礦井大氣環(huán)境治理及地熱資源的開發(fā)利用

1　礦山井下環(huán)境治理技術(shù)研究進展 1
1.1　國內(nèi)外礦井降溫技術(shù) 1
1.1.1　國外發(fā)展狀況 1
1.1.2　國內(nèi)發(fā)展狀況 2
1.2　礦山井下大氣環(huán)境綜述 3
1.2.1　井下濕熱產(chǎn)生的原因 3
1.2.2　高溫、高濕危害 3
1.2.2.1 對人體的危害 4
1.2.2.2 誘發(fā)事故，降低勞動效率 4
1.2.2.3 造成惡劣的礦井氣候 4
1.2.3　井下粉塵來源及危害 5
1.2.4　治理措施及意義 5
1.3　深井熱巖體水滲流及其濕熱影響 6
1.3.1　礦山巖石滲流研究現(xiàn)狀 6
1.3.2　裂隙滲流對巷道空間的濕熱影響 7
1.4　礦山熱能利用綜述 7
1.4.1　礦山二次資源開發(fā)意義 7
1.4.2　國內(nèi)外礦山地下熱能利用概況 8
1.5　礦山熱能利用發(fā)展趨勢 9
1.6　本章小結(jié) 10
2　通風改善礦井環(huán)境方法優(yōu)化 10
2.1　礦井通風網(wǎng)絡(luò)圖論 10
2.1.1　流體網(wǎng)絡(luò)的基本概念 11
2.1.2　流體網(wǎng)絡(luò)中的圖 12
2.1.3　網(wǎng)絡(luò)圖中的路徑 14
2.1.4　通風網(wǎng)絡(luò)矩陣 14
2.1.4.1 節(jié)點的鄰接矩陣 14
2.1.4.2 關(guān)聯(lián)矩陣及基本關(guān)聯(lián)矩陣 14
2.1.4.3 回路矩陣和基本回路矩陣 15
2.2　通風網(wǎng)絡(luò)中風流流動的基本規(guī)律 15
2.2.1　質(zhì)量守恒定律 16
2.2.1.1 狹義質(zhì)量守恒定律 16
狹義上的質(zhì)量守恒定律 16
2.2.1.2 廣義的質(zhì)量守恒定律 16
2.2.2　能量守恒定律 17
2.2.2.1　風壓平衡定律 17
2.2.2.1　阻力平衡定律 17
2.2.3　阻力定律 18
2.3　不同結(jié)構(gòu)的風路及其特點 18
2.3.1　串聯(lián)風路的風流特點 18
2.3.1.1 各分支風量與總風量(亦稱質(zhì)量流量 () )的關(guān)系 18
2.3.1.2 各分支阻力與總阻力的關(guān)系 19
2.3.1.3 串聯(lián)總風阻 19
2.3.2　并聯(lián)風路的風流特性 19
2.3.3　角聯(lián)風路的風流特點 20
2.4　礦井通風網(wǎng)絡(luò)的特點 21
2.4.1　礦井通風網(wǎng)絡(luò)的復雜性 21
2.4.2　礦井通風網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)性 22
2.4.3　礦井通風網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的影響因素 22
2.5　礦井通風系統(tǒng)的優(yōu)化 22
2.5.1　礦井通風系統(tǒng)的阻力調(diào)節(jié) 23
2.5.2　礦井通風系統(tǒng)的風量調(diào)節(jié) 24
2.5.3　礦井通風系統(tǒng)的主通風機工況優(yōu)化 25
2.6　本章小結(jié) 26
3　巷道濕熱交換及角聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的模擬 27
3.1　流體動力學基本理論及數(shù)學模型 28
3.1.1　流體力學基本模型 28
3.1.1.1 連續(xù)性方程 28
3.1.1.2 動量方程 29
3.1.1.3 能量方程 29
3.1.2　湍流流動模型 30
3.2　巷道風流濕熱交換的數(shù)值模擬 31
3.2.1　模型的假設(shè) 31
3.2.2　模型的建立 31
3.2.3　邊界條件及計算參數(shù)的設(shè)置 32
3.2.4　模擬結(jié)果分析 33
3.2.4.2　濕度場 38
3.2.4.3　結(jié)果 42
3.3　井筒風流濕熱交換的數(shù)值模擬 43
