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1　矿山大气环境1

1.1 地面空气的组成及其参数变化特征1

1.1.1 地面空气的组成1

1.1.2　地面大气参数的变化特征2

1.2　矿内空气的主要成分及基本特征3

1.2.1 矿内空气的主要成分及有毒有害气体3

1.2.2　矿内微气候的基本特征4

1.3　矿内微气候的卫生标准5

1.3.1 制定矿内微气候卫生标准的依据5

1.3.2 国内外矿内微气候卫生标准的现状9

1.3.3　对矿内微气候卫生标准的建议10

1.4　矿内微气候的基本参数13

1.4.1　矿内空气温度13

1.4.2 空气压力13

1.4.3 空气的密度与比体积14

1.4.4　空气的湿度15

1.4.5 空气的焓（i）15

1.4.6 热量（Q）15

1.5　矿用温湿图及其应用16

1.5.1 绘图步骤16

1.5.2　气压校正及查图方法21

2　矿山地热环境24

2.1 地热成因25

2.1.1　地球的结构［31］25

2.1.2　地热的来源26

2.2　地壳的热状况30

2.2.1 地壳的热性质30

2.2.2　地壳最上层的温度场36

2.2.3 影响区域地温场的主要因素39

2.3　矿区地温类型和热害等级42

2.3.1 矿区地温类型42

2.3.2　矿区热害等级44

2.4　矿区深部的地温预测44

2.4.1　传导型温度场45

2.4.2　传导－对流型温度场46

2.4.3 深部地温预测中的地形校正49

2.5　矿山地热利用49

2.5.1 预热进风井筒49

2.5.2　矿井热水的利用52

2.5.3　低温地热能的提取和利用53

3　矿井正常通风的热力学原理及应用56

3.1　井巷热交换对风流参数的影响56

3.2　干空气的热力学分析60

3.2.1　风流流经水平巷道60

3.2.2　风流流经垂直巷道63

3.2.3　压缩流的重力分析67

3.3　湿空气的热力学分析70

3.3.1 有蒸发的风流72

3.3.2　无蒸发气流73

3.4　井巷热交换对通风压力的影响74

3.4.1 在巷道正常通风条件下终端空气压力74

3.4.2 自然风压76

3.5 以热力学为基础的通风网路解算79

3.5.1 串联79

3.5.2　并联80

3.5.3　复杂连接82

3.5.4　巷道的局部通风阻力和巷道中装有通风机的连接83

3.5.5 井巷热交换对风量分配的影响84

3.5.6　考虑热交换影响时的通风网路解算87

4　矿井灾变通风的热力学原理及应用90

4.1 火灾气体沿巷道流动时的压力计算及网路解算90

4.1.1　几项温度指标90

4.1.2　火灾气体的压力91

4.1.3 矿井在灾变状况下的通风网路解算93

4.2　矿井火灾期的巷道热力计算93

4.3 火灾气体温度的预测方法95

4.4　火灾气体向巷道壁的放热系数97

4.5　辐射换热系数101

4.6　岩石热物理参数与温度关系103

4.7　气体温度随时间的变化104

4.8　沿风流流程处在火源外的巷道热力计算109

4.9　矿井在火灾状况下热力状况和通风的某些问题111

4.9.1 预防火灾气体向进风巷道渗透的方法111

4.9.2　井下火灾引起的附加热负压114

5　矿井热源116

5.1 井巷围岩放热116

5.1.1 井巷围岩的热传导116

5.1.2 井巷围岩温度测试117

5.1.3 井巷围岩放热（或吸热）量计算118

5.1.4　巷道壁向风流的放热系数121

5.2　矿区大气环境对矿内风流热力状态的影响124

5.3　矿井生产环境与矿内热源计算124

5.3.1 矿井运输放热124

5.3.2　矿用机电设备运转中放热126

5.3.3 氧化放热128

5.3.4　矿井水放热128

5.3.5　局部热源放热132

6　矿井热交换原理&135

6.1 风流通过井巷热交换的基本规律135

6.2　通风时间小于1年的巷道的热交换142

6.2.1　初始微分方程142

6.2.2　风流含湿量按一定规律变化时风流热力计算143

6.3　通风时间大于1年的巷道的热交换145

6.3.1　焓值分析145

6.3.2　风流通过巷道的稳定流动过程分析（水平巷道无热水管道）146

6.3.3 巷道终端风流温度计算147

6.4　传导－对流型矿井的热交换150

6.5　风流通过风筒及掘进工作面的热交换152

6.5.1　风流通过局部通风机153

6.5.2　风流从风机出口到风筒出口的热力过程（2-3）154

6.5.3　风流从风筒出口到迎头的热力过程（3-4）155

6.5.4　风流在回风巷道中的热力过程（4-5）155

6.5.5 求算风筒出口风流温度156

