深井降温冷负荷反分析计算方法
一种矿井冷负荷的计算模式
一种矿井冷负荷的计算模式2011年第5期参战晨斜技165一种矿井冷负荷的计算模式万善学,于峰,陈松(山东省郓城煤矿,山东郓城274718)摘要该文详细介绍了一种煤矿深井冷负荷的计算模式;对矿井降温技术,工艺的选择及降温产品的选型具有很好的现实借鉴意义.关键词矿井冷负荷计算模式放热量中图分类号TD727.2文献标识码A AbstractThatpaperdetailedlyintroducesthecalculationmodelofcoolingloadforcoalmineu se,itwillbeagoodexmpletotheminetemperaturedroptechnology,thechoiceofprocess,andthechoiceofcoolingproducts.Keywordsco~lingloadforcoalmineusecalculationmodel煤矿采掘工作面等的冷负荷计算模式是确定整个矿井降温系统的基础,只有确定了矿井总的冷负荷,才能科学合理的确定整个矿井降温系统的制冷量,进而确定矿井降温技术,工艺及产品.1冷负荷计算模式1.1空气自压缩后温升产生的热量当空气沿着井筒及巷道运行时,在地球重力场作用下,其势能转换为焓,其压力与温度都会相应上升,这样的过程称为空气自压缩.根据能量守恒定律,风流在纯自压缩过程中的焓增与风流前后状态的高差成正比,即:Ql=mg(Hl—日2)/1000式中:Q一空气自压缩产生的热量,kW;m一通过井筒的风量,kg/s;与一风流在始点与终点状态下的标高,m;g一重力加速度,取9.81m/s.对于理想气体:di=cpdt,即i2一il=cp(t2一t.)式中:一空气的定压比热容,1005J/(kg?K);.与t:一风流在始点与及终点时的干球湿度,℃;故t一f.=0.00976(日.一)(K)因此,自压缩所引起的焓增加同风量无关,只同两个标高有关,自压缩这个热源是无法消除的,且随着采掘深度的增加而相应增大.1.2矿井巷道围岩的传热量1.2.1围岩原始温度的计算围岩原始温度是指矿井巷道周围没有被通风冷却的原始岩层温度;在许多深井中,围岩原始温度往往很高,这也是造成矿井高温的主要原因.在地表大气和大地热流场的共同作用下,岩层原始温度沿垂直方向上大致可划分为三个层带:在地表浅部,由于受地表大气的影响,岩层原始温度随地表大收稿日期:2011—02—10作者简介:万善学(1979一),男,2004年毕业于山东大学热能与动力工程专业,现任职于山东省郓城煤矿,助理工程师.气温度的变化而呈周期性的变化,这一层带称为变温带;随着深度的增加,岩层原始温度受到地表大气的影响逐渐减弱,受大地热流场的影响逐渐增强,当到达某一深度时,二者趋于平衡,岩温常年基本保持不变,这一层带成为恒温带,恒温带的温度约比当地年平均气温高1～2℃;在恒温带以下,由于受大地热流场的影响,在一定的区域范围内,岩层原始温度随深度的增加而增加,大致呈线性的变化规律,这一层带称为增温带.在增温带内,岩层原始温度随深度的变化规律可用地温率或地温梯度来表示.地温率是指恒温带以下岩层温度每增加1℃,所增加的垂直深度,即:gr=(Z一)/(t一f)?地温梯度是指恒温带以下,垂直深度每增加lOOm,原始岩温的升高值,它与地温率之间的关系为: G,=lO0/g,式中:毋一地温率,单位为m/~C;G,一地温梯度,单位为~C/100m;zn,z一恒温带深度和岩层深度温度测算处的深度,m;与t,一恒温带温度和岩层原始温度,℃.1.2.2围岩与风流间的传热量矿井巷道围岩与风流间的传热是一个复杂的不稳定的传热过程,巷道开掘后,随着时间的推移,围岩被冷却的范围逐渐扩大,其向风流传递的热量逐渐减少. 矿井巷道围岩与风流间的传热量按下式计算:Q2=Kr观(一t)式中:Q:一矿井巷道围岩传热量,kW;一围岩与风流间的不稳定换热系数,kW/(m.c【二);U一巷道周长,m;己一巷道长度,m;t一平均原始岩温,oC;.t一巷道中平均风温,c【=.围岩与风流问的不稳定传热系数K,是指巷道围岩深部未被冷却的岩体与空气间温差为1oC时,单位时间内从每巷道壁面上向空气放出的热量或吸收166东媳晨斜技2011年第5期的热量.1.3井下正常生产涌出热水的放热量井下采掘过程中涌出的热水,放热量主要取决于水温,水量和排水方式;当采用有盖水沟或管道排水时,传热量一般按下式计算:q3=kwS(tw—t)式中:Q,一热水传热量,kw;k一水沟盖板或管道的传热系数,kW/(m?℃);5一水与空气间的传热面积,m;水沟排水时:S=BL;管道排水时:.s=3.14DLB一水沟宽度,m;D一管道外径,m;￡一水沟长度,m;tw一水沟或管道中水的平均温度,oC;t一巷道中风流的平均温度,cI=.1.4井下正常生产运输中煤与矸石的放热量在以运输机巷作为进风巷道的采区通风系统中,运输中煤及矸石的放热是一种比较重要的热源:q4=mCt式中:Q一运输中煤或矸石的放热量,kW;m一煤或矸石的运输量,kg/s;C一煤或矸石的比热,kJ/(kg?℃);t一煤或矸石与空气的温差,单位为qC,具体数值以实测为准.1.5井下机电设备的散热量电动机在带动设备运行中向空气散发的热量主要有两部分,一部分是由电动机本体温度升高散发的热量,另一部分是电动机所带设备在运行中摩擦等散发的热量:q5=0.211XNz+0.286×No+0.05Ⅳ式中:q一井下机电设备的散热量,kW;一运输设备电机功率之和,kW;一采掘设备电机功率之和,kW;Ⅳ^一井下变压器容量之和,kW".1.6井下作业人员的放热量在作业人员比较集中的采掘工作面,人员自身放热对工作面的环境有一定的影响;人身放热与劳动强度及个人体质有关,具体放热量按下式计算:q6=nq式中:q一作业人员放热量,kW;/7,一工作面作业总人数;q一每人发热量,单位为kW.1.7矿物及其他有机物的氧化放热量井下矿物及其它有机物的氧化放热是一个十分复杂的过程,很难将它与其他热源分离出来单独计算,一(上接第164页)程启停设备并监视设备的运行状态及各个运行参数变化趋势.