基于价值工程的矿井降温方案优选技术.pdf

论文题目 基于价值工程的矿井降温方案优选技术 作者姓名王越 专业名称塞全王猩 指导教师苴麽蚩 副指导教师韭麦盟 入学时间垄Q 曼圣生2 且 研究方向王些区皇险尘量苤 职称 数授 职 称直级王程垣 论文提交E l 期2 Q 兰生重且 论文答辩日期2 Q 呈生且 授予学位E 1 期 I I I [ 1 lI l l l l l l l lI I I II l l l l l lI II I I Y 2 9 2 5 0 6 7 T H ET E C H N O L O G Yo FT H E Ⅳ玎N EC o o L I N G S C H E M ES E L E C T I o NB A S E Do NV 地U E E N G I N E E R I N G AD i s s e r t a t i o ns u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t so ft h ed e g r e eo f M L A S T E Ro FE N G I N E E R I N G f r o m S h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y b y W a n g B i n S u p e r v i s o r P r o f e s s o rC a oQ i n g g u i C o l l e g eo fM i n i n ga n dS a f e t yE n g i n e e r i n g J u n e2 0 1 5 声明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所 公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交 于其它任何学术机关作鉴定。 A F F I R M A T I o N 硕士生签名 日期 动心s 、l | Id e c l a r et h a tt h i sd i s s e r t a t i o n ，s u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ea w a r do fM a s t e ro fE n g i n e e r i n gi nS h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y , i sw h o l l ym yo w nw o r ku n l e s sr e f e r e n c e do fa c k n o w l e d g e ．T h e d o c u m e n th a sn o tb e e ns u b m i t t e df o rq u a f i f i c a t i o na ta n yo t h e ra c a d e m i c i n s t i t u t e ． s i g n a t u r e 哟抓 D a t e 如哆■I I 些变型垫奎兰堡主兰垡笙茎 塑墨 摘要 随着矿井开采逐渐向深部发展，矿井高温热害现象日益严重，矿井降温是高温矿井 必须解决的重要问题。而矿井降温系统建设、运营费用很高，其方案选择是一项非常复 杂的工作。我国对矿井降温方案的优选研究还不够充分，尚未形成成熟的优选决策体系。 本文首先从矿井深部开采热害形成原因入手，分析总结了矿井热湿源种类，并运用 有限元模拟分析软件F l u e n t 对采煤工作面的风流速度场、温度场进行了模拟研究，得到 了热湿源对工作面的风流温度分布的影响结果，可用于指导降温方案优选后的热害治理 工作；通过对现有高温煤矿降温技术方案的统计和技术经济对比分析，得出矿井降温技 术方案的确定过程复杂，应确定合理的评价指标并结合煤矿的自身条件进行优选。 本文研究提出了利用价值工程原理对降温技术方案进行优选决策的方法，建立了矿 井降温方案评价指标体系，并利用层次分析法对各指标进行权重确定，运用模糊综合评 判方法对指标进行量化，从而计算价值系数，通过价值系数对矿井降温技术方案进行优 选；同时，运用V i s u a lB a s i c6 ．0 研制了煤矿降温技术方案优选软件，计算过程和评价结 果可以存储到数据库中，供用户查询和参考，从而简化了人工计算过程、提高了优选效 率、加强了方案评价工作的科学管理。 利用本文提出的方法和应用软件，可应用价值工程原理科学、有效、快速地开展矿 井降温技术方案的优选；本文将其应用于陈蛮庄煤矿的降温方案优选工作中，取得了理 想效果。因此，本文的探索对于该领域的研究具有一定的参考价值，可供煤矿生产现场 参考应用。 关键词矿井降温，价值工程，模糊评价，优选，决策，应用软件 山东科技大学硕士学位论文 摘要 A b s t r a c t W i t ht h em i n em i n i n gd e p t hi n c r e a s e ，h o td i s a s t e ro fh i g ht e m p e r a t u r ei si n c r e a s i n g l y s e r i o u s ．H o wt om a k et h em i n ec o o lh a sb e c o m eo n eo ft h em o s ti m p o r t a n tt a s k si nh i g h t e m p e r a t u r em i n e ．T h ei n v e s t m e n to fm i n ec o o l i n gs y s t e mc o n s t r u c t i o ni sv e r yh i g h ，S Oi ti s v e r yc o m p l e xt o c h o o s et h em i n e c o o l i n gs y s t e m ．