大数据-算法-深部矿井巷道围岩与风流温度场数值模拟.pdf

【大数据在矿井巷道围岩与风流温度场数值模拟中的应用】 随着矿业开采的深入，矿井热害问题日益突出，其中深部矿井巷道围岩的放热成为主要热源。由于深部岩体含有大量空隙，当地下水渗流时，会影响岩体的温度场分布，进而改变巷道内的风流温度，对井下工作环境产生影响。因此，对地下水渗流作用下的巷道围岩温度场以及巷道风流温度场的研究至关重要，这有助于揭示深部矿井流热耦合机制，并合理有效地利用矿井降温技术和开发地热资源。 本研究基于国内外岩体渗流及矿井热环境的现有研究成果，运用传热学、流体力学和水文地质学等理论，对地下水渗流影响下的深部巷道围岩温度场和巷道内风流热环境进行了数值模拟。通过理论分析，建立了岩体渗流模型和规律，推导了地下水流动、温度场及渗流对深井巷道围岩温度场、巷道风流流场及温湿场的数学模型，明确了影响因素。 采用专业流体动力学软件FLUENT，对不同渗流速度和渗流温度作用下的巷道围岩温度场分布进行了深入研究。结果表明，地下水渗流改变了巷道围岩温度场的对称分布形式，使其转变为不对称分布。渗流速度和温度对围岩温度场的分布具有显著影响，当流速小于2×10^-5 m/s时，对巷道围岩温度场的影响较小。送风量的增加会导致巷道内空气温度下降，相对湿度和温度在回风方向上的梯度减小；当送风量达到7000 m^3/s后，继续增加送风量对降温效果有限。送风温度降低，巷道内空气温度随之下降，风流温度在回风路径上的递增幅度增大，空气相对湿度则先增后减。降低送风相对湿度，风流温度基本保持不变，但空气相对湿度显著降低。 通过数值模拟，确定了适宜的送风参数组合为：送风量7000 m^3/s，送风温度24℃，送风相对湿度50%。这些参数能够有效改善巷道内的热环境，降低热害风险，同时为矿井的通风和冷却策略提供科学依据。 关键词：矿井热害；巷道围岩；巷道风流；温度场；湿度场；数值模拟