[发明专利]一种金属矿山深部开采掘进巷道热湿交换的模拟测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿山深部开采热、湿交换模拟测试方法，特别适用于金属矿山深部开采所面临的热害治理技术研究，为研究独头巷道内空气的热-湿交换提供现场环境模拟，同时可对理论计算值进行实验室模拟验证。

背景技术

随着浅部资源的减少，开采能力不断提高,开采深度也不断增加,开采深部资源成为采矿的主要方式，而深部开采必然要面临深井高温热害的问题,地热增加,热害问题已经成为制约矿山安全生产、高产高效、和谐发展的瓶颈之一。高温高湿等热害问题越来越突出, 在深部开采的条件下, 随着开采深度的增加,地温的升高是工作条件恶化的重要原因, 持续的高温将对人体的健康和工作能力造成极大的伤害, 使劳动生产率大大下降,必须采取相应措施进行。

研究表明，独头巷道掘进由于其特殊的作业环境，无法在工作面形成贯穿风流，高温问题最为突出。因此，分析研究独头掘进巷道热害成因、建立深井热害预测方法，研究深部开采降温技术与装备，以便采取有效的降温措施，从而缓解井下高温热害状况，改善工人作业环境就显得极为重要，对金属矿山的安全生产和可持续发展具有及其重要的意义。

之前许多专家学者的研究大都停留在理论研究的层面，主要包括以下两个方向：① 关于井巷围岩与风流间的不稳定传热传质研究，具体体现在对井巷围岩与风流间不稳定换热系数、对流传热及传质系数方面的研究；② 关于矿井空气热力状态参数的预测研究，主要是对井下风流温湿度参数的预测研究。

而随着经济建设的不断推进，原料需求持续旺盛，我国采矿深度快速增长，目前许多矿山已经面临热害影响生产的问题，因此深井热害问题研究已经开始从理论研究转变到现场应用研究，深部开采降温技术与装备研究迫在眉睫。

由于矿井采掘工作面通风的特殊性，工作面降温主要采用送入冷风的方法实现，冷风参数直接关系到工作面降温效果。但目前没有针对工作面热负荷大小确定所需送风参数和空冷器出风参数的方法，而是完全取决于所安装空冷器的处理能力。因此，有必要研究采掘工作面风流参数及空冷器出风参数的一种金属矿山深部开采掘进巷道热湿交换模拟测试方法，对理论推导的结果在应用于现场之前进行模拟验证，通过实验室研究，保证工作面降温效果、实现设计要求的温湿度参数。

而要实施以上的研究工作，之前的单纯依靠理论计算所确定的参数很难满足现场的实际应用。仅以高温矿井空调冷负荷计算为例，《工业安全与防尘》2001 年第27 卷第3 期披露了“高温矿井空调冷负荷计算”，并给出了几种计算公式，但正如该文指出：由于影响因素十分复杂, 主要有矿物性质、地质条件、矿内气流组织形式、矿井岩表面温度及矿井深度等因素, 因此需对现场进行大量调查、测试, 以便取得必要的原始资料, 才能比较准确计算出空调冷负荷。因此，关于矿山深部开采热、湿交换的实际情况，理论推导的结论可能在现场应用中存在较大差异，因此必须对理论推导的结果在应用于现场之前进行模拟验证。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述问题而提供一种金属矿山深部开采掘进巷道热湿交换模拟测试方法，该系统可以针对理论计算的结果实现实验室的现场模拟验证，在实验室提供一个矿山现场的独头掘进巷道的真实热湿交换环境。

为实现本发明的上述目的，本发明一种金属矿山深部开采掘进巷道热湿交换模拟测试方法通过以下技术方案来实现：

本发明一种金属矿山深部开采掘进巷道热湿交换模拟测试方法，它包括专用的模拟测试平台、操作实施步骤。所述的模拟测试平台是由模拟巷道、巷道热源模拟装置、巷道内湿度环境模拟装置、巷道内新风风质模拟装置、巷道降温制冷模拟装置及风流参数测控元器件组合构成：

所述的模拟巷道为现场实际独头掘进巷道进行等比例缩小的上、下、左、右和一端封闭的长方体洞室，自外向内分别为保温层、加热层、岩石层。

所述的巷道热源模拟装置由设置在加热层上的电加热膜、与电加热膜相连的加热控制装置构成，设计巷道热源模拟装置是为了模拟井下实际热源。

所述的巷道内湿度环境模拟装置由安装在模拟巷道内的加湿器管、与加湿器管相连接的加湿器共同构成，加湿器管上设有多个喷头。湿空气从加湿器管上的喷头中喷向模拟巷道内，对模拟巷道内空气进行湿度调节和控制。

考虑到井下送入掘进巷道内的新鲜风流的风质与实验室内空气的风质存在较大差异，设计了巷道内新风风质模拟装置，所述的巷道内新风风质模拟装置由送风风机、加湿器、电加热器、新风风管顺序连接构成，新风风管的出气端插入到模拟巷道内。