r e g r e t t a b l y , m i n ec o o l i n g s c h e m e o p t i m i z a t i o ni sn o ta d e q u a t ei no u rc o u n t r ya n di t h a sn o ty e tf o r m e dam a t u r eo p t i m i z a t i o n d e c i s i o n - m a k i n gs y s t e m ． T h i sa r t i c l es t u d i e so nt h et h e r m a ld a m a g em e c h a n i s mo fd e e pm i n i n gf i r s t l y , a n dg e t st h e w i n da n dt e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o nc h a n g el a wo fw o r k i n gf a c eb yu s i n gt h ef i n i t ee l e m e n t s i m u l a t i o na n a l y s i ss o f t w a r eF l u e n tt os i m u l a t et h ew i n dv e l o c i t yf i e l da n dt e m p e r a t u r ef i e l da t c o a lm i n i n gw o r k i n gf a c e ．T h el a wp l a y sag u i d i n gr o l ef o rt h et h e r m a ld i s a s t e rp r e v e n t i o n ． T h r o u g hm a k i n gs t a t i s t i c st ot h ee x i s t i n gh i g ht e m p e r a t u r ec o a lm i n ec o o l i n gs c h e m ea n d c o m p a r i n gt e c h n i c a la n de c o n o m i c ，i ti sac o m p l e xp r o g r e s st of o r m u l a t et h ec o o l i n gs c h e m e ． A n dw es h o u l dd e t e r m i n ear e a s o n a b l ee v a l u a t i o ni n d e xc o m b i n e dw i t ht h e i rc o n d i t i o n so f m m e ． T h i sp a p e rp u tf o r w a r dt h ec o o l i n gs c h e m eo p t i m i z a t i o nd e c i s i o nm e t h o db yu s i n gv a l u e e n g i n e e r i n gp r i n c i p l ef o rt h ef i r s tt i m e ，a n dw ea l s oe s t a b l i s h e dt h ee v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mo f m i n ec o o l i n gs c h e m e ，a n dd e t e r m i n ee a c hi n d i c a t o r ’Sw e i g h t sb yu s i n gA n a l y t i cH i e r a r c h y P r o c e s s A H P ．W eu s e df u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o dt oq u a n t i f yt h ei n d e x e s ， t h u st h ev a l u ec o e f f i c i e n ti sc a l c u l a t e d ，a n dt h e nc a r r yt h r o u g ht h es e l e c t i o no fm i n ec o o l i n g s c h e m et h r o u g ht h ev a l u ec o e f f i c i e n tA tt h es a m et i m e ，t h ec o a lm i l l ec o o l i n gt e c h n o l o g yp l a n o p t i m i z a t i o ns o f t w a r ei sd e v e l o p e db yu s i n gV i s u a lB a s i c6 ．0 ．A n dt h ec a l c u l a t i o np r o c e s sa n d t h ee v a l u a t i o nr e s u l t sc a nb es t o r e di nt h eA c c e s sd a t a b a s ef o rt h eu s e rq u e r ya n dr e f e r e n c e ． T h ea r t i f i c i a lc a l c u l a t i o np r o c e s sc a nh es i m p l i f i e d ，t h eo p t i m i z a t i o ne f f i c i e n c yc a nb e i m p r o v e da n dt h es c i e n t i f i cm a n a g e m e n to fp r o j e c te v a l u a t i o nw o r kC a na l s ob es t r e n g t h e n e d b yt h es o f t w a r e ． W ec a nc a r r yo u tt h eo p t i m i z a t i o no fm i n ec o o l i n gt e c h n o l o g ys o l u t i o n ss c i e n t i f i c a l l y 、 e f f e c t i v e l ya n dq u i c k l yb yu s i n gt h ep r o p o s e dm e t h o da n dt h ea p p l i c a t i o ns o f t w a r ea n dt h e I I 二堕科技大学硕士学位论文 摘要 a p p l i c a t i o no fv a l u ee n g i n e e r i n gp r i n c i p l e ．