6.6　巷道模拟原理与应用160

6.6.1　巷道模拟原理160

6.6.2　风量与采深的热力学关系162

6.7　风流通过井筒的热交换163

6.7.1　风流通过井筒的热力过程163

6.7.2　井筒中热源分析165

6.7.3　风流通过井筒的加湿压缩过程166

6.8　风流通过回采工作面的热交换174

6.8.1 相对湿度按一定规律变化174

6.8.2　含湿量按一定规律变化177

6.9　风流通过机电硐室的热交换180

6.10　矿井需冷量计算原理184

6.10.1 矿井需冷量与开采深度的关系184

6.10.2 回采工作面需冷量计算184

6.10.3　掘进工作面需冷量计算188

6.10.4 机电硐室需冷量计算（空气冷却器设在硐室进口处）190

6.10.5 矿井降温系统冷量损失计算193

6.10.6　矿井有效冷量、矿井需冷量和制冷设备配冷量196

7　矿井热计算实例198

7.1 概述198

7.1.1 矿井热计算的任务198

7.1.2　矿井热计算的程序198

7.1.3 空冷设备的热计算198

7.2　基本关系式199

7.2.1 井筒热计算199

7.2.2　水平与倾斜巷道热计算201

7.2.3 回采工作面热计算205

7.3　矿井改扩建热计算与空调设备计算207

7.3.1 矿内不同特征点的热计算207

7.3.2 空冷设备的布置和计算217

7.3.3 空冷设备需冷量计算221

7.3.4　制冷设备与水冷却器计算222

7.4　650m深缓倾斜煤层热计算225

7.4.1　侧翼式通风系统225

7.4.2 中央式通风系统230

7.5　750m深急倾斜煤层热计算233

7.5.1 侧翼式通风系统233

7.5.2 中央式通风系统237

7.6 1000m深急倾斜煤层新矿井热力计算与设备需冷量的确定240

7.6.1 不同特征点风流热力计算240

7.6.2 空冷设备计算244

7.6.3 制冷设备需冷量计算245

7.7 1000m深缓倾斜煤层新矿井热计算与空冷站的合理布置248

7.7.1 矿内不同特征点的热计算248

7.7.2 空气冷却站合理位置的选择253

7.8　回采工作面热计算实例256

7.8.1 缓倾斜煤层工作面热计算256

7.8.2 急倾斜煤层工作面热计算258

7.8.3 均匀供冷风时工作面风流参数计算259

7.8.4 回采工作面风流的分段冷却263

7.8.5 沿工作面分段冷却风流时运输平巷和工作面的热计算264

7.9　掘进工作面热计算实例268

7.9.1　掘进通风方式268

7.9.2　掘进工作面的热源和热平衡269

7.9.3 掘进巷道热计算的基本关系式274

7.9.4　掘进工作面热计算实例277

7.9.5 掘进工作面混合式通风热计算278

8　矿井热环境控制系统281

8.1　矿内热环境对人体的影响281

8.2　矿井空气调节系统284

8.2.1 制冷机组安设在地面的矿井空调系统285

8.2.2　制冷机组设在井下的矿井空调系统286

8.2.3 矿井联合空调系统288

8.2.4　各类矿井空调系统的适用范围289

9　矿井空调系统各组成部分的技术特征及其工况290

9.1 系统的基本组成部分290

9.1.1 制冷机组290

9.1.2　空气冷却器和换热器297

9.2　矿井空调系统各要素的热力学特性314

9.2.1 安设空冷器的巷道内风流的热力学特征315

9.2.2 空冷器的技术特征318

9.2.3　载冷剂管路324

9.2.4　载冷剂井下循环系统328

9.2.5 高低压换热器（HND）328

9.2.6　制冷机站的负荷333

9.2.7　制冷站（CXM）334

9.3 空调系统及其各组成部分的工况339

9.4　矿井空调系统的水力学特征343

9.4.1 矿井空调系统的水力系统343

9.4.2　热交换器压力特性343

9.4.3　在载冷剂简单管段上的压头损失344

9.4.4　一次载冷剂循环系统和制冷机排热系统的压头特征345

9.4.5 载冷剂井下循环系统的水力系统及工况348

9.5　矿井空调系统工作效率的评价359

10　固定制冷站的空调系统设计365

10.1 设计系统的主要指标365

10.2　矿井空调系统设计的最佳参数370

10.3　初始资料371

10.3.1 多变和相对固定信息数据块的准备372

10.3.2　矿井空调系统各要素的费用参数372

10.4　风流冷却站的最佳参数374

10.4.1　冷却站布置方式的选择374

10.4.2　空冷器参数的优化378

10.4.3　优化空冷器参数方法的可行性研究385

10.5　井下载冷剂布置系统设计387

10.5.1 井下载冷剂循环系统折合费用的一般方程388