在远程启停某台设备时,其操作步骤和集控手动类似,操作人员只需按下监控软件上的开启(关闭)按钮即可.(4)自动方式:即根据液位高低,上水与否和峰谷电价时段等因素自动启停水泵,阀门与水泵之间联锁起停,并实时检测各个设备的状态,发生故障自动停机并报警.此方式下可实现无人值守.2.3液位控制及避峰填谷系统可以根据电网负荷和供电部门所规定的平段,谷段,峰段供电电价时间段,在水位不高的情况下, 以"避峰,填谷"的原则确定开,停水泵时间,从而合理的利用电网信息,提高矿井电网的运行质量.液位控制和峰谷电价时段控制的综合控制原理简述(图3):水仓位4(高水位)位3位2位1(低水位)图3水位控制示意图当水位达到水位2时,若处于低计费时段,可以立即起动,若处于高计费时段,则暂缓起动;当水位继续上升至水位3时,则不论电网如何,必须起动水泵.若水位继续上升至水位4时,则表明一台水泵的排水量已不足于排除矿井涌水,必须起动第二台水泵,两台水泵一齐排水,以矿井的最大排水能力来排除矿井出水. 不论投入几台泵,水位必须下降到水位1方可停泵.同时,控制系统配有以太网模块,控制分站配置标准的RJ一45网络接口,或RS485接口,OPC协议,分站接人中央变电所环网交换机,控制分站的水泵监控数据,以OPC方式传输到工业以太环网及矿井综合自动化平台.可以通过矿综合信息网将中央泵房水泵的运行状态和参数等信息上传到地面控制室,地面控制室通过局域网再将这些信息传至有关部门,管理人员在地面即可掌握井下排水系统设备的所有检测数据及工作状态,获取相应的权限后,还可以远程起停设备.系统具有网络同行功能,具有统一校时功能,便于矿领导及上级主管部门对监控信息的利用.3结论梁家煤矿主排水系统远程监控系统投入运行后一年多,系统运行稳定,可靠.但仍存在一部分问题,如电动闸阀到位后,阀门关闭不严,水泵启动时,负压值不稳定,影响了水泵的启动.但此类问题经过现场的多次探索,已经一一解决.2011年第5期.象撼晨科技167煤矿井下变压器保护装置初探刘海俊(阳泉市上社煤炭有限责任公司,山西阳泉045000)摘要为了保证变压器的安全可靠运行,必须针对变压器存在的故障类型,采取不同的技术保护措施,除此之外,还要注意变压器的日常管理维护,达到为煤矿生产提供可靠供电保障的目的.关键词变压器保护装置中图分类号TD608文献标识码C变压器是煤矿井下供电系统中的重要设备,其工作状态对供电系统的可靠性和安全性起着举足轻重的作用.变压器的保护技术措施要根据其容量和重要程度配置,设置专门的继电保护装置,确保变压器的良好运行,为煤矿安全高效生产提供稳定的电力保障.1变压器故障分类煤矿井下变压器的故障大致分为两类,内部故障和外部故障.内部故障主体表现在绕组的相问短路故障,匝间短路故障,单相接地短路故障.变压器的不正常运行状态主要表现在系统短路引起的过电流,过负荷及油箱的油面降低和油温过高等.针对变压器的故障类型和不稳定工作状态,应采取以下针对性的安全技术保护装置.2保护装置2.1瓦斯保护油浸式变压器利用油作为变压器的绝缘和冷却.当变压器内部发生短路时,由于电弧和高温的作用使油分解出大量气体,气体膨胀上升,从油箱流向油枕的上部.当故障严重时,产生大量的气体,气体夹杂着油流冲向油枕的上部,使继电器的接点动作,接通指定的十收稿日期:2011—03—31作者简介:刘海俊(1963一),男,山西盂县人,毕业于山西矿业学院煤矿机电专业,现在阳泉市上社煤炭有限责任公司从事煤矿机电技术管理工作.控制回路,并及时发出信号或自动切除变压器,此保护装置称为瓦斯保护.瓦斯继电器是构成瓦斯保护的主要元件,它安装在油箱本体与油枕之间的连接管道上,为了增加瓦斯保护的灵敏系数与可靠性,必须使变压器内故障所产生的气体全部顺利地通过瓦斯继电器,因此在安装变压器时应使油箱体向油枕方向倾斜1～1.5%,油管应向油枕方向倾斜2.一4%,如图1所示.继电器在正常运行时,其内部充满变压器油,当变压器内部轻微故障时,变压器由于分解产生的少量气体上升并聚集在瓦斯继电器上部的气室内,迫使油面亦随之卞降,致使上磁钢接近于一对干簧接点,动作后发出轻瓦斯故障信号.如果是严重故障,产生大量气体,同时油温升高,热油膨胀,箱体内压力剧增,形成油气流迅速冲动继电器下部挡板,致使下磁钢接近于另一对干簧接点,作用于跳闸.1Ir—图1瓦斯继电器的安装位置2.2电流速断保护在变压器电源侧绕组,绝缘套管及引出线发生故障时,可利用装设在电源侧的电流速断保护做为主保般估算如下;Q7=0.7q0vo.UL式中:Q,一矿物及其他有机物的氧化放热量,kW;一巷道中的平均风速,m/s;q.为V=1.0m/s时单位面积氧化放热量,kW/m2.综上所述,考虑损失系数,取K=1.1,Q总为各种放热量之和,煤矿深井总的冷负荷:Q冷=总,即Q冷=1.1×(Ql+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7)2结论矿井采掘工作面等的冷负荷计算模式确定后,再通过科学,合理,详尽的计算,就能确定矿井实际的冷负荷需要量,从而确定整个矿井降温系统的制冷量;熟悉矿井冷负荷的计算模式,对矿井降温技术,工艺的选择及降温产品的选型具有很好的现实借鉴意义,对矿井建设的顺利开展有较大的促进作用.。
冷负荷计算方法
冷负荷计算方法空调冷负荷计算说明书冷负荷计算说明一、本工程冷负荷计算方法采用目前应用较多、以传递函数法为基础、通过研究和实验而得到的冷负荷系数法。
其中内维护结构按稳态传热计算。
二、维护结构冷负荷维护结构冷负荷，可以分为外维护结构和内维护结构两部分（一）、外维护结构冷负荷1、外窗冷负荷外窗冷负荷由两部分构成，即太阳辐射得热引起的冷负荷和温差传热引起的冷负荷。