T h i sp a p e ra p p l i e dt h i sm e t h o dt oc o o l i n gs c h e m e o p t i m i z a t i o nw o r ko fC h e nm a nz h u a n gc o a lm i n e ，a n dh a so b t a i n e dt h eM e a le f f e c t l y ． T h e r e f o r e ，t h ee x p l o r a t i o no fs t u d yh a sc e r t a i nr e f e r e n c ev a l u ef o rt h ef i e l di nt h i sp a p e rc a nb e u s e df o rr e f e r e n c ei nt h ec o a lm i n ep r o d u c t i o ns i t ea p p l i c a t i o n ． K e y w o r d s m i n ec o o l i n g ，v a l u ee n g i n e e r i n g ，f u z z ye v a l u a t i o n ，o p t i m i z e ，d e c i s i o n m a k i n g ，a p p l i c a t i o ns o f t w a r e ． I I I 山东科技大学硕士学位论文 目录 目录 11 l j 蕾{ i 仑．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 1 ．1 课题研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．3 课题研究目的、意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 ．4 课题研究的主要内容、方法和技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 矿井热湿源危害模拟分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．1 矿井热害分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 ．2 矿井热湿源的类型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 2 ．3 热湿源对采煤工作面风温影响模拟分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．】2 2 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 3 矿井降温方案技术经济分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 2 3 ．1 矿井降温方案简述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 3 ．2 矿井降温方案应用统计与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 6 3 ．3 矿井降温方案的技术经济分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 0 3 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 4 基于价值工程的矿井降温方案优选方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 4 ．1 价值工程概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 4 ．2 价值工程在矿井降温方案优选决策中的流程及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 7 4 ．3 矿井降温方案的功能评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 4 ．4 矿井降温方案价值分析与优选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 6 4 ．5 基于价值工程的降温方案优选软件研制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 7 4 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯51 5 煤矿降温方案优选案倒研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 5 ．1 矿井概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 5 ．2 矿井冷负荷计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 3 山东科技大学硕士学位论文目录 5 ．3 矿井降温方案成本的计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 5 5 ．