矿井热环境及其控制

　　2  矿山地热环境
　　矿山地热与气象环境是人类进行采矿工程活动的最基本的自然环境，是制约采矿业发展及采矿技术应用的基本因素。
　　随着国民经济发展对矿物资源需求的逐年增长，矿床开采深度将不断增加，因此，矿山地热对采矿技术及采矿工艺有着极为重要的影响。在设计采矿工程系统时，必须具有完整的、系统的岩石热物理参数资料，以及深部岩体的温度资料。没有这些资料，不可能最经济、最有效地选择最佳的采矿工程系统。矿山地热环境与采矿工程活动有着密切的关系，是制约采矿工程活动的基本环境因素。
　　描述深矿井中高温现象，在文献中可以追溯到16世纪。1740年，法国对金属矿的地温进行了观测，18世纪末英国开始了系统的井下巷道地温观测。钻孔测温始于19世纪后半叶，在1882～1900年间欧洲有2个深钻孔测了地温，一个钻孔深为1959 m，孔底温度为69.25℃，另一个钻孔深为2221 m孔底温度为83.4℃，两个钻孔每百米的地温梯度都是3.12℃。
　　我国在20世纪50年代初，煤炭科学研究总院抚顺分院开始在抚顺等矿区开展了地温观测研究工作。70年代初，开滦矿区为了评价盆地深部煤炭资源的开发前景，曾进行了地温观测，以了解地温对深部资源开发的影响。1974年，中国科学院地质研究所，煤炭科学研究总院抚顺分院和平顶山矿务局合作，对平顶山矿区的地热问题进行了为期4年的研究工作，1978年提出了研究报告。同年5月，煤炭工业部在平顶山召开了由煤田地质勘探、矿山地热及矿井降温科技人员参加的矿山地温工作会议。

　　杨德源  男，研究员。1938年生于辽宁大连，1964年毕业于北京矿业学院。曾任煤炭科学研究总院抚顺分院通风研究所通风研究室主任、中国煤炭工业劳动保护科学技术学会理事、矿井降温专业委员会副主任兼秘书长。 
    长期从事矿井降温科研工作。1965年参加我国首个井下局部制冷降温系统的设计、研究工作；1976年提出了矿井热力计算的基本理论和方法；1982年和1991年先后主持设计研究和实施了我国第一个井下集中和地面集中制冷降温系统；主持研制了矿用冷风机、矿用冷水机组及矿用水冷表面式空冷器和喷淋式空冷器等我国第一批矿用制冷空调设备。获国家科技进步三等奖1项，部级科技进步二等奖3项，1992年获国务院政府特殊津贴。合著了《矿山地热与热害治理》、《矿井空调技术》等著作，参与了《中国能源百科全书》和《中国煤炭工业百科全书》的编写，发表了《矿内风流热交换》等论文40余篇。

　　《矿井热环境及其控制》系统地分析了国内外五十多年来，在矿井热环境及其控制方面的科研成果与实践经验，结合我国采矿工业的现状和发展趋势，深入浅出地论述了矿井热环境的基本特征，矿井热力计算方法，以及矿井热环境控制的基本概念、基本方法、技术及装备。《矿井热环境及其控制》既可作为高等院校相关专业师生的重要参考书，也可供科研、设计人员以及从事矿井热环境评价与控制的工程技术人员参考。

1 矿山大气环境
1.1 地面空气的组成及其参数变化特征
1.1.1 地面空气的组成
1.1.2 地面大气参数的变化特征
1.2 矿内空气的主要成分及基本特征
1.2.1 矿内空气的主要成分及有毒有害气体
1.2.2 矿内微气候的基本特征
1.3 矿内微气候的卫生标准
1.3.1 制定矿内微气候卫生标准的依据
1.3.2 国内外矿内微气候卫生标准的现状
1.3.3 对矿内微气候卫生标准的建议
1.4 矿内微气候的基本参数
1.4.1 矿内空气温度
1.4.2 空气压力
1.4.3 空气的密度与比体积
1.4.4 空气的湿度
1.4.5 空气的焓(f)
1.4.6 热量(Q)
1.5 矿用温湿图及其应用
1.5.1 绘图步骤
1.5.2 气压校正及查图方法

2 矿山地热环境
2.1 地热成因
2.1.1 地球的结构
2.1.2 地热的来源
2.2 地壳的热状况
2.2.1 地壳的热性质
2.2.2 地壳最上层的温度场
2.2.3 影响区域地温场的主要因素
2.3 矿区地温类型和热害等级
2.3.1 矿区地温类型
2.3.2 矿区热害等级
2.4 矿区深部的地温预测
2.4.1 传导型温度场
2.4.2 传导-对流型温度场
2.4.3 深部地温预测中的地形校正
2.5 矿山地热利用
2.5.1 预热进风井简
2.5.2 矿井热水的利用
2.5.3 低温地热能的提取和利用