（1）、太阳辐射得热通过玻璃引起的逐时冷负荷按下式计算：CL=Ca ?Cs ?Cn ?Fc ?Djmax ?Ccl （W ）（1）式中Ca——窗有效面积系数；Cs——窗玻璃遮挡系数；Cn——窗内遮阳系数；Fc——外窗面积（m2）；Djmax——最大太阳辐射得热因素（W）；Ccl——外窗冷负荷系数。
（2）、温差传热通过玻璃窗引起的逐时冷负荷按下式计算：CL=kc?KC ?Fc ?(t1+td–tns) （W ）（2）式中kc——外窗传热系数修正值；KC——外窗夏季传热系数[W/(m2?℃)]；Fc——外窗面积（m2）；t1——外窗冷负荷计算温度（℃）；td——外窗冷负荷计算温度地点修正值（℃）；tns——夏季室内设计温度（℃）；2、外墙及屋面冷负荷温差传热通过外墙或屋面引起的逐时冷负荷按下式计算CL=Kq ?Fq ?(t2+td–tns) （W ）（3）式中Kq——外墙或屋面夏季传热系数[W/(m2?℃)]；Fq——外墙或屋面面积（m2）；t1——外墙或屋面冷负荷计算温度（℃）；td——外墙或屋面冷负荷计算温度地点修正值（℃）。
（二）、内维护结构冷负荷内维护结构是指内隔墙及内楼板，它们的冷负荷是通过温差传热而产生的，可视作稳态传热，计算式为：CL=Kn ?Fn ?(twp+△tf–tns) （W ）（4）式中Kn——内墙或内楼板传热系数[W/(m2?℃)]；Fq——内墙或内楼板面积（m2）；twp——夏季空调室外计算日平均温度（℃）；△tf——附加温升，取邻室平均温度与室外温度的差值（℃）。
某金属矿山深部开采人工制冷降温技术方案分析
某金属矿山深部开采人工制冷降温技术方案分析石乃敏;潘爱民;沈雁醒【摘要】According to the actual survey ,the temperature of -200m mining level in a metal mine whose mining depth is about thousand meter has reached 33 .95℃ ,heat disaster in deep wells mining has become the main constraint on safe and effective mining and comprehensive exploitation on deep resources . Because of the ventilation measure taken by the mine at present ,its cooling effect is limited .Artificial refrigeration temperature drop measure must be adopted to improve the underground working condition .This paper analyzes the heat resources and theirdangers ,designs the artificial water cooling and ice‐making system on the ground station by theoretically calculating the heat dissipating capacity of the underground heat re sources and applying the air‐conditioning technology in the mine .The cooling system of cold water and ice solution were designed respectively . an economical and technical analysis of the cooling system with the above two cooling sources are also finished . Using ice as a cold source in the deep mine cooling system has already shown its economical and technological advantages .And it is also a development direction of deep mine cooling .%据实测，某金属矿井开采深度千米以下的－200m中段的气温高达33．950 C ，深井高温热害已严重制约了该矿的安全高效开采和深部资源开发。
高温矿井热源分析与制冷降温技术应用
高温矿井热源分析与制冷降温技术应用随着矿井作业的深入，矿井的温度越来越高，以至于无法正常工作，影响矿井作业的安全和产量。
因此，必须对高温矿井的温度进行冷却降温，以实现矿井作业的安全和高产量。
本文介绍了矿井热源分析和制冷降温技术应用的发展情况。
一、矿井热源分析1、矿井热源单位分析分析矿井热源，可以识别出热源分布、热量来源及其大小等信息，从而为矿井热源控制提供理论依据和科学技术指导。
根据矿井热源的性质，可以将矿井热源分为三类：煤矿、金属矿井和非金属矿井，每个矿井热源的单位分析结果都不同。
（1）煤矿热源单位分析煤矿热源主要来自煤层释放的热量和机械粉碎过程产生的热量，同时还有气体内热量的损失。
火山断层的热量也会影响煤矿的热源分析。
煤矿的热源分析可以采用数值模拟、热流计算等方法。
（2）金属矿井热源单位分析金属矿井的热源主要来自于矿山的热量释放，也可能有热量生成。
另外，采矿过程中产生的灰尘等污染物也会影响金属矿井的热源分析。
金属矿井热源分析可以采用流量计算、传热力学、模拟统计等方法。
（3）非金属矿井热源单位分析非金属矿井的热源主要来源于机械磨损等内部热量，也可能会有热量损失。
非金属矿井热源分析可以采用温度测量、温度场分析、模拟统计等方法。
2、矿井热源总量分析矿井热源总量分析是矿井降温的基础，考虑矿井热源的单位面积和总量，是可靠地控制矿井热源的重要方法。
矿井热源总量分析的方法有多种，比较常用的有热负荷计算、定常态热源模型和瞬态热源模型等。
