煤礦井下作業高溫技術研究

1對高溫影響作用機理的研究較少。在現場實踐隨著礦山深度的增加，原始地下巖石的溫度上升。同時，隨著高產、高效的普及，廣泛應用于采礦機械化設備。由于設備運行過程中大量熱量，一些煤礦開采環境的氣候條件惡化，高溫已成為影響礦山安全生產的另一個瓶頸。我國一些學者對此進行了研究,也取得了一些成果,但針對高溫問題中一些關鍵理論和技術的研究相對現場實踐還滯后,主要包括以下方面的問題:(1)熱源分析、計算繁雜,使得現場實踐中在進行降溫措施確定時沒有專門去計算。(2)風溫變化規律、風溫與巖溫的耦合關系、風溫預測研究不充分,計算公式繁多,使得現場應用時難以選擇和正確應用。(3)對采用通風降溫的極限開采巖溫確定以及在何種條件下應該采用機械降溫措施研究不夠沉入。(4)采取機械降溫措施時,因配送點和配風量設計不合理,往往導致礦井空調負荷增大,且未能發揮機械降溫效果。(5)未能從降溫效果和熱源分析角度,提出綜合降溫途徑,降溫措施的確定缺乏系統性。針對上述問題,研究開發了礦井風溫預測與降溫效果分析專家系統,實現井下熱源自動分析、計算,風溫預測和降溫效果分析等功能,為現場探索溫度分布規律和提高降溫措施效果提供技術支持。2數據庫技術礦井風溫預測與降溫效果分析專家系統采用面向對象計算機語言VisualBASIC6.0和數據庫技術共同開發,采用組件式開發方式,界面圖塊化顯示,便于現場人員應用和掌握。主要功能包括礦井熱源分析計算,采掘工作面、巷道和井筒風溫預測,單一風流通路風溫預測,礦井全網絡風溫預測,降溫措施效果分析,降溫措施專家系統等幾大部分,系統結構如圖1所示,各部分的功能詳細介紹如下:(1)放熱計算計算主要包括:風流自壓縮熱計算、圍巖散熱計算、機電設備散熱計算、煤矸石散熱計算、熱水放熱計算、氧化放熱計算、人員放熱計算。該部分不但可為風溫預測提供有效、可靠的物理計算基礎參數,而且可實現各種放熱熱源計算,以確定井下不同部分的主要熱源,為熱的“分源治理”打下基礎。(2)空氣壓力、濕度測定主要包括:采掘工作面風溫預測、巷道風溫預測及井筒風溫預測,空氣壓力、空氣濕度預測。該模塊實現了不同類型的巷道風溫預測功能,現場應用技術人員可分步驟、按現場要求進行風溫預測,有助于按照現場實際情況實現準確的、合理的風溫計算。(3)模擬界面輸入算法基于礦井熱源分析計算,采掘工作面、巷道和井筒風溫預測模塊功能,采用VisualBASIC編寫的界面輸入數據界面,結合Excel數據庫儲存基礎數據單元,運用工程數學牛頓迭代法,實現不同巷道風溫預測的目的;基于單一巷道風溫預測和礦井通風網絡化,實現全風網風溫預測。(4)分析降溫措施的效果的模塊根據熱源、風溫預測情況,針對不同降溫措施效果進行分析,提出降溫措施待改進的物理參數組。(5)關于減少抑郁的特殊系統模塊將國內外各類降溫措施保存到數據庫,然后運用SQL語句對輸入關鍵字進行搜索,實現降溫措施的查詢。3風溫計算方法礦井風溫預測與降溫效果分析專家系統采用VBActiveDLL技術,能保護程序代碼安全性,減少代碼的復雜性,加快代碼的執行速度,節省計算機的資源。風路風溫預測程序方法是將風流通路劃分成井筒、巷道、采煤工作面及掘進工作面4個部分,根據不同井巷類型采用相對應的公式和解算方法進行預測,然后整個過程采用牛頓迭代法將整個風路各段間風溫計算出來。對于井筒段:風溫公式采用舍爾巴尼法或用K值顯熱比法,解算方法采用一種近似數學法(差分法)進行井筒風溫計算。其基本原理是:把進風井沿井深自上而下劃分成井段(Z1,Z2,…,Zn),然后把風溫從井口逐段接力計算到井底;每個井段原始巖溫采用該段平均原始巖溫。同理,巷道段劃分為采用風流焓值方程建立的風流末端斷面上的氣溫模型,解算方法采用二分法(迭代法);采煤工作面段,由于熱源比較繁瑣,計算公式采用舍爾巴尼法,并分為傾斜工作面和急傾斜工作面,解算方法同風井的解算方法;掘進工作面風溫預測所需的參數比較繁瑣,給編程帶來一定問題,所以采用溫度交換法實現。風溫預測計算程序如圖2所示。4工作面程序風溫預測效果分析開灤錢家營礦-850m水平,掘進工作面出現高于26℃以上高溫。目前掘進工作面風速在0.3～0.4m/s,且進風溫度低于工作面溫度,經軟件效果分析模塊分析,采用增加風量比較好。礦井井筒(20℃)到850東大巷道掘進工作面程序風溫預測效果和實測情況的匯總見表1。根據表1計算結果,采用礦井風溫預測與降溫效果分析專家系統風溫預測模塊計算,計算結果與實測結果基本一致,誤差在5%以內,符合現場實踐要求。5模擬分析系統的開發(1)因熱源分析計算繁雜,風溫預測困難,計算公式眾多,使得現場應用時難以選擇和正確應用,所以為了能選擇恰當的計算公式和減少計算工作量,達到計算精確的目的,有必要開發包括熱源計算和風溫預測的模擬分析系統。(2)采取機械降溫措施時,因配送點和配風量設計不合理,往往導致礦井空調負荷增大,且未能發揮機械降溫效果,所以有