第二节  矿井主要热源及其散热量

 要进行矿井空调设计，首先就必须了解引起矿井高温热害的主要影响因素。能引起矿井气温值升高的环境因素统称为矿井热源。

 一、井巷围岩传热

 1.围岩原始温度的测算

 围岩原始温度是指井巷周围未被通风冷却的原始岩层温度。由于在地表大气和大地热流场的共同作用下，岩层原始温度沿垂直方向上大致可划分为三个层带：

 变温带：在地表浅部由于受地表大气的影响，岩层原始温度随地表大气温度的变化而呈周期性地变化，称为变温带。

 恒温带：随着深度的增加，岩层原始温度受地表大气的影响逐渐减弱，而受大地热流场的影响逐渐增强，当到达某一深度处时，二者趋于平衡，岩温常年基本保持不变，这一层带称为恒温带，恒温带的温度约比当地年平均气温高1～2℃。

 增温带：在恒温带以下，由于受大地热流场的影响，在一定的区域范围内，岩层原始温度随深度的增加而增加，大致呈线性的变化规律，这一层带称为增温带。

 地温率：在增温带内，岩层原始温度随深度的变化规律可用地温率或地温梯度来表示。地温率是指恒温带以下岩层温度每增加1℃，所增加的垂直深度，即：

,             (8-2-1)

 地温梯度：指恒温带以下，垂直深度每增加100m时，原始岩温的升高值，它与地温率之间的关系为：

,            (8-2-2)

 ─地温率，；─地温梯度，；

 、─恒温带深度和岩层温度测算处的深度，；、─恒温带温度和岩层原始温度，。若已知或及、，则对式（8-2-1）、式（8-2-2）进行变形后,即可计算出深度为的原岩温度。

表8-2-1我国部分矿区恒温带参数

矿区名称	恒温带深度Z0（m）	恒温带温度tr0()	地温率gr(m/)
辽宁抚顺 山东枣庄 平顶山矿区 罗河铁矿区 安徽淮南潘集 辽宁北票台吉 广西合山 浙江长广 湖北黄石	25 30  40  25 25 27 20 31 31	10.5 17.0 17.2 18.9 16.8 10.6 23.1 18.9 18.8	30 45 31 21 59 25 33.7 40 37 40 44 43.3 39.8

表8-2-1列出的我国部分矿区恒温带参数和地温率数值，仅供参考。

 2.围岩与风流间传热量

 井巷围岩与风流间的传热是一个复杂的不稳定传热过程。井巷开掘后，随着时间的推移，围岩被冷却的范围逐渐扩大，其所向风流传递的热量逐渐减少；而且在传热过程中由于井巷表面水分蒸发或凝结，还伴随着传质过程发生。为简化研究，目前常将这些复杂的影响因素都归结到传热系数中去讨论。因此，井巷围岩与风流间的传热量可按下式来计算：

                            (8-2-5)

 ─井巷围岩传热量，；

 ─围岩与风流间的不稳定换热系数，；

 ─井巷周长，； ─井巷长度，；

 ─平均原始岩温，； ─井巷中平均风温，。

 围岩与风流间的不稳定传热系数Kτ是指井巷围岩深部未被冷却的岩体与空气间温差为1℃时，单位时间内从每m2巷道壁面上向空气放出(或吸收)的热量。它是围岩的热物理性质、井巷形状尺寸、通风强度及通风时间等的函数。由于不稳定传热系数的解析解相当复杂，在矿井空调设计中大多采用简化公式或统计公式计算。

 二、机电设备放热

 1.采掘设备放热

 采掘设备运转所消耗的电能最终都将转化为热能，其中大部分将被采掘工作面风流所吸收。风流所吸收的热能中小部分能引起风流的温升，其中大部分转化成汽化潜热引起焓增。

 采掘设备运转放热一般可按下式计算：

              ,                       (8-2-6)

 ─风流所吸收的热量，；

 ─采掘设备运转放热中风流的吸热比例系数；值可通过实测统计来确定。 

 ─采掘设备实耗功率，。

 2.其它电动设备放热

 电动设备放热量一般可按下式计算：

             ，                (8-2-7)

  ─电动设备放热量，；─电动机的额定功率，；

 ─提升设备的机械效率，非提升设备或下放物料；

 ─电动机的综合效率，包括负荷率、每日运转时间和电动机效率等因素。

 三、运输中煤炭及矸石的放热

 在以运输机巷作为进风巷的采区通风系统中，运输中煤炭及矸石的放热是一种比较重要的热源。运输中煤炭及矸石的放热量一般可用下式近似计算：

           ,                                (8-2-8)

  ─运输中煤炭或矸石的放热量，；

 ─煤炭或矸石的运输量，；

 ─煤炭或矸石的比热，；

  ─煤炭或矸石与空气温差，。可由实测确定，也可用下式估算:

                                        (8-2-9)

  ─运输距离，；

  ─运输中煤炭或矸石的平均温度，一般较回采工作面的原始岩温低；

 ─运输巷道中风流的平均湿球温度，。

 四、矿物及其它有机物的氧化放热

 井下矿物及其它有机物的氧化放热是一个十分复杂的过程，很难将它与其它热源分离开来单独计算，现一般采用下式估算：

           ,                   (8-2-10)

 式中  ─氧化放热量，

       ─巷道中平均风速，；

时单位面积氧化放热量，/；在无实测资料时， 可取。

 其余符号意义同前。

 五、人员放热

 在人员比较集中的采掘工作面，人员放热对工作面的气候条件也有一定的影响。人员放热与劳动强度和个人体质有关，现一般按下式进行计算：

   ,                               (8-2-11)

 ─人员放热量，

 ─工作面总人数；

 ─每人发热量，一般参考以下数据取值：静止状态时取；轻度体力劳动时取；中等体力劳动时取；繁重体力劳动时取。

 六、热水放热

 井下热水放热主要取决于水温、水量和排水方式。当采用有盖水沟或管道排水时，其传热量可按下式计算：

                    ,                (8-2-12)

  ─热水传热量，；

  ─水沟盖板或管道的传热系数，/；

  ─水与空气间的传热面积。水沟排水:，；管道排水:，；

  ─水沟宽度，；─管道外径，；─水沟长度，；

  ─水沟或管道中水的平均温度，；

  ─巷道中风流的平均温度，。

  水沟盖板的传热系数可按下式确定：

            / ，/              （8-2-13）

  管道传热系数可按下式确定：

                 /() , / （8-2-14） 

 ─水与水沟盖板或管道内壁的对流换热系数，/；

 ─水沟盖板或管道外壁与巷道空气的对流换热系数，/；

 ─盖板厚度，；

 ─盖板或管壁材料的导热系数，/；

 ─管道内径，；

 ─管道外径，。