4 矿井降温方案的优选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 5 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 6 结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 9 6 ．1 研究结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 6 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 0 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 攻读研究生期间主要成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。⋯⋯⋯⋯6 2 I I I I } 考j j j 欧．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 3 I I 山东科技大学硕士学位论文 目录 C o n t e n t s 1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I 1 ．IR e s e a r c hb a c k g r o u n d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2T h er e s e a r c hs t a t u sa th o m ea n da b r o a d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．3T h er e s e a r c hp u r p o s ea n dm e a n i n g ⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．4T h em a i nc o n t e n to f r e s e a r c h ．m e t h o d sa n dt e c h n i c a lr o u t e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 2T h es i m u l a t i o na n a l y s i so ft h ef o r m a t i o nm e c h a n i s mo fm i n eh e a td a m a g e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 ．1T h ea n a l y s i so f m i n et h e r m a lh a r m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 ．2T h et y p eo f m i n eh e a ts o u r c e ⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 2 ．3H e a ta n dm o i s t u r es o u r c e si n f l u e n c eo nS i m u l a t i o na n da n a l y s i so fa i rt e m p e r a t u r e f l o wi nc o a lm i n i n gw o r k p l a c e ．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 2 ．4C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．2 1 3T h et e c h n i c a la n de c o n o m i ca n a l y s i so fm i n ec o o l i n gs o l u t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯2 2 3 ．1T h em i n ec o o l i n gs c h e m eb r i e f l y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 3 ．2S t a t i s t i c sa n da n a l y s i so f m i n ec o o l i n gp r o g r a m ⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．3E c o n o m i ca n a l y s i so f m i n ec o o l i n gs c h e m e ⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 3 ．4C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 3 4T h em i l l ec o o l i n gs c h e m es e l e c t i o nm e t h o db a s e do nt h ev a l u ee n g i n e e r i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 4 ．1T h eo v e r v i e wo f v a l u ee n g i n e e r i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 4 ．2V a l u ee n g i n e e r i n gp r o c e s sa n a l y s i si nd e c i s i o n m a k i n gp r o j e c to f m i n ec o o l i n g ⋯⋯．3 7 4 ．