矿井热环境及其控制PDF电子书下载

1　矿山大气环境 1

1.1 地面空气的组成及其参数变化特征 1

1.1.1 地面空气的组成 1

1.1.2　地面大气参数的变化特征 2

1.2　矿内空气的主要成分及基本特征 3

1.2.1 矿内空气的主要成分及有毒有害气体 3

1.2.2　矿内微气候的基本特征 4

1.3　矿内微气候的卫生标准 5

1.3.1 制定矿内微气候卫生标准的依据 5

1.3.2 国内外矿内微气候卫生标准的现状 9

1.3.3　对矿内微气候卫生标准的建议 10

1.4　矿内微气候的基本参数 13

1.4.1　矿内空气温度 13

1.4.2 空气压力 13

1.4.3 空气的密度与比体积 14

1.4.4　空气的湿度 15

1.4.5 空气的焓（i） 15

1.4.6 热量（Q） 15

1.5　矿用温湿图及其应用 16

1.5.1 绘图步骤 16

1.5.2　气压校正及查图方法 21

2　矿山地热环境 24

2.1 地热成因 25

2.1.1　地球的结构［31］ 25

2.1.2　地热的来源 26

2.2　地壳的热状况 30

2.2.1 地壳的热性质 30

2.2.2　地壳最上层的温度场 36

2.2.3 影响区域地温场的主要因素 39

2.3　矿区地温类型和热害等级 42

2.3.1 矿区地温类型 42

2.3.2　矿区热害等级 44

2.4　矿区深部的地温预测 44

2.4.1　传导型温度场 45

2.4.2　传导－对流型温度场 46

2.4.3 深部地温预测中的地形校正 49

2.5　矿山地热利用 49

2.5.1 预热进风井筒 49

2.5.2　矿井热水的利用 52

2.5.3　低温地热能的提取和利用 53

3　矿井正常通风的热力学原理及应用 56

3.1　井巷热交换对风流参数的影响 56

3.2　干空气的热力学分析 60

3.2.1　风流流经水平巷道 60

3.2.2　风流流经垂直巷道 63

3.2.3　压缩流的重力分析 67

3.3　湿空气的热力学分析 70

3.3.1 有蒸发的风流 72

3.3.2　无蒸发气流 73

3.4　井巷热交换对通风压力的影响 74

3.4.1 在巷道正常通风条件下终端空气压力 74

3.4.2 自然风压 76

3.5 以热力学为基础的通风网路解算 79

3.5.1 串联 79

3.5.2　并联 80

3.5.3　复杂连接 82

3.5.4　巷道的局部通风阻力和巷道中装有通风机的连接 83

3.5.5 井巷热交换对风量分配的影响 84

3.5.6　考虑热交换影响时的通风网路解算 87

4　矿井灾变通风的热力学原理及应用 90

4.1 火灾气体沿巷道流动时的压力计算及网路解算 90

4.1.1　几项温度指标 90

4.1.2　火灾气体的压力 91

4.1.3 矿井在灾变状况下的通风网路解算 93

4.2　矿井火灾期的巷道热力计算 93

4.3 火灾气体温度的预测方法 95

4.4　火灾气体向巷道壁的放热系数 97

4.5　辐射换热系数 101

4.6　岩石热物理参数与温度关系 103

4.7　气体温度随时间的变化 104

4.8　沿风流流程处在火源外的巷道热力计算 109

4.9　矿井在火灾状况下热力状况和通风的某些问题 111

4.9.1 预防火灾气体向进风巷道渗透的方法 111

4.9.2　井下火灾引起的附加热负压 114

5　矿井热源 116

5.1 井巷围岩放热 116

5.1.1 井巷围岩的热传导 116

5.1.2 井巷围岩温度测试 117

5.1.3 井巷围岩放热（或吸热）量计算 118

5.1.4　巷道壁向风流的放热系数 121

5.2　矿区大气环境对矿内风流热力状态的影响 124

5.3　矿井生产环境与矿内热源计算 124

5.3.1 矿井运输放热 124

5.3.2　矿用机电设备运转中放热 126

5.3.3 氧化放热 128

5.3.4　矿井水放热 128

5.3.5　局部热源放热 132

6　矿井热交换原理&1 35

6.1 风流通过井巷热交换的基本规律 135

6.2　通风时间小于1年的巷道的热交换 142

6.2.1　初始微分方程 142

6.2.2　风流含湿量按一定规律变化时风流热力计算 143

6.3　通风时间大于1年的巷道的热交换 145

6.3.1　焓值分析 145

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） 146

6.3.3 巷道终端风流温度计算 147

6.4　传导－对流型矿井的热交换 150

6.5　风流通过风筒及掘进工作面的热交换 152

6.5.1　风流通过局部通风机 153

6.5.2　风流从风机出口到风筒出口的热力过程（2-3） 154

6.5.3　风流从风筒出口到迎头的热力过程（3-4） 155

6.5.4　风流在回风巷道中的热力过程（4-5） 155

6.5.5 求算风筒出口风流温度 156

6.6　巷道模拟原理与应用 160

