身安全帶來了一定的隱患。

1 熱交換時間對風流溫度的影響

井下巷道中的風流溫度受到多種因素的影響，如圍巖溫度、圍巖導熱性能、風流與圍巖的熱交換時間、巷道長度、高度差、入風流溫度、水分蒸發及濕度等，本文結合己17-24110 采面的具體情況，就以上幾方面進行探討。

井下巷道中的風流溫度受到多種因素的影響，其中圍巖傳熱起著主要作用。風流的流動變化都是與熱交換系數息息相關的，甚至在很多情況下對其有著直接的影響。對流熱的交換也是一個比較復雜的過程，這個過程受到了多重因素的影響，圍巖熱物理性質則是其中的一個重要因素。在研究的過程中，憑借圍巖與風流熱的交換規律，對其熱交換系數做出詳細的測量與計算，可以促進我們了解圍巖熱對風流溫度變化的影響。

以干燥巷道為例，根據巷道圍巖與風流熱交換規律，分析水平巷道圍巖與風流熱交換對風溫變化的基本影響規律，發現圍巖所傳遞出來的熱量是與圍巖與風流間的溫差呈正相關的，即溫差降低其熱量也隨之降低。與此同時，在巷道的長度、原巖以及入風流的溫度一定的條件下，平巷終端風流溫度也隨著圍巖導熱系數的不同而呈現指數性質變化。圍巖的導熱系數體現了物體導熱能力，受到巖體中的結構面、 孔隙度和含水率的影響，變化范圍較大。導熱系數越大，導熱能力越大，圍巖越容易向風流傳遞熱量。圍巖導熱系數的變化將會影響水平巷道終端的風流溫度，在別的條件一定的情況下，圍巖導熱系數增大會造成巷道的風流溫度顯著提高。而且，圍巖散熱是引起水平巷道風流溫度增加的主要因素，圍巖與風流間的換熱與二者間的溫度差、圍巖導熱率是呈正相關的，同時二者間的換熱也與風速及通風巷道的表面積成正比，即原巖表層的溫度高時、其導熱率也會提高，從而圍巖向風流中散發的熱量也會相應提高。

2 入風流溫度、地面氣溫對風流溫度的影響

入風流初始溫度是影響井下熱環境的又一因素。由于入風風道聯通地面，因此巷道入風口風溫也會受到地面氣溫的影響，隨著地面氣溫的變化而變化。己17-24110 工作面地面標高+275～+390m，工作面標高-618～-683m，地面相對位置為馬棚山南坡，易受地面氣溫的影響。地面大氣參數的周期性季節變化直接影響到礦井微氣候的變化，夏季地面氣溫高，因此井下氣溫也較高；反之，冬季地面氣溫較低，井下氣溫也低。煤體在開采過程中釋放的熱量大大增加入風流溫度。

有關人員對圓形巷道導熱微分方程和周圍邊界條件的無因次化進行研究，著重探究了風溫波動微分方程以及它的定解條件。結果顯示，井下各部位的風流溫度會受到地面大氣溫度及采煤過程中煤體的溫度周期性變化的影響，但波動的振幅要小于地面溫度波動振幅。當巷道煤體溫度、圍巖性質、風速、斷面等條件一定時，溫度波動的振幅呈負指數下降，相位角隨巷道長度線性滯后。還有研究發現，初始溫度越高，入風流在淺處巷道內預冷降溫效果越明顯；但入風流到達增溫帶深層時，初始溫度對井下熱環境的影響就變小了。

3 巷道長度、高度差對風流溫度的影響

巷道的幾何形狀如長度、半徑、形狀等會影響風流，巷道水力半徑越大，同一深度的平巷內入風流溫度的變化也會越大。入風流初始溫度對井下空氣流的影響隨著深度的增加逐漸減小，己17-24110 工作面埋深909～1 060m，地質構造比較復雜，因此井下空氣流受入風流初始溫度的影響較小。研究發現，當風流流經路線逐漸增長，風流溫濕度會呈線性變化。己17-24110 工作面的有效走向長度是758.7m，傾斜寬度為197.3～203.6m，切眼斜長197.5m，回采實際面積為151 815.87m2，考察發現圍巖初始溫度和進風流溫度的相差較大，通風時間越短，圍巖初始溫度與風流的換熱量越大，初期的風流溫度上升較快。隨著巷道長度的不斷增加，風流溫度與煤壁溫度慢慢接近，使得換熱量也逐漸減少，從而減緩了風流溫度上升速度。

4 水分蒸發及濕度對風流溫度的影響

在水分蒸發總量一定時，巷道中水分均勻蒸發、分散蒸發、集中蒸發等情況下，濕度與風流溫度隨通風時間的實際變化規律以及隨巷道距離的主要分布規律變化。結果表明，水分蒸發量會影響風流溫度。當流經路線增長、通風時間長、水分蒸發量大時，風流溫度會隨之降低。另外，水分蒸發位置也會影響風流溫濕度。通風時間越短、水分蒸發量越小，風流溫度幅度越大、巷道距離增長越高。當通風時間較長、水分蒸發量大時，隨巷道距離增長，風流溫度降低。

5 小結

對環境有效控制的重要前提是井下熱環境預測，由于井下環境條件比較復雜，井下風流狀態變化的影響因素較多。所以，分析圍巖導熱性能、圍巖溫度、巷道長度、風流與圍巖的熱交換時間、水分蒸發及入風流煤體溫度等因素對風流溫度的影響，有助于預測井下熱環境。有效控制深井綜采面風流熱環境對保障作業人員的健康、保障礦井安全生產具有非常重要的意義。

[1]侯祺棕，沈伯雄.井巷圍巖與風流間熱濕交換的溫濕預測模型[J].武漢工業大學學報，1997，19(3):123-126.