深井铜矿山热环境分析与降温方法研究
发布时间：2017-09-05 19:42
本文关键词：深井铜矿山热环境分析与降温方法研究
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【摘要】：我国部分金属矿山开始步入深井开采,其“三高”现象逐步显现,其中深井矿山的高温环境对生产的影响越来越受到重视和关注。论文以国内某大型铜矿山为研究对象,围绕金属矿山热环境治理的整套流程来展开,针对井下存在井巷围岩温度高,风流经过巷道时被加热的时间长,加热强度大,局部作业点热害严重等问题,采用现场测试,理论分析与3DVS、Fluent软件数值模拟相结合的方法,开展了系列研究。论文的主要研究内容如下:(1)以某铜矿山的热害治理工程实践为依托,制定深井高温金属矿山热环境的调研方法,开展现场热环境测试工作,获取井下热环境参数。定性分析井下热环境在纵、横向空间上的变化规律,并对主要热环境参数的相关性进行定量分析,建立基于热环境参数的风温预测模型;(2)通过现场测试的统计数据,对井下热环境进行科学的评价,确定井下热源的主次关系及井下热害最严重的地点,并应用Dimine软件构建其可视化模型;(3)针对井下热害严重的地点,提出具体的降温方案,进一步用Fluent数值模拟软件模拟其降温效果,确定最佳的降温风速与风温;(4)针对井下不同时期所遇到的不同程度的热害问题研究具体的降温方法。从理论上充分论证通风降温是否失效及局部制冷降温的必要性。综合多年的通风与降温实践,分析井下逐步形成多种降温方法综合应用的热环境治理体系的全过程。研究结果表明,矿石及围岩散热与机械设备产热共占井下总散热量的71.62%,是造成井下高温热环境的主要原因,井下热害最严重的地点为采场与掘进面。井下热环境在空间上呈现一定的变化规律,但受生产作业等因素的影响,局部存在较大的波动;各热环境参数间有着不同程度的相关性,由井下实测统计数据,可以应用Matlab软件构建井下风温预测的模型。采、掘进作业面通风降温的临界风速与最佳风温分别为0.75m/s和0.3m/s,22℃和23℃。在充分论证通风降温不能从根本上解决井下热害问题的基础上,应研究局部或整体的人工制冷降温技术并逐步形成以人工制冷为辅的多种降温技术综合应用的热环境治理体系。
【关键词】：深井 金属矿山 热环境 降温方法 采掘面 数值模拟
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD727.2
【目录】：
- 摘要4-5
- Abstract5-10
- 第一章 绪论10-17
- 1.1 论文研究背景及意义10-12
- 1.1.1 研究背景10-11
- 1.1.2 课题的提出11
- 1.1.3 研究意义11-12
- 1.2 国内外井下热害及降温技术研究综述12-15
- 1.2.1 国内研究进展12-14
- 1.2.2 国外研究进展14-15
- 1.3 主要研究内容与方法15-17
- 1.3.1 主要研究内容15
- 1.3.2 技术路线15-16
- 1.3.3 创新点16-17
- 第二章 井下热源测试与热环境变化规律分析17-31
- 2.1 矿井通风与热害的关系17
- 2.2 井下热源及其计算方法17-19
- 2.2.1 高温矿井井下热源17-18
- 2.2.2 高温矿井热源计算方法18-19
- 2.3 井下热源测试19-21
- 2.3.1 热源测试内容19-20
- 2.3.2 测试方法与仪器20
- 2.3.3 测试结果20-21
- 2.4 井下热环境预测21-23
- 2.4.1 井筒内风流温度的热平衡21-22
- 2.4.2 巷道风流温度的热平衡22
- 2.4.3 采掘面风流温度的热平衡22
- 2.4.4 预测结果22-23
- 2.5 井下热源主次关系分析23-25
- 2.6 井下热环境的变化与规律25-30
- 2.6.1 Origin软件二维图分析25-28
- 2.6.2 Origin软件三维图分析28-30
- 2.7 本章小结30-31
- 第三章 井下热环境参数相关性的数值分析31-44
- 3.1 热环境各参数相关性31-33
- 3.2 热环境参数关系的线性回归分析33-39
- 3.3 热环境参数的多元二项式回归分析39-41
- 3.4 风温与岩温关系的数值模拟41-42
- 3.5 风温预测模型的验证42-43
- 3.6 本章小结43-44
- 第四章 采掘面降温数值模拟研究44-65
- 4.1 Fluent数值模拟方法44-48
- 4.1.1 Fluent软件44-45
- 4.1.2 Gambit建模45
- 4.1.3 控制方程45-46
- 4.1.4 数值模拟参数及边界条件的设定46-48
- 4.2 采场降温方法的研究48-52
- 4.2.1 采场结构48-49
- 4.2.2 采场通风降温方案49-52
- 4.3 采场通风降温的数值模拟研究52-56
- 4.3.1 方案优选52-54
- 4.3.2 最佳降温风速与风温54-56
- 4.4 掘进作业面降温方法术研究56-60
- 4.4.1 掘进面概况56-57
- 4.4.2 掘进面通风降温数值模拟57-58
- 4.4.3 掘进面最佳降温风速与风温58-60
- 4.5 不同宽高比下掘进面的降温数值模拟60-64
- 4.5.1 不同宽高比模型的构建60
- 4.5.2 迭代计算60-61
- 4.5.3 数值模拟结果与分析61-64
- 4.6 本章小结64-65
- 第五章 深井铜矿山降温方法研究65-81
- 5.1 基本条件65-67
- 5.1.1 通风系统65-66
- 5.1.2 井下热环境条件66-67
- 5.1.3 续建工程67
- 5.2 通风降温方法研究67-70
- 5.2.1 大型机械化盘区通风技术研究67-68
- 5.2.2 不同生产时期通风技术研究68-70
- 5.3 进风源预冷降温方法研究70-75
- 5.3.1 热空气进入井下巷道后的热交换过程70-72
- 5.3.2 预冷工程及其效果验证72-75
- 5.4 通风降温失效与局部制冷降温的必要性分析75-76
- 5.4.1 通风降温失效的临界情况分析75
- 5.4.2 局部制冷降温的必要性75-76
- 5.5 人工制冷降温研究76-80
- 5.5.1 基本条件76-77
- 5.5.2 方案的提出77-79
- 5.5.3 技术经济比较79-80
- 5.6 本章小结80-81
- 第六章 结论与展望81-83
- 6.1 结论81-82
- 6.2 展望82-83
- 参考文献83-86
- 附录86-97
- 附录A 2014 年井下热环境实测数据86-91
- 附录B 2013 年井下热环境及通风系统实测数据91-93
- 附录C 2012 年井下热环境及通风系统实测数据93-95
- 附录D 技术方案网络结算结果95-96
- 附录E 通风网络单线立体图96-97
- 致谢97-98
- 攻读硕士学位期间的研究成果98-99
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