3T h ef u n c t i o ne v a l u a t i o no f t h em i n ec o o l i n gs c h e m e ．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．⋯⋯．⋯．．．．．．．．．．．．．．⋯．3 9 4 ．4T h ev a l u ea n a l y s i sa n ds e l e c t i o no f t h em i n ec o o l i n gs c h e m e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 6 4 ．5T h es o f t w a r er e s e a r c ho f m i n ec o o l i n gs c h e m eb a s e do nt h ev a l u ee n g i n e e r i n g ．．．．．．．．4 7 4 ．6C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．51 5T h em i l l ec o o l i n gs c h e m eo p t i m i z a t i o nc a s es t u d y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 2 5 ．1T h eg e n e r a ls i t u a t i o no f m i n e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 2 5 ．2M i n ec o o l i n gl o a dc a l c u l a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 3 5 ．3C a l c u l a t et h ec o s to f m i n ec o o l i n gs o l u t i o n s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 5 山东科技大学硕士学位论文目录 ；．4D e c i s i o n - m a k i n go f m i n ec o o l i n gs c h e m e ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 6 5 ．5C h a p t e rs u m m a r y ．．．．．．．．．．。．．。。．．。．．。．．．．．．．．．．．．．．。。．．．．．．。。⋯．．．．．⋯．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．⋯．．．．．．．．⋯．．．．．．5 8 6C o n c l u s i o na n dP r o s p e c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 9 6 ．1M a i nw o r ka n dc o n c l u s i o n s ．．．．．．．．⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．⋯⋯．．．．．⋯．⋯．．．．．．．．5 9 6 ．2P r o s p e c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯6 0 T h a n k s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 1 T h em a j o ra c h i e v e m e n t sd u r i n gt h eM a s t e r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．6 2 R e f e r e n c e s ⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 Ⅱ 山东科技大学硕士学位论文绪论 1 ．1 课题研究背景 自二十一世纪开始，随着我国经济高速增长，煤炭的产量也从2 0 0 0 年的1 4 ．7 2 亿吨 增长到1 4 年的3 5 ．2 亿吨，矿井的设计产量逐步增大，5 0 0 万吨的特大型矿井己不足为奇， 神华集团的大柳塔矿和榆家梁煤矿单井单面年产原煤超过千万吨。随着产量的增加，煤 炭的开采深度也随着增加，千米立井随处可见，并且我国的煤炭资源7 3 ．2 ％在一千米已 下。开采深度的不断增加，使矿井热害也越来越严重。井下的高温环境不仅对职工的健 康造成损害，而且还威胁着矿井的安全生产，矿井热害己成为威胁矿井安全生产的六大 灾害之一[ 1 1 。 矿井热害问题是全球采矿业所面临的问题。国外矿井由于发展较早，矿井开采深度 大。所以，其是最先出现热害问题的。例如，南非、前苏联、德国是矿井热害最严重的 国家，南非开采金矿、钻石矿，开采深度达到3 0 0 0 米，原岩温度都在3 6 ～5 8 ℃，其中 热害最厉害的矿井是普列登斯汀矿，井下温度达到达6 3 。C t 到。前苏联煤矿井深达到1 2 0 0 ～ 1 4 0 0 米，其中彼德罗夫煤矿采深达1 2 0 0 米，井下最高温度达到5 2 ℃。国外还有许多国 家都出现了矿井热害问题，例如，比利时、法国、英国等，矿井开采深度越深，热害问 题就越突出。我国采矿业近代才得到发展，上世纪五十年代，我国的煤矿开采深度较浅， 一般在3 0 0 米左右。但是，随着经济增长，煤炭作为工业粮食不可或缺，需求也随之上 涨，为了开采更多资源，开采深度也不断加深。据有关部门调查数据显示，截止到2 0 0 8 年，我国共有6 2 处高温矿井，其中地温梯度为2 4 ℃／l O O m ，大部分围岩温度3 9 ℃～ 4 5 。C 之间【3 训。在最近几年，高温矿井数量依然继续增加，其中约9 0 ％是由于开采深度大、 岩石温度高造成的。 矿井的高温热害影响人的正常生理功能，正常情况下，人体的温度由神经中枢调节， 当外界温度超过人体内在温度事，就会造成系统混乱。