[发明专利]一种高温矿井运煤巷风流与煤流传热耦合计算方法

说明书

本发明公布了一种高温矿井运煤巷风流与煤流传热耦合计算方法，该计算方法以运煤巷煤流出口断面至工作面风流入口断面为热力系统，简化煤流堆积断面形状为口形或扇形，并采用集总参数法忽略煤流内部导热热阻，依据能量守恒定律分析进风风流、巷道围岩以及煤流三者之间的耦合热湿交换关系，分别建立进风风流和煤流的热平衡方程，采用有限差分法分别对进风风流和煤流热平衡方程进行数值离散求解，最终获得运煤巷内沿程不同位置处风流和煤流的温度。该耦合计算方法可实现对高温矿井运煤巷风流与煤流温度的计算预测，为运煤巷内科学合理的布置空冷设施提供理论支持。

技术领域

本发明涉及一种应用于矿井热害治理领域的技术方法，尤其涉及一种高温矿井运煤巷风流与煤流传热耦合计算方法。

背景技术

煤矿开采深度的增加势必伴随着矿井热害问题的产生，井下采煤工作面是矿井热害问题最严重的场所之一。采煤工作面热害治理主要在于科学的预测工作面风温和制订合理的降温技术措施，其中风温预测是工作面热害治理的基础，是制订合理降温技术措施的重要支撑。采煤工作面落煤通常沿进风风流逆方向经运煤巷由传送带输送至地面，这种通风方式称为逆向通风，它是煤矿开采过程中最常见的通风方式之一，科学的对逆向通风条件下采煤工作面运煤巷的风温进行预测具有非常重要的意义。然而，大部分矿井缺乏对其有效的计算方法，尤其是对于传送带上不断运动煤流散热量的计算仍然没有科学有效的处理方式，这就造成了在实施矿井制冷降温措施的过程中缺乏有效的科学依据。为更加科学的对高温矿井采煤工作面运煤巷内风流温度进行预测，本发明对传送带上煤流堆积断面形状进行合理的简化，并采用集总参数法忽略了煤流内部导热热阻，以能量守恒定律为理论基础对进风风流、巷道围岩以及煤流三者之间的耦合热交换关系进行分析，提出了一种高温矿井运煤巷风流与煤流传热耦合计算方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种高温矿井运煤巷风流与煤流传热耦合计算方法，通过该计算方法可实现对逆向通风条件下采煤工作面运煤巷内的风流温度和煤流温度进行预测，从而为后续运煤巷内科学合理的布置空冷设施提供理论支持。

本发明解决上述问题是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种高温矿井运煤巷风流与煤流传热耦合计算方法，其所述耦合计算方法是以运煤巷煤流出口断面至工作面风流入口断面之间的热力系统为研究对象，通过现场调研分别获取该热力系统内进风风流、巷道围岩以及煤流的热力学基本参数，分析简化了传送带上煤流堆积断面形状，并采用集总参数法忽略了煤流内部导热热阻，依据能量守恒定律对进风风流、巷道围岩以及煤流三者之间的耦合热交换关系进行分析，分别建立进风风流和煤流的热平衡方程，采用有限差分法分别对进风风流和煤流的热平衡方程进行数值离散求解，最终得到运煤巷内沿程不同位置处风流和煤流的温度。

所述逆向通风是指采煤工作面落煤沿进风风流逆方向经运煤巷由传送带输送至地面。

所述传送带假定其底部具有较大热阻，近似绝热，仅考虑进风风流与传送带上部煤流之间相接触的热交换面，而不考虑进风风流与传送带底部之间接触的热交换面。

所述的煤流堆积断面形状，依据输送煤流量的不同可将其简化为口形或扇形进行计算分析。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种高温矿井运煤巷风流与煤流布置示意图。

图2 为本发明实施例提供的传送带上煤流堆积断面形状简化示意图。

图3 为本发明实施例提供的该计算方法中有限差分法节点离散方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。