一种利用采空区及废旧巷道地温预热矿井进风的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用采空区及废旧巷道地温预热矿井进风的方法，包括统计用于预热的废旧巷道及采空区有效总预热面积，计算采空区及废旧巷道预热空气总量，设计地温预热系统实施方案；所述设计地温预热系统实施方案，包括地温预热系统通风线路的选择、地温预热系统通风机选择、地温预热系统风量调控、地温预热系统效果评价四个步骤。本发明专利技术充分利用矿井自然资源，降低系统能耗。通过调节深部采区进风风路，利用浅部采空区及废旧巷道具有的地温对输向深部采区的低温进风源进行自然升温，大量减少矿井空调升温技术中的制热装备、加热设备负荷，节约了通风能耗和热量能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种利用采空区及废旧巷道地温预热矿井进风的方法
本专利技术涉及一种地下矿山通风升温
，适用于北方冬季严寒地区矿山的矿井通风升温，具体指一种利用采空区及废旧巷道地温预热采矿区矿井进风的方法。
技术介绍
北方地区冬季严寒，地表冷空气如不经预热而直接进入矿井内，势必会导致进风井筒发生冰冻现象，对提升、运输、安全生产等各方面都是不利的。而采用锅炉预热或电预热的方式，每年都会消耗大量的能源、资金和人力。地温预热是利用地层的调温作用，加热矿井入风风流的技术措施。地温预热原理是随着开采深度的增加，由于越靠近地心，岩石温度会越高。温度随深度的升高用地温梯度进行表述，即深度每增加1m所升高的温度(单位：℃/m)，计算通常从不受任何影响保持温度不变的恒温带开始。若空气与岩体间存在着温度差，便会发生热交换。当空气温度高于岩体温度时，空气向岩体散热，岩体吸收热量使空气温度降低；当空气温度低于岩体温度时，岩体便向空气散热，空气获得热量又使岩体的温度降低。在有大量废旧井巷和采空区的矿山，可充分利用岩体的吸热和散热作用，若能充分合理地利用这些自然资源为矿井通风服务，尤其是对于深部冻害矿井，不仅可以改善井下通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用采空区及废旧巷道地温预热矿井进风的方法，包括统计用于预热的废旧巷道及采空区有效总预热面积，计算采空区及废旧巷道预热空气总量，设计地温预热系统实施方案，其特征在于：所述统计用于预热的废旧巷道及采空区有效总预热面积，具体包括以下步骤:矿山用于预热的废旧巷道及采空区有效总预热面积S总为采空区有效预热面积S′和废旧巷道岩壁暴露面积S″之和，即S总＝S′+S″，两部份分别统计；(1)采空区有效预热面积按下式计算：S′＝K1K2S式中：S′—采空区有效预热面积，m2；K1—采空区预热面积接触采场间未开采围岩或夹石形成的夹墙对预热的影响系数，K1根据开采围岩或夹石形成的夹墙的面积占地表采坑或塌陷...