二、制冷降温技术应用矿井降温技术主要有采取自然降温和制冷降温两种方式。
自然降温是在矿井安全生产的基础上，利用温度梯度、冷却空气进行降温。
制冷降温主要利用制冷设备的改造，使用制冷、新风、排风等技术，对矿井进行降温。
1、制冷系统应用制冷系统可以有效地降低矿井温度，提高矿井安全生产水平，降低耗电量。
制冷系统可以采用中央空调系统、联合抽湿系统和地暖系统等安装方式。
（1）中央空调系统中央空调系统采用蒸发式制冷，可以单独或整体安装，使矿井有均匀的温度分布。
焓值计算冷负荷计算公式
焓值计算冷负荷计算公式在建筑设计和空调系统设计中，冷负荷计算是一个非常重要的环节。
冷负荷是指在一定条件下，建筑内部对外界环境产生的热量的需求量。
冷负荷的准确计算对于空调系统的设计和运行都至关重要。
而以焓值计算冷负荷是一种常用的方法，它通过热力学的原理，利用空气的焓值来计算冷负荷，下面我们将介绍以焓值计算冷负荷的计算公式和方法。
首先，我们来看一下以焓值计算冷负荷的基本原理。
在建筑内部，外界环境的温度和湿度会对室内空气的温度和湿度产生影响，从而产生冷负荷。
以焓值计算冷负荷的方法是通过计算室内外空气的焓值差来确定冷负荷的大小。
焓值是热力学中的一个重要参数，它表示单位质量的空气在一定温度和湿度下的总能量。
因此，通过计算室内外空气的焓值差，可以确定建筑内部对外界环境产生的热量需求量，从而确定冷负荷的大小。
接下来，我们来看一下以焓值计算冷负荷的具体公式和方法。
以焓值计算冷负荷的公式如下：Q = m (h2 h1)。
其中，Q表示冷负荷的大小，单位为kJ/h；m表示空气的质量流量，单位为kg/h；h2表示室内空气的焓值，单位为kJ/kg；h1表示室外空气的焓值，单位为kJ/kg。
根据以上公式，我们可以通过以下步骤来计算冷负荷：1. 首先确定建筑的内部空气质量流量。
这一步需要考虑建筑的使用情况、人员数量、设备等因素，从而确定室内空气的质量流量。
2. 然后确定室内外空气的温度和湿度。
这一步需要通过实际测量或者气象数据来确定室内外空气的温度和湿度。
3. 根据室内外空气的温度和湿度，利用空气焓值表来确定室内外空气的焓值。
4. 最后，根据以上数据，利用以焓值计算冷负荷的公式来计算冷负荷的大小。
通过以上步骤，我们可以得到建筑内部对外界环境产生的热量需求量，从而确定冷负荷的大小。
这个计算结果对于空调系统的设计和运行都具有重要的指导意义。
除了以上介绍的以焓值计算冷负荷的方法，还有一些其他方法可以用来计算冷负荷，比如传热学方法、建筑能耗模拟方法等。
负荷计算依据
负荷计算依据负荷计算是建筑设计和能源管理中的重要环节，它是指为满足建筑内部的舒适需求，计算所需的冷却负荷和供暖负荷。
冷热负荷计算需要考虑建筑的传热、传质、热辐射和人体代谢等多个因素，准确的计算对于选择合适的制冷和供暖设备以及进行能耗分析非常重要。
下面将介绍一些常用的冷却负荷和供暖负荷计算公式，这些公式可以作为负荷计算的依据。
1.1载热表面之总传热负荷冷却负荷一般通过建筑表面的传热来达到。
载热表面的总传热负荷（QC_total）可以通过以下公式计算：QC_total = U × A × ΔT其中，U表示表面的传热系数（W/m2·K），A表示表面的面积（m2），ΔT表示室外与室内的温差（K）。
1.2透过负荷透过负荷是通过建筑外部的玻璃窗、墙壁等进行热传递的负荷。
透过负荷（QAT）的计算公式为：QAT=UAT×AT×ΔT其中，UAT表示透过传热系数（W/m2·K），AT表示透视面积（m2），ΔT表示室外与室内的温差（K）。
1.3设备负荷设备负荷是通过空调设备本身产生的热量引起的负荷。
设备负荷（QE）可以通过以下公式计算：QE=Σ(Qi×Fi)其中，Qi表示设备的功率（W），Fi表示设备的运行时间比例。
1.4人员负荷人员负荷是指由于人体自身代谢产生的热量引起的负荷。
人员负荷（Qp）可以通过以下公式计算：Qp = P × Cp × ΔTwe其中，P表示人员数量，Cp表示人体代谢系数（W/人）, ΔTwe表示人体代谢温差（K）。
1.5 内部负荷之 solar 值solar 值是指由于太阳辐射引起的室内负荷。
solar 值（Qs）可以通过以下公式计算：Qs=As×Ts×σ×A×g×τ其中，As表示窗户的面积（m2），Ts表示太阳辐射的总辐射热量（W/m2），σ表示斯特藩-玻尔兹曼常数（5.67×10^-8W/m2·K4），A表示太阳辐射的效果系数（取决于朝向和窗户的形状），g表示太阳高度角，τ表示窗户的透光率。
采煤工作面局部降温方式及计算方法研究
采煤工作面局部降温方式及计算方法研究王文林;廉王龙;陈烨【摘要】In this paper, combine with the example of the project of the underground mobile local temperature-reducing system. The produce factor of the source heat of the high-temperature mine and the temperature-reducing measures of the artesian well have been analysised. The temperature calculation model of the Shaft ,tunnel ,stopingface ,tunnelling working surface and the working face＇s need of chilling have been elaborated either. In addition, the arranging characteristics and the detailed design process of the temperature-reducing system have been introduced.%结合山西晋城无烟煤集团寺河煤矿的井下移动式局部降温系统设计工程实例，分析了高温矿井热源产生因素和深井降温措施；阐述了井筒、巷道、回采工作面、掘进工作面气温计算模型和工作面需、配冷量计算；介绍了降温系统布置的特点及其具体设计过程。