研究表明，在温度超过3 8 ℃时， 人体机能就会出现异常，待在高温环境时间过长，就会出现中暑、昏厥的危险情况。我 国煤矿安全规程规定采掘工作面空气温度不得超过2 6 。C ，机电设备硐室的空气温 度不得超过3 0 ℃；当采掘工作面温度超过3 0 。C ，机电硐室温度超过3 4 。C 时，必须停止 山东科技大学帧士学位论文绪论 作业1 5 】。”可以看出，采取降温措施，降低工作环境温度，确保职工健康，是必要的。在 矿井降温措施中主要有两种一种是非机械式降温措施。例如，通过通风进行矿井降温。 实践表明，通风降温是比较经济、快捷的，但是随着通风路线的增加，通风能力的限制， 以及工作面对风速的要求，通风降温降低的温度有限。第二种是机械式降温措施，降温 效果好，不受气候影响。现在的矿井降温一般都采用这种方式。主要包括冷水降温系统、 冰水制冷降温系统等。人工制冷降温技术己成为治理热害的主要措施，对该类技术的研 究与应用，是当今采矿业和相关领域科研人员的迫切任务。 1 ．2 国内外研究现状 国外的热害治理起步较早，不管是在热害理论还是在降温技术上的研究，都比国内 发展快。对地温观测最早的是法国，早在1 8 世纪，就对某金属矿井进行了地温观测。 二十世纪初，各国在矿井热害理论上的研究日益增多，并将其应用于实践之中。巴 西M o r r oV e h l 0 金矿建立了地面集中制冷站，并且第一次将空调器应用于井下[ 6 1 。1 9 2 3 年德国H e i s eD r e k o p t 提出了调热圈等概念，这是首次对矿井内热环境的理论研究。同时， 英国彭德尔顿煤矿是第一个安装制冷机，实现采煤工作面降温的矿井[ 7 1 。 3 0 5 0 年代，矿井风温预测得到了快速发展，南非的B i c c a r dJ a p p e 是最早研究风温 预测的专家，并且提出了风温计算的基本想法，这是近代风温预测计算的雏形【8 } 。5 0 年 代，在矿井热害理论取得了较多的研究成果，1 9 5 1 年英国的V a nH e e r d e n 和德国K o n i g 等人提出了围岩调热圈温度场的理论解【9 | 。1 9 5 3 年乌克兰谢尔班、克列姆涅夫等人通过 大量的实践观测数据和理论研究，提出了不稳定换热系数和调热圈温度场的计算方法。 1 9 5 3 年在德国洛伯尔格矿井下安设了大型风流冷却设备，并取得了不错效果。1 9 5 5 年日 本的平松良雄又提出围岩与风流组成体系的传热方程式随时间变化的风流温度的近似计 算法【1 0 】。 6 0 8 0 年代，随着计算机的出现，大量学者利用计算机进行风温预测计算，德国学 者N o t t r o t 等利用数值计算法描述调热圈温度场。1 9 7 1 年，德国J ．V o s s 等人提出了完整 的采掘工作面风温计算方法【l l 】。同时，也出现了一些矿井热害治理的专著，例如，平松 良雄的通风学等。这些理论的完善，也为机械式降温提供了理论基础。由于南非开 2 山东科技大学硕士学位论文绪论 采的金矿较深，所以，南非制冷降温技术发展最快，到1 9 7 1 年南非己有4 4 个矿井采取 了人工制冷降温。1 9 8 5 年1 1 月南非首次采用冰作为载冷剂进行降温。1 9 8 9 年，南非某 金矿首次建成压缩空气制冷空调系统，冷却工作面风流温度，进行降温[ 1 2 - 1 3 】。 在矿井制冷装置、换热设备的制造、选型、安装方面，德国、南非、英国发展较快。 尤其是德国，德国在深井高温煤矿制冷降温技术上处于世界领先地位，德国的降温设备 技术先进，制冷设备性能良好，运行安全可靠。国内的一些大型降温设备都是从德国进 口，例如现在普及很广的德国W A T 公司的制冷机组。 国外的矿井降温技术，将高科技手段应用到矿井降温中是以后发展的趋势。例如通 过智能化控制系统来控制矿井降温系统，使其始终处在优良的状态下运行。国外在矿井 热害治理和制冷降温技术方面起步较早、技术先进，并取得了一定成果。不管是在在理 论研究上，还是在降温设备研制，对我国的矿井降温工作具有指导借鉴意义。 我国矿井降温技术发展历程大致如下 图1 ．1 所示 2 0 世纪5 0 年代 1 9 6 4 - - 1 9 7 5 焦 开始进行矿井降温技术的研究工作，部分热害矿井开 始了地温测量等工作。 在淮南九龙岗矿设计了我国第一个矿井局部制冷降温 系统，为我国制冷降温技术的发展奠定了基础。 石云二i 磊引蠢祟囊荔蓬黼了我国第一个井下集中制冷降 _ 工 ]l 在山东新汶矿务局设计了我国第一个矿井地面集中制 1 9 8 6 一1 9 9 1 年r 一1 冷降温系统 投资2 3 0 0 万元 2 0 0 4 年6 月 2 0 0 8 年6 月 2 0 0 8 年6 月 在新矿集团孙村煤矿设计了我国第一个地面集中式冰 冷系统 我国第一个达到设计要求的地面集中式水冷井下降温 系统，在国投新集刘庄煤矿投入运营。 我国第一个达到设计要求的地面散热井下集中式水冷 系统，在兖矿菏泽能化有限公司赵楼矿井投入运营。 图1 ．1 我国矿井降温技术发展 F i g ．1 ．1D e v e l o p m e n to f m i n ec o o l i n gt e c h n o l o g yi nC h i n a 3 山东科技大学硕士学位论文绪论 我国矿井热害治理起步较晚，7 0 年代开始我国就已经出现多处高温矿井，为了安全 生产和适应以后发展，对矿井热环境进行研究，并且开展了大量的工程实践。在此期间， 煤炭部在各大设计院的协助下，完成了对高温矿井矿内风流热力状态的观测，并提出了 风温预测数学模型【l4 1 。之后随着计算机的发展，计算机模拟也被应用到热害治理中，大 大提高了风温预测的准确性。近年来，随着我国采矿业的高速发展和矿井大采深的发展 趋势，涌现出了大批的高温矿井。与此同时，针对这些矿井，相关专家、学者结合矿井 的实际情况开发研究了高效、实用的矿井降温工程技术。山东科技大学陈平教授2 0 0 4 年首先提出矿井压气空调系统；淮南矿业集团结合自身高瓦斯矿井【1 5 1 ，应用了热电冷联 产系统，提高能源利用效率和能源供应的稳定性与可靠性、减少碳化物及有害气体的排 放；中国矿业大学何满朝教授H E M S 降温技术B 6 ] 等。 我国矿井降温技术从通风降温到大型降温系统全矿井降温，在这半个世纪得到了快 速的发展。虽然成果显著，但与国外比，国内的矿井降温技术研究与应