煤礦井下作業(yè)高溫技術(shù)研究

1對高溫影響作用機(jī)理的研究較少。在現(xiàn)場實(shí)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(chǎn)、高效的普及，廣泛應(yīng)用于采礦機(jī)械化設(shè)備。由于設(shè)備運(yùn)行過程中大量熱量，一些煤礦開采環(huán)境的氣候條件惡化，高溫已成為影響礦山安全生產(chǎn)的另一個瓶頸。我國一些學(xué)者對此進(jìn)行了研究,也取得了一些成果,但針對高溫問題中一些關(guān)鍵理論和技術(shù)的研究相對現(xiàn)場實(shí)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(xiàn)場實(shí)踐中在進(jìn)行降溫措施確定時沒有專門去計算。(2)風(fēng)溫變化規(guī)律、風(fēng)溫與巖溫的耦合關(guān)系、風(fēng)溫預(yù)測研究不充分,計算公式繁多,使得現(xiàn)場應(yīng)用時難以選擇和正確應(yīng)用。(3)對采用通風(fēng)降溫的極限開采巖溫確定以及在何種條件下應(yīng)該采用機(jī)械降溫措施研究不夠沉入。(4)采取機(jī)械降溫措施時,因配送點(diǎn)和配風(fēng)量設(shè)計不合理,往往導(dǎo)致礦井空調(diào)負(fù)荷增大,且未能發(fā)揮機(jī)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(tǒng)性。針對上述問題,研究開發(fā)了礦井風(fēng)溫預(yù)測與降溫效果分析專家系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)井下熱源自動分析、計算,風(fēng)溫預(yù)測和降溫效果分析等功能,為現(xiàn)場探索溫度分布規(guī)律和提高降溫措施效果提供技術(shù)支持。2數(shù)據(jù)庫技術(shù)礦井風(fēng)溫預(yù)測與降溫效果分析專家系統(tǒng)采用面向?qū)ο笥嬎銠C(jī)語言VisualBASIC6.0和數(shù)據(jù)庫技術(shù)共同開發(fā),采用組件式開發(fā)方式,界面圖塊化顯示,便于現(xiàn)場人員應(yīng)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(fēng)溫預(yù)測,單一風(fēng)流通路風(fēng)溫預(yù)測,礦井全網(wǎng)絡(luò)風(fēng)溫預(yù)測,降溫措施效果分析,降溫措施專家系統(tǒng)等幾大部分,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,各部分的功能詳細(xì)介紹如下:(1)放熱計算計算主要包括:風(fēng)流自壓縮熱計算、圍巖散熱計算、機(jī)電設(shè)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(fēng)溫預(yù)測提供有效、可靠的物理計算基礎(chǔ)參數(shù),而且可實(shí)現(xiàn)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(chǔ)。(2)空氣壓力、濕度測定主要包括:采掘工作面風(fēng)溫預(yù)測、巷道風(fēng)溫預(yù)測及井筒風(fēng)溫預(yù)測,空氣壓力、空氣濕度預(yù)測。該模塊實(shí)現(xiàn)了不同類型的巷道風(fēng)溫預(yù)測功能,現(xiàn)場應(yīng)用技術(shù)人員可分步驟、按現(xiàn)場要求進(jìn)行風(fēng)溫預(yù)測,有助于按照現(xiàn)場實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的、合理的風(fēng)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(fēng)溫預(yù)測模塊功能,采用VisualBASIC編寫的界面輸入數(shù)據(jù)界面,結(jié)合Excel數(shù)據(jù)庫儲存基礎(chǔ)數(shù)據(jù)單元,運(yùn)用工程數(shù)學(xué)牛頓迭代法,實(shí)現(xiàn)不同巷道風(fēng)溫預(yù)測的目的;基于單一巷道風(fēng)溫預(yù)測和礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)化,實(shí)現(xiàn)全風(fēng)網(wǎng)風(fēng)溫預(yù)測。(4)分析降溫措施的效果的模塊根據(jù)熱源、風(fēng)溫預(yù)測情況,針對不同降溫措施效果進(jìn)行分析,提出降溫措施待改進(jìn)的物理參數(shù)組。(5)關(guān)于減少抑郁的特殊系統(tǒng)模塊將國內(nèi)外各類降溫措施保存到數(shù)據(jù)庫,然后運(yùn)用SQL語句對輸入關(guān)鍵字進(jìn)行搜索,實(shí)現(xiàn)降溫措施的查詢。3風(fēng)溫計算方法礦井風(fēng)溫預(yù)測與降溫效果分析專家系統(tǒng)采用VBActiveDLL技術(shù),能保護(hù)程序代碼安全性,減少代碼的復(fù)雜性,加快代碼的執(zhí)行速度,節(jié)省計算機(jī)的資源。風(fēng)路風(fēng)溫預(yù)測程序方法是將風(fēng)流通路劃分成井筒、巷道、采煤工作面及掘進(jìn)工作面4個部分,根據(jù)不同井巷類型采用相對應(yīng)的公式和解算方法進(jìn)行預(yù)測,然后整個過程采用牛頓迭代法將整個風(fēng)路各段間風(fēng)溫計算出來。對于井筒段:風(fēng)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(shù)學(xué)法(差分法)進(jìn)行井筒風(fēng)溫計算。其基本原理是:把進(jìn)風(fēng)井沿井深自上而下劃分成井段(Z1,Z2,…,Zn),然后把風(fēng)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(fēng)流焓值方程建立的風(fēng)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(fēng)井的解算方法;掘進(jìn)工作面風(fēng)溫預(yù)測所需的參數(shù)比較繁瑣,給編程帶來一定問題,所以采用溫度交換法實(shí)現(xiàn)。風(fēng)溫預(yù)測計算程序如圖2所示。4工作面程序風(fēng)溫預(yù)測效果分析開灤錢家營礦-850m水平,掘進(jìn)工作面出現(xiàn)高于26℃以上高溫。目前掘進(jìn)工作面風(fēng)速在0.3～0.4m/s,且進(jìn)風(fēng)溫度低于工作面溫度,經(jīng)軟件效果分析模塊分析,采用增加風(fēng)量比較好。礦井井筒(20℃)到850東大巷道掘進(jìn)工作面程序風(fēng)溫預(yù)測效果和實(shí)測情況的匯總見表1。根據(jù)表1計算結(jié)果,采用礦井風(fēng)溫預(yù)測與降溫效果分析專家系統(tǒng)風(fēng)溫預(yù)測模塊計算,計算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果基本一致,誤差在5%以內(nèi),符合現(xiàn)場實(shí)踐要求。5模擬分析系統(tǒng)的開發(fā)(1)因熱源分析計算繁雜,風(fēng)溫預(yù)測困難,計算公式眾多,使得現(xiàn)場應(yīng)用時難以選擇和正確應(yīng)用,所以為了能選擇恰當(dāng)?shù)挠嬎愎胶蜏p少計算工作量,達(dá)到計算精確的目的,有必要開發(fā)包括熱源計算和風(fēng)溫預(yù)測的模擬分析系統(tǒng)。(2)采取機(jī)械降溫措施時,因配送點(diǎn)和配風(fēng)量設(shè)計不合理,往往導(dǎo)致礦井空調(diào)負(fù)荷增大,且未能發(fā)揮機(jī)械降溫效果,所以有