【期刊名称】《煤矿现代化》【年(卷),期】2012(000)002【总页数】4页(P37-40)【关键词】煤矿;降温;计算模型;工业设计【作者】王文林;廉王龙;陈烨【作者单位】晋煤集团寺河矿,山西晋城048205;晋煤集团寺河矿,山西晋城048205;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221008【正文语种】中文【中图分类】TD727.5现代化煤矿开采伴随的是矿井机械化程度的提高，同时国内矿井采掘面不断深入，采掘面中地热和各类机电设备所发热量聚集速度同时也不断升高，形成的高温、高湿环境也严重影响井下作业人员的健康和生产效率，已经造成灾害，矿井热害最终将成为制约开采深度的决定性因素。
深井降温冰制冷空调系统的负荷确定方法与应用
质是由地面相对井底标高的势能转化为热能引起， 如风量和冷媒流量不变，其数值变化不大；固定冷 负荷与有效冷负荷共同构成矿井冷负荷，实际是自 井口向矿井供应的冷量，矿井冷负荷是地面制冷设 备选型的基础，但并不等于制冷机组冷负荷；机组 冷负荷是在矿井冷负荷的基础上，并考虑地面制冷 站及冷量输送过程中的冷量损失，可看作制冷机组 实际制冷量。制冷机组装机制冷量，是在机组冷负 荷的基础上，考虑备用负荷及制冷机组运行工况偏 离设计工况时而考虑的具有一定余量的冷负荷，余 量系数一般为 1.1~1.2[9]，各类负荷关系如图 2 所示。
*基金项目：山东省高等学校科技计划项目(J15LH03)；山东科技大学人才引进科研启动基金资助项目(2015RCJJ059)；国家自然科学基金面上项目 (51774197)；山东省自然科学基金项目(ZR2019MEE115).
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采矿技术
2019,19(6)
为利用冰水混合物下降时的能量，可安装水能回收 装置[6-7]，但从煤矿实际看，多数矿井冰制冷空调系 统用融冰池代替了井下的能量回收装置。在融冰装 置内，冰与井下空调回水直接换热，使空调回水的 温度降低后再通过水泵送至各用冷地点。降温系统 如图 1 所示。
文献[3,7]指出，矿井主要热源包括井巷围岩散 热、机电设备放热、运输中煤炭及矸石的放热、矿 物及其他有机物的氧化放热、人员放热和热水放 热，并给出了各类热源散热量的计算公式；除考虑 以上热源外，文献[2, 8]指出风流在井筒内的向下流 动过程为绝热过程，其温升是由于位能转换为焓的 结果，虽不是外部热源输入热量引起，但其对矿井 风流的温升与井下热源所产生的后果相同，都增加 了风流的焓值，因此由自压缩引起的风流温升应作 为矿井通风空调的热源。本文认为后者做法更可 取，同时为防止在矿井需冷量计算及选择制冷设备 时出现失误，易于分析负荷构成及特点，特提出有 效冷负荷、固定冷负荷、矿井冷负荷及制冷机组冷 负荷 4 个概念。
金属矿山深井人工制冷降温系统模式分析
金属矿山深井人工制冷降温系统模式分析黄寿元;赵晓雨;李刚;周伟;梁鑫【摘要】深井金属矿山的逐渐增多,高温高湿热害矿井日益增加,且采用加大通风量的通风方式难以解决深部高温热害问题,人工制冷降温成为了深部矿井开采的必然选择.然而,目前深井金属矿山人工制冷降温系统工程甚少,这不仅与人工制冷降温系统本身的复杂性、投资及运行成本、维护管理有关,而且受各矿地温地热、水文地质、采矿方法、专业人才储备等多因素影响.首先分析了矿井人工制冷降温冷负荷这一最基础数据计算特点及难点,然后主要从制冷机组布置形式、热量排放途径以及井下通风、涌水水量水温水质等外部条件提出了6种人工制冷降温模式,分析了各降温模式特点及适用条件.研究得出:矿井回风排放冷凝热模式受通风系统影响大,矿井低温涌水排放冷凝热受矿山涌水量、水温、水质、水文水质条件影响大,水温宜≤30℃.实例计算说明:采用“进出口空气焓差”计算冷负荷,计算简单,适合于工程设计中采用.该研究有利于提高矿山设计院、设备厂家及矿山生产企业对矿井人工制冷降温系统的宏观认识.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2018(000)005【总页数】7页(P165-171)【关键词】人工制冷降温;热害;深部金属矿井;集中式;分散式【作者】黄寿元;赵晓雨;李刚;周伟;梁鑫【作者单位】华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司,安徽马鞍山243000;中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司,安徽马鞍山243000;金属矿山安全与健康国家重点实验室,安徽马鞍山243000;华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司,安徽马鞍山243000;中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司,安徽马鞍山243000;金属矿山安全与健康国家重点实验室,安徽马鞍山243000;华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司,安徽马鞍山243000;中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司,安徽马鞍山243000;金属矿山安全与健康国家重点实验室,安徽马鞍山243000;华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司,安徽马鞍山243000;中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司,安徽马鞍山243000;金属矿山安全与健康国家重点实验室,安徽马鞍山243000;长沙有色冶金设计研究院有限公司,湖南长沙410019【正文语种】中文【中图分类】TD79随着我国金属矿山开采向深部延伸，深井金属矿山日益增加。