10.5.2　载冷剂井下循环系统基建费用方程390

10.5.3 井下载冷剂循环系统运转费用函数的要素390

10.5.4　载冷剂循环系统的经济数学模型393

10.5.5 井下冷水循环系统参数优化的算法397

10.6　一次载冷剂循环系统可行性方案的确定400

10.6.1 高压换热器的可行性系统400

10.6.2　一次冷水管道设计403

10.6.3　制冷站设备的选择和工况计算405

10.7　一次载冷剂循环系统和井下空调系统全部参数的优化410

10.8　最佳值对设计矿井空调系统影响的评价414

10.9　矿井空调系统要素设计的工艺问题415

10.9.1　冷却站的设立415

10.9.2　高压换热器和泵站硐室416

10.9.3　地面制冷站417

10.10　井下制冷系统设计的特点418

10.10.1 井下制冷站的排热418

10.10.2　井下制冷站426

10.11 井下空调系统成本及综合指标的计算427

11 矿井空调系统的运行428

11.1　风流冷却站428

11.1.1 矿用空冷器的工作方式试验428

11.1.2　风流和冷水的初始参数对空冷器工作方式的影响432

11.1.3 提高空冷器冷却效率的途径435

11.2　冷水循环系统438

11.3　制冷站及设备440

11.3.1 制冷装置的运行参数440

11.3.2　压缩机的试运行442

11.3.3 制冷设备的调试442

11.3.4　制冷设备的操作与性能分析446

11.3.5 结论451

12　制冷设备的常见故障与维护454

12.1 制冷系统正常运行的条件及标志454

12.1.1 制冷系统正常运行的条件454

12.1.2　各组成部件的性能良好及正常运行的标志455

12.2　活塞式制冷压缩机的故障分析与排除456

12.2.1 气缸中有异常声响456

12.2.2 曲轴箱中有异常声响、压力升高、轴承温度升高457

12.3　螺杆式制冷压缩机的故障分析与排除459

12.3.1 启动负荷过大或不能启动459

12.3.2　机组发生不正常振动459

12.3.3 压缩机运转中出现不正常响声459

12.3.4　压缩机运转中自动停机459

12.3.5 能量调节机构不动作或不灵活460

12.3.6　压缩机排气温度、油温过高460

12.3.7　油面上升460

12.3.8　耗油量大460

12.3.9 油压过高460

12.3.10　压缩机和油泵的轴封漏油460

12.3.11 压缩机制冷能力下降460

12.3.12　停机时压缩机反转461

12.4　制冷系统运行中常见故障的分析与排除461

12.4.1　冷凝压力过高461

12.4.2　蒸发压力过低461

12.4.3　排气压力与冷凝压力相差太大461

12.4.4　节流机构故障461

12.4.5 电磁阀的故障462

12.4.6　制冷量不足、降温慢462

12.5　制冷设备的检修463

12.5.1 活塞式制冷压缩机的定期检修463

12.5.2　矿用移动式冷风机组的维护464

12.5.3 螺杆式冷水机组的维护与保养465

12.6　制冷系统的安全技术467

12.6.1 安全技术在制冷系统操作和生产中的意义与基本要求467

12.6.2　制冷系统的安全装置468

12.6.3 安全操作469

13　矿井空调系统的测试471

13.1 测量的基本概念与方法471

13.1.1 测量的基本概念471

13.1.2　测量方法471

13.2　测量误差472

13.2.1 系统误差472

13.2.2　随机误差和粗大误差473

13.3　测试的目的473

13.4　测试的内容与参数474

13.4.1　制冷机组测试474

13.4.2　制冷站机房的环境474

13.4.3 空气冷却器的性能测试474

13.4.4　风流冷却系统测试474

13.4.5　冷水系统测试474

13.4.6　冷却水系统测试475

13.4.7　掘进工作面降温效果测试475

13.4.8 回采工作面降温效果测试475

13.5　测试数据处理476

13.5.1 制冷机组476

13.5.2　水冷表面式空气冷却器477

13.5.3 喷淋式空冷器477

13.5.4　风流冷却系统测试数据处理479

13.5.5 冷水系统测试数据处理479

13.5.6　冷却水系统测算481

13.5.7　掘进工作面降温效果测算482

13.5.8 回采工作面降温效果测算482

附录484

1 我国矿井热环境及其控制工作发展概况484

2　矿井热环境及其控制的基础理论研究484

3　矿井热环境及其控制的实用技术研究485

4　矿井热环境及其控制技术的发展设想489

参考文献490