井巷围岩与风流热湿交换影响因素分析

李跃通 陈延可 张发亮

(安徽理工大学能源与安全学院)

随着矿井开采深度的逐年增加，矿井热害问题也越来越突出。矿井热源有多种，包括空气自压缩放热、围岩散热以及其他各种天然的或人为的热源。其中围岩散热是重要热源，也是计算最为复杂的热源［1-5］。对于已有计算模型，各相关计算参数获取的多寡和精度如何将直接影响热湿交换的计算结果。围岩散热属于对流换热，一般可以以对流换热系数为基础展开计算，而不稳定换热系数与对流换热系数相比，是基于岩石的非稳态导热提出的，更符合事实，因此也更加准确。笔者以不稳定换热系数为基础，分析研究了各种参数以及风流含湿量变化对于井巷围岩与风流间的热交换的影响。

1 建立风温变化方程

1.1 围岩与风流间的对流换热系数

通过量纲分析和实验，确定的岩壁与风流间的对流换热系数的无量纲关系式为

式中，Nu、Re及Pr分别为努谢尔特准数、雷诺数和普朗克常数，C为无量纲常数，m、n为指数。实际计算时，干壁换热可按由式(1)推导出的以下公式计算:

式中，h为对流换热系数，W/(m2·K);G为质量流量，kg/s;U为巷道断面周长，m;A为巷道断面积，m2;ε为壁面粗糙度系数。

1.2 围岩与风流间的不稳定换热系数

不稳定换热系数Kτ是由前苏联专家舍尔巴尼提出的，它表示巷道围岩深部未冷却岩体与风流之间温度相差1 K时，单位时间内，从1 m2围岩壁面上向风流放出(或吸收)的热量。对于通风时间在1～10 a的巷道，其计算公式为［6］