3.3.1　模型的假設(shè) 43
3.3.2　模型的建立 44
3.3.3　邊界條件及計算參數(shù)的設(shè)置 45
3.3.4　模擬結(jié)果分析 45
3.3.4.1 溫度場 45
3.3.4.2 濕度場 49
3.3.4.3 結(jié)果 52
3.4　角聯(lián)通風網(wǎng)絡(luò)數(shù)值模擬 53
3.4.1　擬牛頓法(Broyden方法)及基于Matlab編程解算 55
3.4.1.1 擬牛頓法(Broyden方法) 55
3.4.1.2 編程解算及結(jié)果分析 55
3.4.2　 FLUENT數(shù)值模擬 57
3.4.2.1 模型建立及網(wǎng)格劃分 57
3.4.2.2 模擬過程 58
3.4.2.3 模擬結(jié)果分析 59
3.5　本章小結(jié) 61
4　礦井通風系統(tǒng)參數(shù)評價研究 62
4.1　基于熵理論的耗散系統(tǒng)評價分析 62
4.1.1　礦井通風系統(tǒng)耗散結(jié)構(gòu) 63
4.1.2　礦井通風系統(tǒng)狀態(tài)過程演變 64
4.1.3　應(yīng)用分析 65
4.1.4　評價結(jié)論 66
4.2　逼近理想解方法評價 66
4.2.1　基于熵權(quán)的TOPSIS方法 66
4.2.1.1 數(shù)據(jù)的規(guī)范化 67
4.2.1.2 確定評價指標的熵權(quán) 67
4.2.1.3 確定評價指標的熵權(quán) 67
4.2.1.4 確定理想解和負理想解 68
4.2.1.5 計算距離 68
4.2.1.6 確定相對接近度 68
4.2.2　礦井通風系統(tǒng)方案綜合評判 69
4.2.2.1 確定評價對象集 69
4.2.2.2 建立評價指標集 69
4.2.2.3 第二層次綜合評價 70
4.2.2.4 第一層次綜合評價 71
4.2.2.5 結(jié)果分析 71
4.3　本章小結(jié) 71
5　礦井工作面增氧技術(shù)研究 72
5.1　礦井環(huán)境對人體的影響 73
5.1.1 礦井空氣對人的影響 73
5.1.2 氣候環(huán)境對人的影響 73
5.1.3 有毒有害氣體對人的影響 73
5.1.4 粉塵對人的影響 74
5.2　礦井增氧量計算 74
5.2.1　礦井新風量 74
5.2.1.1 CO2濃度 74
5.2.1.2 空氣中CO2含量的計算 75
5.2.2 　礦井新風量氧氣消耗量 77
5.2.3　礦工氧氣消耗量 78
5.2.4　礦井漏風氧氣消耗量 78
5.3　礦井增氧系統(tǒng)設(shè)計 78
5.3.1　礦井制氧設(shè)計 78
5.3.1.1 制氧量技術(shù)指標 78
5.3.1.2 用途 79
5.3.1.3 使用環(huán)境 79
5.3.1.4 工作要求 79
5.3.1.5 制氧機技術(shù)指標： 79
5.3.1.6 工程標準 79
5.3.1.7 系統(tǒng)特點 80
5.3.1.8 技術(shù)流程 80
5.3.2　礦井供氧設(shè)計 81
5.3.2.1 供氧方案分析 81
5.3.2.2 供氧方案的經(jīng)濟性比較 82
5.3.2.3　供氧系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng) 82
5.4　工作面增氧通風模型及數(shù)值模擬 83
5.4.1　通風風流中的紊流方程 83
5.4.1.1 時均方程 83
5.4.1.2 連續(xù)性方程 84
5.4.1.3 渦粘模型 84
5.4.1.4 標準k-ε雙方程模型 85
5.4.2　工作面增氧通風模擬 85
5.5　本章小結(jié) 98
6　井下粉塵及有害氣體治理的理論與實踐 98
6.1　井下塵毒來源分析 99
6.2　靜電除塵技術(shù) 101
6.2.1　靜電除塵器粉塵振打 102
6.2.2　粉塵極化能力對粘結(jié)力的影響 102
6.2.2.1 介質(zhì)在恒定電場中的極化 103
6.2.2.2 電介質(zhì)的微觀極化機構(gòu) 104
6.2.2.3　電介質(zhì)受力分析 109
6.2.3　推論 111