冷负荷的计算方法
冷负荷的计算方法冷负荷是指建筑物或空调系统需要排除室内的热量或冷量，以维持室内舒适温度的能力。
冷负荷的计算对于设计和选择合适的冷却设备、空调系统以及确定合理的建筑设计方案非常重要。
在计算冷负荷时，冷负荷系数法是一种常见且精确的方法。
冷负荷系数法是将建筑物的冷负荷按照不同的部位划分，并根据室内外环境的条件、建筑物的特点和使用功能来确定系数，最后将每个部位的负荷与系数相乘得到最终的冷负荷值。
下面是冷负荷系数法的具体计算步骤：1.确定建筑物的使用功能：根据建筑物的用途（例如住宅、办公、商业等），确定建筑物的使用功能，以便进一步确定系数。
2.划分冷负荷部位：将建筑物划分为不同的部位，例如外墙、屋顶、地板、窗户、门等。
每个部位的冷负荷会有所不同，因此需要进行单独计算。
3.确定冷负荷系数：根据各个部位的特点和使用功能，确定冷负荷系数。
常见的冷负荷系数包括外墙的日射热系数、窗户的透光系数、屋顶和地板的导热系数等。
4.计算每个部位的冷负荷：根据部位的特点和系数，计算每个部位的冷负荷。
例如，对于一个外墙部位，可以通过测量外墙的面积、材料的导热系数和环境条件（例如太阳辐射的强度）来计算日射热量。
5.汇总冷负荷：将每个部位的冷负荷相加得到总的冷负荷值。
根据建筑物的大小和复杂程度，可能需要进行多次计算和调整才能得到准确的结果。
需要注意的是，冷负荷系数法是一种近似计算方法，其结果可能与实际情况存在一定的差异。
因此，在进行冷负荷计算时，建议根据实际情况和经验进行适当的调整。
总之，冷负荷系数法是一种常用且精确的计算方法，可以帮助设计师和工程师确定合适的冷却设备和空调系统，并为建筑物的舒适性和能效提供支持。
通过合理的冷负荷计算，可以提高建筑物的热效应和能源利用效率，减少能源浪费，为可持续发展做出贡献。
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图 １ 工作面冷负荷反分析法计算模型 Ｆ ｉ ． １ Ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ａ ｎ ｔ ｉ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ － ｇ ｙ ｏ ｆ ｃ ｏ ｏ ｌ ｉ ｎ ｌ ｏ ａ ｄ ｏ ｆ ｃ ｏ ａ ｌ ｆ ａ ｃ ｅ ｇ
究中深井工作面冷负荷计算方法是至关重要 ． 现有 深井工作面冷负 荷 算 法 有 ２ 种 ： １）对 井 下 各 种 热
确定参数多 、 计算 结 果 不 精 确 及 实 用 性 差 的 问 题 ．
收稿日期 ： ２ ０ １ ０ １ １ １ ８ － － ） ） ； ） ； 基金项目 ： 国家重点基础研究发展计划 （ 项目 （ 中央高校基本科研业务费专项资金项目（ 教育部创新 ９ ７ ３ ２ ０ ０ ６ Ｃ Ｂ ２ ０ ２ ２ ０ ０ ２ ０ １ ０ Ｑ Ｌ ０ ６ ） 团队发展计划项目 （ Ｉ Ｒ Ｔ ０ ６ ５ ６ ， 作者简介 ： 郭平业 （ 男， 青海省西宁市人 ， 博士 ， 从事深部灾害控制方面的研究 ． １ ９ ８ １ －） ： ： Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｕ ｏ ｉ ｎ ｅ ｆ ｏ ｘ ｍ ａ ｉ ｌ ． ｃ ｏ ｍ Ｔ ｅ ｌ １ ５ ９ １ ０ ６ ９ ８ ０ ７ ４ ＠ ｇ ｐ ｇ ｙ
Ｔ２ 分别表示 Ａ， Ｂ， Ｃ３ 点的风温公式预测温度 ； ）由于预先实测的工作面及巷道温度要比降 ３
围岩与空气的热交换系数及散 温后的空气温度高 ， 热量的计算值与降温时的实际值有所不同 ， 随着温 差的增大 ， 围岩对 空 气 的 散 热 量 也 将 随 之 变 大 ， 因 此对温升率进行修正 ； ）假定湿度变化率在降温前后保持一致 ； ４ ）由降温控制指标 Ｃ 点的风流参数即参数系 ５ 统Ⅱ， 根据温 升 变 化 和 湿 度 变 化 率 反 算 出 Ａ 点 进 风的风流参数 ， 形 成 参 数 系 统 Ⅱ 中 Ａ， Ｃ 点风流参 ； 数 ）由参数系统 Ⅱ 中 Ａ， 确定两 ６ Ｃ 点 风 流 参 数， 点的焓值 ， 进而初步确定工作面冷负荷 Ｑ． １． ３ 反分析算法公式推导 ）风流温升率计算 １ 对于生产 矿 井 可 根 据 工 作 面 降 温 前 各 点 Ａ， 计算出工作面巷道中风流温度 Ｂ， Ｃ 的 实 测 温 度， 的温升率 ｇ 即 ｔ，
第２ ８卷 第３期 ２ ０ １ １年０ ９月
采矿与安全工程学报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ＆Ｓ ａ ｆ ｅ ｔ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｙ ｇ ｇ
Ｖ ｏ ｌ ． ２ ８ Ｎ ｏ ． ３ Ｓ ｅ ． ２ ０ １ １ ｐ
（ ） 文章编号 ： １ ６ ７ ３ ３ ３ ６ ３ ２ ０ １ １ ０ ３ ０ ４ ８ ３ ０ ５ － － －
测参数 即 参 数 系 统 Ⅰ 中 的 Ａ， Ｂ， Ｃ３ 点的 风 流 条 件， 确定其温升关系 、 湿度变化关系 ； ）由参数系统 Ⅰ 中的 Ａ 点进风温度 ＴＡ 根 据 ２ 风流温度预测公式 ， 计算在未降温的情况下到达工 作面 Ｂ， 形成 ３ 个温度参数 Ｔ０ ， Ｃ 点时的温度 ，学报
第２ ８卷