3 矿井正常通风的热力学原理及应用
3.1 井巷热交换对风流参数的影响
3.2 干空气的热力学分析
3.2.1 风流流经水平巷道
3.2.2 风流流经垂直巷道
3.2.3 压缩流的重力分析
3.3 湿空气的热力学分析
3.3.1 有蒸发的风流
3.3.2 无蒸发气流
3.4 井巷热交换对通风压力的影响
3.4.1 在巷道正常通风条件下终端空气压力
3.4.2 自然风压
3.5 以热力学为基础的通风网路解算
3.5.1 串联
3.5.2 并联
3.5.3 复杂连接
3.5.4 巷道的局部通风阻力和巷道中装有通风机的连接
3.5.5 井巷热交换对风量分配的影响
3.5.6 考虑热交换影响时的通风网路解算

4 矿井灾变通风的热力学原理及应用
4.1 火灾气体沿巷道流动时的压力计算及网路解算
4.1.1 几项温度指标
4.1.2 火灾气体的压力
4.1.3 矿井在灾变状况下的通风网路解算
4.2 矿井火灾期的巷道热力计算
4.3 火灾气体温度的预测方法
4.4 火灾气体向巷道壁的放热系数
4.5 辐射换热系数
4.6 岩石热物理参数与温度关系
4.7 气体温度随时间的变化
4.8 沿风流流程处在火源外的巷道热力计算
4.9 矿井在火灾状况下热力状况和通风的某些问题
4.9.1 预防火灾气体向进风巷道渗透的方法
4.9.2 井下火灾引起的附加热负压

5 矿井热源
5.1 井巷围岩放热
5.1.1 井巷围岩的热传导
5.1.2 井巷围岩温度测试
5.1.3 井巷围岩放热（或吸热）量计算
5.1.4 巷道壁向风流的放热系数
5.2 矿区大气环境对矿内风流热力状态的影响
5.3 矿井生产环境与矿内热源计算
5.3.1 矿井运输放热
5.3.2 矿用机电设备运转中放热
5.3.3 氧化放热
5.3.4 矿井水放热
5.3.5 局部热源放热

6 矿井热交换原理
6.1 风流通过井巷热交换的基本规律
6.2 通风时间小于1年的巷道的热交换
6.2.1 初始微分方程
6.2.2 风流含湿量按一定规律变化时风流热力计算
6.3 通风时间大于1年的巷道的热交换
6.3.1 焓值分析
6.3.2 风流通过巷道的稳定流动过程分析（水平巷道无热水管道）
6.3.3 巷道终端风流温度计算
6.4 传导一对流型矿井的热交换
6.5 风流通过风筒及掘进工作面的热交换
6.5.1 风流通过局部通风机
6.5.2 风流从风机出口到风筒出口的热力过程（2-3）
6.5.3 风流从风筒出口到迎头的热力过程（3-4）
6.5.4 风流在回风巷道中的热力过程（4-5）
6.5.5 求算风筒出口风流温度
6.6 巷道模拟原理与应用
6.6.1 巷道模拟原理
6.6.2 风量与采深的热力学关系
6.7 风流通过井筒的热交换
6.7.1 风流通过井筒的热力过程
6.7.2 井筒中热源分析
6.7.3 风流通过井筒的加湿压缩过程
6.8 风流通过回采工作面的热交换
6.8.1 相对湿度按一定规律变化
6.8.2 含湿量按一定规律变化
6.9 风流通过机电硐室的热交换
6.10 矿井需冷量计算原理
6.10.1 矿井需冷量与开采深度的关系
6.10.2 回采工作面需冷量计算
6.10.3 掘进工作面需冷量计算
6.10.4.机电硐室需冷量计算（空气冷却器设在硐室进口处）
6.10.5 矿井降温系统冷量损失计算
6.10.6 矿井有效冷量、矿井需冷量和制冷设备配冷量

7 矿井热计算实例
7.1 概述
7.1.1 矿井热计算的任务
7.1.2 矿井热计算的程序
7.1.3 空冷设备的热计算
7.2 基本关系式
7.2.1 井筒热计算
7.2.2 水平与倾斜巷道热计算
7.2.3 回采工作面热计算
7.3 矿井改扩建热计算与空调设备计算
7.3.1 矿内不同特征点的热计算
7.3.2 空冷设备的布置和计算
7.3.3 空冷设备需冷量计算
7.3.4 制冷设备与水冷却器计算
7.4 650m深缓倾斜煤层热计算
7.4.1 侧翼式通风系统
7.4.2 中央式通风系统
7.5 750m深急倾斜煤层热计算
7.5.1 侧翼式通风系统
7.5.2 中央式通风系统
7.6 1000m深急倾斜煤层新矿井热力计算与设备需冷量的确定
7.6.1 不同特征点风流热力计算
……

8 矿井热环境控制系统
9 矿井空调系统各组成部分的技术特征及其工况
10 固定制冷站的空调系统设计
11 矿井空调系统的运行
12 制冷设备的常见故障与维护
13 矿井空调系统的测试
附录
参考文献