6.3　影響粉塵粘結(jié)力的各種因素 111
6.3.1 　MATLAB語言演示粘結(jié)力變化趨勢的直觀性 111
6.3.1.1　范德華力 112
6.3.1.2 電暈靜電力 113
6.3.1.3 極化靜電力 115
6.3.1.4 其它的幾種力 120
6.3.1.5 小結(jié) 121
6.4　礦山塵毒治理實例 121
6.4.1　典型礦山塵毒現(xiàn)狀 122
6.4.2　塵毒治理方案選擇 122
6.4.2.1 方案選擇原則 123
6.4.4.2 除塵技術(shù)方案確定 123
6.4.4.3 炸藥的配比計算 123
6.4.4.4 水封爆破 124
6.4.4.5 噴霧降塵 124
6.4.3　方案實施前后的數(shù)據(jù)分析 125
6.4.4　方案實施中的注意事項 125
6.4　本章小結(jié) 126
7　巖體裂隙滲流及圍巖-風流濕熱交換機理研究 127
7.1　巖體滲透率與靜應(yīng)力關(guān)系測定 127
7.2　巖體裂隙滲流與應(yīng)力關(guān)系分析 129
7.3　巖體裂隙變形與滲流關(guān)系模型的建立 130
7.3.1　流體的存儲效應(yīng)模型 130
7.3.2 裂隙引起的附加應(yīng)力模型 131
7.3.3　邊界條件對孔彈性應(yīng)力變化的影響 132
7.4　巖體壓裂控制研究 132
7.4.1　穩(wěn)定開裂條件分析 133
7.4.2　裂隙失穩(wěn)壓力分析 134
7.5　熱巖裂隙控制模型的建立及其意義 134
7.6　深井濕熱參數(shù)測定 136
7.6.1 風流參數(shù)測試 137
7.6.1.1 對象 137
7.6.1.2 數(shù)據(jù)處理 137
7.6.2 圍巖溫度測試 138
7.7　圍巖壁面濕熱散發(fā)求解 141
7.7.1　顯熱計算 141
7.7.2　潛熱計算 141
7.7.2.1 壁面與風流的潛熱計算 142
7.7.2.2 潮濕度系數(shù)的計算 144
7.8　圍巖與風流濕熱交換模型的建立 144
7.8.2　濕度平衡方程建立 145
7.8.3　巖壁溫度的求解 145
7.8.4　預測模型在礦山中的應(yīng)用分析 146
7.9　本章小結(jié) 149
8　礦山地熱階梯利用研究 150
8.1　礦山深部開采地溫預測研究 150
8.1.1　礦井深部溫度預測模型建立 150
8.1.1.1 傳導型深部地溫預測 150
8.1.1.2 傳導-對流型深部地溫預測 153
8.1.2　深部溫度推算中的地形校正 154
8.2　我國地熱能利用可行性分析 156
8.3　地熱分級利用模式 156
8.3.1　典型金礦地熱概況 156
8.3.2　礦井熱能開發(fā)新方法 157
8.3.3　分級利用模式的提出 158
8.4　礦山地熱能促進沼氣生物質(zhì)能研究 159
8.4.1　溫度對產(chǎn)氣量的影響 159
8.4.2　沼氣池加溫熱源分析 160
8.4.3　地熱加溫沼氣池試驗 161
8.4.3.1 加溫試驗系統(tǒng)設(shè)計 161
8.4.3.2 螺旋管換熱過程分析 161
8.4.3.3 螺旋管傳熱系數(shù)計算 162
8.4.3.4 產(chǎn)氣效果分析 162
8.4.4　加溫系統(tǒng)成本效益分析 163
8.4.4.1 沼氣池建設(shè)模式 163
8.4.4.2 沼氣池成本預算 163
8.4.4.3 地熱加溫效益分析 163
8.5　余水回灌系統(tǒng)實驗研究 164
8.5.1　回灌技術(shù)原理 164
8.5.2　金屬礦區(qū)回灌方案設(shè)計 165
8.5.2.1 礦區(qū)回灌目的 165
8.5.2.2 回灌水質(zhì)選擇 165
8.5.2.3 回灌類型選擇及回揚分析 165
8.5.3　回灌試驗分析 166
8.5.3.1 回灌井位置布設(shè) 166
8.5.3.2 回灌管井參數(shù) 166
8.5.3.3 回灌試驗結(jié)果 166
8.6　本章小結(jié) 167
9　結(jié)論及展望 168
9.1　主要研究結(jié)論 168
9.2　主要創(chuàng)新點 169
9.3　展望 169