针对以上情况 ， 结合夹河煤矿深井降温工作面冷负 荷计算 ， 本文提出了通过工作面实测温度进行冷负 即 反 分 析 法， 进行工作面冷负 荷反分析的新算 法 ， 荷计算 ， 建立了一套完整的计算模式 ．
１ 反分析冷负荷计算方法
工作面冷负荷采用反分析算法 ， 即根据工作面 与巷道风流温度 、 湿 度 等 热 环 境 参 数 的 实 测 值， 反 向计算开采工作面的冷负荷 ， 充分利用煤矿井下可 测的已知参数 ， 解决了目前常用的深井降温冷负荷 计算结果不精确及适用 算法存在的不确定参数多 、 性差等问题 ． １． １ 反分析算法原理 在矿井通风和矿井空调中 ， 对空气的加热或冷 却， 均在常压下进行 ， 所以空气吸收或放出的热量 ， 可用过程始末状 态 的 焓 差 进 行 计 算 ． 焓 是 由 内 能、 压力和比容构成的函数 ， 即 （ ） ｖ， ｉ ＝ ｕ＋ｐ １ ／ ； ／ ； 式中 ： ｉ 为 空 气 的 焓， Ｊ ｋ ｕ 为 空 气 内 能， Ｊ ｋ ｇ ｇ ｐ
［ ］ １ ２ － ３］ ； 源分别计算并 进 行 汇 总 的 直 接 算 法 ［ ２）前 苏 联
学者舍尔巴尼为简 化 热 量 计 算 而 提 出 的 半 解 析 算 即将井下热源分为围岩散热和除围岩散热外的 法，
４］ 其他热源散热两部分进行计算 ［ 现有算法存在不 ．
， 而在高温热害控制机理和技术研
Ｂ ａ ｃ ｋ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ Ａ ｌ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｏ ｆ Ｃ ｏ ｏ ｌ ｉ ｎ Ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ Ｄ ｅ ｅ Ｍ ｉ ｎ ｅ ｓ －Ａ ｙ ｇ ｇ ｐ
１ ２ ， ｅ ａ ｎ ＧＵＯ Ｐ ｉ ｎ Ｚ ＨＵ Ｙ ａ ｎ － －ｙ ｙ ｇ
（ ， １． Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｋ ｅ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｆ ｏ ｒ Ｇ ｅ ｏ ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｄ ｅ ｅ Ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｙ ｙ ｐ ｇ ｇ ｇ ， ， ； Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ ＆Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｏ ｆ Ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ＆Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ Ｂ ｅ ｉ ｉ ｎ １ ０ ０ ０ ８ ３， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｇ ｇ ｙ ｇ ｇ ｙ ｊ ｇ ， ） ２． Ｂ ｅ ｉ ｉ ｎ Ｍ ｉ ｌ ｌ ｅ ｎ ｎ ｉ ｕ ｍ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ Ｃ ｏ ． Ｌ ｔ ｄ ． Ｂ ｅ ｉ ｉ ｎ １ ０ ０ ０ ９ ６， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｊ ｇ ｇ ｇ ｊ ｇ
表征焓的函数常以温度和压力为独立变量 ， 即
ｉ ＝ ｆ（ Ｔ ｐ）． 其全微分方程为 ｉ ｉ ｄ ｉ＝ ｄ Ｔ＋ ｄ ｐ． Ｔ ｐ ｐ Ｔ 在定压条件下 ， 可以得出 根据比热定义 ，
（ ） ２
（ ）
（）
ｄ ｉ＝ Ｃ ｄ Ｔ． ｐ
（ ） ３
在 定 压 加 热 或 冷 却 过 程 中， 气体焓 上式表明 ， 的增量等于定压比热与温度增值之积 ． 深部开采工 作面冷负荷反分析算法正是基于以上原理提出的 ． １． ２ 反分析算法推导思路 对于给定的开采工作面 ， 实施降温系统之前的 工作面通风量及巷 道 内 空 气 的 状 态 参 数 基 本 是 已 知或可测的 ， 如图 １ 所示 ， 工作面进风温度 （ 始端温 度） 工作面上角点温 度 ＴＢ ， 工作面下角点温度 ＴＡ ， （ 末端温度 ） 各测点之间的距离以及空气相对 ＴＣ ， 湿度等都是可测的 ， 这就形成了采取降温措施前的 一套参数系统 ， 称 作 参 数 系 统 Ⅰ． 而采取降温措施 后工作面的部分热环境参数预先可以给定 ， 也就是 要确定工作面的降温控制指标 ， 如降温后工作面末 端温度 Ｔ 称 为 参 数 系 统 Ⅱ， 然后根据参 ′ Ｃ 等指标 ， 数系统 Ⅰ 逐步反算 出 参 数 系 统 Ⅱ 中 相 应 的 状 态 参 数， 最后根据降温前后工作面空气的焓差来计算工 作面在该温度范围内的冷负荷 ． 具体思路如下 ： ）根据工作面冷负荷反分析法计算模型由实 １
， Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｏ ｔ ｄ ｉ ｓ ａ ｓ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ ｈ ｉ ｈ ｔ ｅ ｍ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｓ ａ ｍ ａ ｏ ｒ ｏ ｂ ｓ ｔ ａ ｃ ｌ ｅ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｅ ｃ ｏ ａ ｌ ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ Ｈ ｇ ｐ ｊ ｇ ｐ ｇ ｓ ｏ ｔ ｈ ｅ ａ ｒ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ｉ ａ ｌ ｒ ｅ ｆ ｒ ｉ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｏ ｌ ｉ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｉ ｓ ｍ ｏ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｍ ｏ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｅ ｄ ｉ ｎ ｃ ｏ ａ ｌ ｍ ｉ ｎ ｅ ｓ ． Ｈ ｏ ｗ ｔ ｏ ｇ ｇ ｇ ｙ ｐ ｐ ｍ ｏ ｒ ｅ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｌ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｏ ｌ ｉ ｎ ｌ ｏ ａ ｄ －ａ ｎ ｉ ｍ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｈ ｉ ｈ ｔ ｅ ｍ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｙ ｇ ｐ ｐ ｇ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ｉ ａ ｌ ｒ ｅ ｆ ｒ ｉ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｏ ｌ ｉ ｎ ｒ ｏ ｅ ｃ ｔ ｗ ｉ ｌ ｌ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｌ ａ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｏ ｌ ｉ ｎ ｒ ｏ ｅ ｃ ｔ ． Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ － ｇ ｇ ｐ ｊ ｙ ｇ ｐ ｊ ， ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｒ ｏ ｏ ｓ ｅ ｉ ｎ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｅ ｃ ｏ ｏ ｌ ｉ ｎ ｌ ｏ ａ ｄ ｆ ｏ ｒ ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ ｌ ｅ ｕ ｎ ｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｔ ｅ ｐ ｐ ｐ ｇ ｇ ｐ ｇ ｐ ｙ ｗ ， ， ａ ｂ ａ ｃ ｋ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ａ ｌ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ．Ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｗ ｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｆ ａ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ａ ｉ ｒ ｆ ｌ ｏ ｗ ｔ ｅ ｍ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｈ ｕ ｍ ｉ ｄ ｉ ｔ － ｙ ｇ ｇ ｐ ｙ ， ａ ｎ ｄ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ｗ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｏ ｌ ｉ ｎ ｌ ｏ ａ ｄ ｏ ｆ ｐ ｇ ， ｆ ａ ｃ ｅ ｕ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ｏ ｄ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ ｓ ｅ ｎ ｔ ｈ ａ ｌ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｖ ｅ ｒ ｉ ｆ ｉ ｅ ｄ ｔ ｏ ｂ ｅ ｗ ｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｙ ｐ ｙ ｇ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ Ｊ ｉ ａ ｈ ｅ ｃ ｏ ａ ｌ ｍ ｉ ｎ ｅ ． ； ；ｍ ； ； Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｂ ａ ｃ ｋ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｈ ｉ ｈ ｔ ｅ ｍ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｍ ｉ ｎ ｅ ｉ ｎ ｅ ｃ ｏ ｏ ｌ ｉ ｎ ｅ ｎ ｔ ｈ ａ ｌ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｃ ｏ ｏ ｌ ｉ ｎ ｙ ｇ ｐ ｇ ｐ ｙ ｇ ｙ ｌ ｏ ａ ｄ 深井热害越来越 随着煤炭资源开采深度增加 ， 普遍 ， 高温热害已成为制约煤炭资源深部开采的主 要障碍之一