6.6.1　巷道模拟原理 160

6.6.2　风量与采深的热力学关系 162

6.7　风流通过井筒的热交换 163

6.7.1　风流通过井筒的热力过程 163

6.7.2　井筒中热源分析 165

6.7.3　风流通过井筒的加湿压缩过程 166

6.8　风流通过回采工作面的热交换 174

6.8.1 相对湿度按一定规律变化 174

6.8.2　含湿量按一定规律变化 177

6.9　风流通过机电硐室的热交换 180

6.10　矿井需冷量计算原理 184

6.10.1 矿井需冷量与开采深度的关系 184

6.10.2 回采工作面需冷量计算 184

6.10.3　掘进工作面需冷量计算 188

6.10.4 机电硐室需冷量计算（空气冷却器设在硐室进口处） 190

6.10.5 矿井降温系统冷量损失计算 193

6.10.6　矿井有效冷量、矿井需冷量和制冷设备配冷量 196

7　矿井热计算实例 198

7.1 概述 198

7.1.1 矿井热计算的任务 198

7.1.2　矿井热计算的程序 198

7.1.3 空冷设备的热计算 198

7.2　基本关系式 199

7.2.1 井筒热计算 199

7.2.2　水平与倾斜巷道热计算 201

7.2.3 回采工作面热计算 205

7.3　矿井改扩建热计算与空调设备计算 207

7.3.1 矿内不同特征点的热计算 207

7.3.2 空冷设备的布置和计算 217

7.3.3 空冷设备需冷量计算 221

7.3.4　制冷设备与水冷却器计算 222

7.4　650m深缓倾斜煤层热计算 225

7.4.1　侧翼式通风系统 225

7.4.2 中央式通风系统 230

7.5　750m深急倾斜煤层热计算 233

7.5.1 侧翼式通风系统 233

7.5.2 中央式通风系统 237

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 240

7.6.1 不同特征点风流热力计算 240

7.6.2 空冷设备计算 244

7.6.3 制冷设备需冷量计算 245

7.7 1000m深缓倾斜煤层新矿井热计算与空冷站的合理布置 248

7.7.1 矿内不同特征点的热计算 248

7.7.2 空气冷却站合理位置的选择 253

7.8　回采工作面热计算实例 256

7.8.1 缓倾斜煤层工作面热计算 256

7.8.2 急倾斜煤层工作面热计算 258

7.8.3 均匀供冷风时工作面风流参数计算 259

7.8.4 回采工作面风流的分段冷却 263

7.8.5 沿工作面分段冷却风流时运输平巷和工作面的热计算 264

7.9　掘进工作面热计算实例 268

7.9.1　掘进通风方式 268

7.9.2　掘进工作面的热源和热平衡 269

7.9.3 掘进巷道热计算的基本关系式 274

7.9.4　掘进工作面热计算实例 277

7.9.5 掘进工作面混合式通风热计算 278

8　矿井热环境控制系统 281

8.1　矿内热环境对人体的影响 281

8.2　矿井空气调节系统 284

8.2.1 制冷机组安设在地面的矿井空调系统 285

8.2.2　制冷机组设在井下的矿井空调系统 286

8.2.3 矿井联合空调系统 288

8.2.4　各类矿井空调系统的适用范围 289

9　矿井空调系统各组成部分的技术特征及其工况 290

9.1 系统的基本组成部分 290

9.1.1 制冷机组 290

9.1.2　空气冷却器和换热器 297

9.2　矿井空调系统各要素的热力学特性 314

9.2.1 安设空冷器的巷道内风流的热力学特征 315

9.2.2 空冷器的技术特征 318

9.2.3　载冷剂管路 324

9.2.4　载冷剂井下循环系统 328

9.2.5 高低压换热器（HND） 328

9.2.6　制冷机站的负荷 333

9.2.7　制冷站（CXM） 334

9.3 空调系统及其各组成部分的工况 339

9.4　矿井空调系统的水力学特征 343

9.4.1 矿井空调系统的水力系统 343

9.4.2　热交换器压力特性 343

9.4.3　在载冷剂简单管段上的压头损失 344

9.4.4　一次载冷剂循环系统和制冷机排热系统的压头特征 345

9.4.5 载冷剂井下循环系统的水力系统及工况 348

9.5　矿井空调系统工作效率的评价 359

10　固定制冷站的空调系统设计 365

10.1 设计系统的主要指标 365

10.2　矿井空调系统设计的最佳参数 370

10.3　初始资料 371

10.3.1 多变和相对固定信息数据块的准备 372

10.3.2　矿井空调系统各要素的费用参数 372

10.4　风流冷却站的最佳参数 374

10.4.1　冷却站布置方式的选择 374

10.4.2　空冷器参数的优化 378

10.4.3　优化空冷器参数方法的可行性研究 385

10.5　井下载冷剂布置系统设计 387

10.5.1 井下载冷剂循环系统折合费用的一般方程 388