【技术特征摘要】
1.一种利用采空区及废旧巷道地温预热矿井进风的方法，包括统计用于预热的废旧巷道及采空区有效总预热面积，计算采空区及废旧巷道预热空气总量，设计地温预热系统实施方案，其特征在于：所述统计用于预热的废旧巷道及采空区有效总预热面积，具体包括以下步骤:矿山用于预热的废旧巷道及采空区有效总预热面积S总为采空区有效预热面积S′和废旧巷道岩壁暴露面积S″之和，即S总＝S′+S″，两部份分别统计；(1)采空区有效预热面积按下式计算：S′＝K1K2S式中：S′—采空区有效预热面积，m2；K1—采空区预热面积接触采场间未开采围岩或夹石形成的夹墙对预热的影响系数，K1根据开采围岩或夹石形成的夹墙的面积占地表采坑或塌陷区贯通的没有垮塌的采空区的岩壁面积的比例确定；K2—各采空区实际进风量与其暴露岩壁预热面积调节不均衡对预热的影响系数，K2根据由各采空区岩壁面积大小按线性关系计算分配的风量与其实际进风量的偏差程度来估算；S—与地表采坑或塌陷区贯通的没有垮塌的采空区的岩壁面积，m2；(2)废旧巷道暴露岩壁有效预热面积为S″；矿山可利用的废旧巷道包括没有垮塌的沿脉巷道和穿脉巷道，废旧巷道暴露岩壁有效预热面积计算为废旧巷道的断面周长乘以巷道长度；所述计算采空区及废旧巷道预热空气总量，包括原岩温度测定、测定结果分析、预热利用采空区平均原岩温度、空气与岩体热交换分析；所述原岩温度测定，具体包括以下步骤：(1)测温探头选择：选用以热电偶作为测温元件的温度记录仪；(2)测定方法选择：选择深孔测温法在各中段巷道水平布置围岩温度观测点，选取钻孔深度为20～30m，在深孔中安装温度传感器，并将各个传感器并联到相应的数字显示表，以测试不同围岩深度的温度值；(3)测孔布置方案：为了保证测定结果的可靠性，选取原岩温度测定点应遵循测孔布置方案；所述测定结果分析，具体包括以下步骤：矿山原岩温度测定选择4～8个不同标高的同一地点进行，测定结果需要记录测孔地点、测孔深度、原岩温度、测孔地点的空气温度以及地表温度；通过测定和记录结果计算地温梯度、恒温带深度、预热利用采空区平均原岩温度，并进行岩温分布规律分析；(1)地温梯度的计算；随着矿井深度的增加，原岩温度不断增加，近似呈线性关系，将测得的数据代入下式计算出升温带地温梯度：式中，G—地温梯度，即原岩温度随深度的变化率，℃/m；ti—距离地面垂直深度Zi处的原岩温度，℃；ti-1—距离地面垂直深度Zi-1处的原岩温度，℃；Zi—i点处原岩的深度，m；Zi-1—i-1点处原岩的深度，m；(2)恒温带深度的计算；取恒温带原岩温度等于当地年平均气温，则可由下式计算出恒温带深度：式中：ti—距离地面垂直深度Zi处的原岩温度，℃；t0—恒温带处的原岩温度，℃；根据矿山当地年平均气温取值；Z0—恒温带深度，m；G—地温梯度，即原岩温度随深度的变化率，℃/m；(3)岩温分布规律分析若矿山为露天转地下开采，从而导致露天采坑附近的恒温带位置及恒温带标高相应下移，在分析确定矿山变温带深度、恒温带位置和升温带时，地面标高从采坑坑底标高开始计算；计算预热利用采空区平均原岩温度，具体包括以下步骤：矿山预热采空区平均原岩温度计算为设计利用的已结束回采中段标高处测定的岩温相加后取平均值，对于受矿山条件限制无法直接测量原岩温度的地点可按下式计算原岩温度：ti＝t0+(Zi-Z0)G式中，ti—距离地面垂直深度Zi处的原岩温度，℃；t0—恒温带处的原岩温度，℃；Z0—恒温带深度，m；Zi—i点处原岩的深度，m；G—地温梯度，即原岩温度随深度的变化率，℃/m；预热利用采空区平均原岩温度即为所述空气与岩体热交换分析，具体包括以下步骤：(1)热交换系数的确定；K值可由如下公式计算：式中，K—空气与岩体的热交换系数，W/m2·℃；λ—岩体的导热系数，W/m2·℃；v—预热巷道中平均风速，m/s；(2)预热单位风量所需岩壁暴露面积：预热单位风量所需岩壁暴露面积按如下公式计算：式中，A'—预热单位风量所需岩壁暴露面积，m2；K—空气与岩体的热交换系数，W/m2·℃；tn—预热利用采空区的平均原岩温度，℃；t0—冷空气进入预热巷道前的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邸冬，蔡曙光，余龙，王伟，
申请(专利权)人：巴彦淖尔西部铜业有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15