[01578869]监控仿真技术及地温效应在矿山深井通风系统中的研究与应用

随着金属矿山开采深度的不断增加，深井热害愈发严重，成为制约矿山企业发展的棘手难题，为此，国家安监总局发布了如“加强金属非金属地下矿山通风安全管理防范中毒窒息事故的通知”等一系列重要文件，强调应用矿井通风技术治理深井热害，保证工人安全健康的重要作用。该项目以山东黄金金创集团有限公司下属矿山为研究背景，围绕深井通风这一关键问题，开展了系统理论研究和工程实践，对改善矿山深井作业条件，降低通风系统运行成本，提高生产效率起到了显著作用，主要的技术内容和创新点包括： 以矿井通风安全理论为基础，通过全面细致的现场调研以及数据测定，开发了通风系统仿真模拟软件，实现了矿山通风管理可视化，利用FLUENT软件对通风系统进风段优化前及优化后的风流情况分别进行模拟分析，检验优化方案的通风效果。项目对矿井通风系统关键节点采用了远程监控的变频调速技术，在解决工程实际问题的过程中，获得了相关系列发明专利授权，实现了井下通风系统各重要参数的大容量实时监测，能够及时反映通风系统客观状况。 通过实验分析了中高温岩体渗流率与深井静应力关系，建立了流体存储效应模型，据此分析了井下围岩与风流的湿热传递过程，通过对分析结果数据的拟合，得到了各因素对目标因子的线性或非线性关系。基于传热学原理，分析围岩温度场与壁面湿度以及巷道风流相互影响的主要因素；建立井下巷道壁面与风流间湿热交换平衡方程，对矿井入风流与围岩壁面间热湿交换过程进行了数值模拟和实测试验，针对井巷壁面潮湿的问题，引入了潮湿率概念，将温度和湿度结合在一起分析了井下复杂的传热传质状况。 建立胶东半岛典型金属矿山深部开采地温预测模型，为矿山深部开采的降温设计和地热资源利用规划提供前瞻性科学依据，在该基础上提前设计多级机站通风降温方案，利用仿真模拟系统预测通风治理效果。 进行了利用矿山浅层地温效应调控入风流温度的创新研究，在胶东地区历年地表气温数据分析的基础上，建立了地表温度对矿山变温带的影响表达式，得到地表温度对矿区浅层变温带的影响规律；自行设计了巷道对风流温度影响的观测调控实验系统，分析了不同季节浅层巷道围岩与风流的热交换过程，建立巷道几何尺寸与风流温度变化的关系模型，实现了利用矿山浅层巷道地温效应调控矿山入风流温度的量化应用。 研究成果已成功应用于山东黄金金创集团有限公司、三山岛金矿等近十家大型金属矿山的通风系统，对其他类似矿山也具有重要的参考应用价值。项目成果在山东黄金金创集团有限公司的应用中近三年取得直接经济效益32312.91万元，申报发明专利12项，获得知识产权6项，出版专著2部，在国内外重要期刊发表论文160余篇，SCI收录62篇，在实际应用中取得了显著的经济和社会效益。