10.5.2　载冷剂井下循环系统基建费用方程 390

10.5.3 井下载冷剂循环系统运转费用函数的要素 390

10.5.4　载冷剂循环系统的经济数学模型 393

10.5.5 井下冷水循环系统参数优化的算法 397

10.6　一次载冷剂循环系统可行性方案的确定 400

10.6.1 高压换热器的可行性系统 400

10.6.2　一次冷水管道设计 403

10.6.3　制冷站设备的选择和工况计算 405

10.7　一次载冷剂循环系统和井下空调系统全部参数的优化 410

10.8　最佳值对设计矿井空调系统影响的评价 414

10.9　矿井空调系统要素设计的工艺问题 415

10.9.1　冷却站的设立 415

10.9.2　高压换热器和泵站硐室 416

10.9.3　地面制冷站 417

10.10　井下制冷系统设计的特点 418

10.10.1 井下制冷站的排热 418

10.10.2　井下制冷站 426

10.11 井下空调系统成本及综合指标的计算 427

11 矿井空调系统的运行 428

11.1　风流冷却站 428

11.1.1 矿用空冷器的工作方式试验 428

11.1.2　风流和冷水的初始参数对空冷器工作方式的影响 432

11.1.3 提高空冷器冷却效率的途径 435

11.2　冷水循环系统 438

11.3　制冷站及设备 440

11.3.1 制冷装置的运行参数 440

11.3.2　压缩机的试运行 442

11.3.3 制冷设备的调试 442

11.3.4　制冷设备的操作与性能分析 446

11.3.5 结论 451

12　制冷设备的常见故障与维护 454

12.1 制冷系统正常运行的条件及标志 454

12.1.1 制冷系统正常运行的条件 454

12.1.2　各组成部件的性能良好及正常运行的标志 455

12.2　活塞式制冷压缩机的故障分析与排除 456

12.2.1 气缸中有异常声响 456

12.2.2 曲轴箱中有异常声响、压力升高、轴承温度升高 457

12.3　螺杆式制冷压缩机的故障分析与排除 459

12.3.1 启动负荷过大或不能启动 459

12.3.2　机组发生不正常振动 459

12.3.3 压缩机运转中出现不正常响声 459

12.3.4　压缩机运转中自动停机 459

12.3.5 能量调节机构不动作或不灵活 460

12.3.6　压缩机排气温度、油温过高 460

12.3.7　油面上升 460

12.3.8　耗油量大 460

12.3.9 油压过高 460

12.3.10　压缩机和油泵的轴封漏油 460

12.3.11 压缩机制冷能力下降 460

12.3.12　停机时压缩机反转 461

12.4　制冷系统运行中常见故障的分析与排除 461

12.4.1　冷凝压力过高 461

12.4.2　蒸发压力过低 461

12.4.3　排气压力与冷凝压力相差太大 461

12.4.4　节流机构故障 461

12.4.5 电磁阀的故障 462

12.4.6　制冷量不足、降温慢 462

12.5　制冷设备的检修 463

12.5.1 活塞式制冷压缩机的定期检修 463

12.5.2　矿用移动式冷风机组的维护 464

12.5.3 螺杆式冷水机组的维护与保养 465

12.6　制冷系统的安全技术 467

12.6.1 安全技术在制冷系统操作和生产中的意义与基本要求 467

12.6.2　制冷系统的安全装置 468

12.6.3 安全操作 469

13　矿井空调系统的测试 471

13.1 测量的基本概念与方法 471

13.1.1 测量的基本概念 471

13.1.2　测量方法 471

13.2　测量误差 472

13.2.1 系统误差 472

13.2.2　随机误差和粗大误差 473

13.3　测试的目的 473

13.4　测试的内容与参数 474

13.4.1　制冷机组测试 474

13.4.2　制冷站机房的环境 474

13.4.3 空气冷却器的性能测试 474

13.4.4　风流冷却系统测试 474

13.4.5　冷水系统测试 474

13.4.6　冷却水系统测试 475

13.4.7　掘进工作面降温效果测试 475

13.4.8 回采工作面降温效果测试 475

13.5　测试数据处理 476

13.5.1 制冷机组 476

13.5.2　水冷表面式空气冷却器 477

13.5.3 喷淋式空冷器 477

13.5.4　风流冷却系统测试数据处理 479

13.5.5 冷水系统测试数据处理 479

13.5.6　冷却水系统测算 481

13.5.7　掘进工作面降温效果测算 482

13.5.8 回采工作面降温效果测算 482

附录 484

1 我国矿井热环境及其控制工作发展概况 484

2　矿井热环境及其控制的基础理论研究 484

3　矿井热环境及其控制的实用技术研究 485

4　矿井热环境及其控制技术的发展设想 489

参考文献 490