第20章 热模拟(高级版)
20.1介绍

[Ventsim 高级版]

热(或热与湿)模拟是复杂的矿井通风和环境工程学领域。在利用Ventsim系统辅助进行矿井生产和开拓计划做重大基础决策前,建议综合了解有关湿度测定法以及加热、冷却实际应用方面的实践。

地热在深井采矿中是一个不可避免要考虑的因素。随着矿井深度增加,通风系统设计时越来越需要考虑地热及风温的因素。

相反,寒冷环境下,尤其是越靠近北方的矿井,低温同样地影响着矿井运行,特别是在井筒及井口防冻以及工人在井下的不适都成了问题。

设计矿井通风的关键因素之一是考虑有害温度环境对工人生理健康的影响。长期暴露在高温下,不仅影响工人的工作能力和效率,也影响他们的健康和安全。

设计通风系统时,除了通过通风提供新鲜空气还要消除有害气体和粉尘,我们还必须为工人设计一个良好的工作环境。

即使矿井没有高温问题,当风流能有效的带走由于工人工作时身体所产生的热量时,他们的工作效率也会提高。

不同的通气方式会影响井下气温,本章讨论如何利用Ventsim系统处理不同的热源和湿源,并讲述如何利用Ventsim中的工具分析和调整设计以改进井下环境温度。

20.1.1 热源

热量来自于地下矿井许多不同类型的热源。从最初从外面大气进入矿井的新鲜空气携带的热量开始,以下的热源类型也是在很大程度上影响风流流过矿井的重要因素。

• 围岩—由岩石类型和地热梯度决定,岩温随着采深增加而增高;

• 可压缩性—空气流动到更低的位置时由于重力的作用而被压缩,理论上,标高每降低 1000m,干球温度将升高 10 ℃甚至由于当前风路的湿度原因可能会更高。

• 柴油设备—现代煤矿主要热源之一,柴油设备既产生热也起加湿作用。

• 电气设备—风机、水泵、提升机,变电站和配电系统都释放热量到井下工作环境中。

• 爆破—更多的是瞬态热源,爆炸会导致矿井中短期大量热量的释放,一些热量可能在破损岩中存留一段时间。

• 氧化热—高活性矿石暴露在氧气中时会产生氧化热。

图20-1  热模拟后估算出的各种热源热量示例

20.1.2 湿源

另外,湿度也影响井下工作环境舒适度。随着空气水分增加含湿量增加,会降低人自身冷却系统(出汗)对身体的降温能力。

围岩—潮湿的岩石表面会增加蒸发量。

积水—地面积水或地下水池会增加水分的蒸发。

柴油设备—通过工作时的排气管产生水蒸气,每消耗 1公升柴油,将产生多达1.5- 5公升的水蒸气。

降尘/喷雾—用于主要通风线路降尘,大部分喷出的水将蒸发到空气中。

需要强调的是进入到空气中的水蒸气不会直接增加空气中的“热”—— 事实上干球温度将会下降,湿球温度会保持不变。

但周围空气温度的下降使得较冷的湿空气更容易顺风流从围岩表面吸收热量。结果,湿空气温度增高空气质量和制冷能力会迅速降低,湿球温度随空气中的水分增加而增加。