煤炭隨著淺部資源逐漸枯竭,深部開采已不可避免,由此引發(fā)的深部熱環(huán)境及人工控制逐漸成為限制能源資源可持續(xù)發(fā)展的重要問題。傳統(tǒng)礦井人工降溫僅僅考慮地下圍巖、設(shè)備、人員等冷負(fù)荷,導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計容量大、運行耗能高等問題不斷顯現(xiàn)。本文從被動降溫和節(jié)能角度出發(fā),研究適合地下巷道用的隔熱材料物理力學(xué)性質(zhì)及變化規(guī)律,分析深部高溫巷道壁面敷設(shè)隔熱層后圍巖溫度及其與風(fēng)流間換熱量變化,研究不同條件下地下巷道內(nèi)風(fēng)流溫度變化規(guī)律。首先研究了粉煤灰基地聚合物泡沫材料物理力學(xué)性質(zhì)及變化規(guī)律。結(jié)果表明,水灰比0.4時Na OH添加量為10%時抗壓強度高,抗壓強度、導(dǎo)熱系數(shù)均隨干密度增加呈非線性增大,添加不同含量纖維可不同程度增加抗壓強度和導(dǎo)熱系數(shù),粗、細(xì)骨料對強度及導(dǎo)熱系數(shù)的影響規(guī)律不同。表面噴涂憎水劑對強度和導(dǎo)熱系數(shù)影響不大,但直接添加憎水劑到漿液內(nèi)部可顯著影響強度和導(dǎo)熱系數(shù)。試樣表面憎水處理后可大幅降低試樣吸水性能,可降低外部熱濕環(huán)境對隔熱材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響。采用解析和數(shù)值模擬方法研究了地下巷道全斷面及部分隔熱時圍巖溫度場及對流換熱變化規(guī)律,結(jié)果表明鋪設(shè)隔熱層可顯著降低巷道近壁面處圍巖溫度,熱流密度隨隔熱層厚度增加及隔熱材料導(dǎo)熱系數(shù)降低而顯著降低;圍巖導(dǎo)熱系數(shù)越大,熱流密度越大;對流換熱系數(shù)對熱流密度幾乎無影響;單位長度巷道對流換熱量隨巷道等效半徑增大而增加。部分隔熱時隔熱層鋪設(shè)范圍越大,巷道與風(fēng)流間換熱量越小,鋪設(shè)隔熱層位置處圍巖溫度分布較未鋪設(shè)隔熱層時顯著降低�；贑FD計算分析了周期性風(fēng)流溫度時圍巖溫度場演變及恒定風(fēng)流時巷道內(nèi)部風(fēng)流溫度場變化規(guī)律。周期性風(fēng)流溫度下,圍巖溫度隨風(fēng)流溫度發(fā)生周期性波動,溫度波振幅和相位滯后程度分別隨圍巖深度增加而衰減和增大。恒定風(fēng)流溫度時,巷道內(nèi)部近壁面處風(fēng)流溫度高,軸心處風(fēng)流溫度低。巷道圍巖溫度沿軸向呈線性增加,軸心處風(fēng)流溫度呈近似線性增大。鋪設(shè)100mm隔熱層,500m巷道和2000m巷道的百米溫升降幅分別為30%和40%。
【學(xué)位單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ317;TD727.2
【部分圖文】：

00, 0r rh rr 解析解，把函數(shù) r, 分離成時間與空間的關(guān)系解過程中用到 Bessel 方程，Sturm-Liouville 方程 202=00 0,, , ,f arfrt te R r R r t t N ∞ ∞解析解。王義江[125]對巷道圍巖傳熱進行了研究，析發(fā)現(xiàn)無量綱傳熱系數(shù) k 隨著 Fo 數(shù)的減小而減i 對 k 的影響較大，但隨著 Fo 數(shù)的增加，其影響寒區(qū)隧道溫度場的研究思路和方法來對巷道圍巖路隧道保溫層厚度為研究對象，建立了計算模

3 0( , 0)T r T cos( )2c aT T B wtM (1- 9)變量替換0 ( r , t )=T ( r , t )-T。通過 Laplace 變換方法得到了保溫層、襯砌和圍巖溫度解析：0( , )= ( , )n nT r t r t T(n=1~3) (1- 10)并通過 Den Iseger 反演方法進行 Laplace 逆變換的求解。用 Matlab 對 Laplace 逆變換進行反演得到保溫層與襯砌的溫度值，得到了寒區(qū)隧道保證 50 年內(nèi)不發(fā)生凍害的保溫層厚度為 27cm。并分析了參數(shù)中對流換熱系數(shù)、年平均氣溫以及地層溫度對保溫層厚度的影響。通過 ANSYS 軟件模擬計算驗證了隧道保溫層厚度理論計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。保溫層起到明顯的保溫作用，但 5cm 保溫層不足以保證不發(fā)生凍害，如圖 1- 2、圖 1-3 所示。

3 0( , 0)T r T cos( )2c aT T B wtM (1- 9)變量替換0 ( r , t )=T ( r , t )-T。通過 Laplace 變換方法得到了保溫層、襯砌和圍巖溫度解析：0( , )= ( , )n nT r t r t T(n=1~3) (1- 10)并通過 Den Iseger 反演方法進行 Laplace 逆變換的求解。用 Matlab 對 Laplace 逆變換進行反演得到保溫層與襯砌的溫度值，得到了寒區(qū)隧道保證 50 年內(nèi)不發(fā)生凍害的保溫層厚度為 27cm。并分析了參數(shù)中對流換熱系數(shù)、年平均氣溫以及地層溫度對保溫層厚度的影響。通過 ANSYS 軟件模擬計算驗證了隧道保溫層厚度理論計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。保溫層起到明顯的保溫作用，但 5cm 保溫層不足以保證不發(fā)生凍害，如圖 1- 2、圖 1-3 所示。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 謝和平;高峰;鞠楊;;深部巖體力學(xué)研究與探索[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報;2015年11期

2 黃濤;彭小芹;陳超衍;;偏高嶺土基地聚合物泡沫混凝土的制備研究[J];廣東建材;2015年08期

3 陳賢瑞;盧都友;孫亞峰;李款;李孟浩;許仲梓;趙永彬;;超輕質(zhì)泡沫地質(zhì)聚合物保溫材料的制備和性能[J];建筑節(jié)能;2015年06期

4 姬建虎;;掘進工作面換熱模擬研究[J];煤礦安全;2015年03期

5 白洋;賈進章;;利用FLUENT研究礦井干燥巷道圍巖對風(fēng)流傳熱[J];遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2015年01期

6 鄧鳳敢;諸華軍;曹亞龍;劉麗芬;陳科;楊濤;;水熱條件下偏高嶺土-粉煤灰地聚合物性能研究[J];硅酸鹽通報;2014年09期

7 姬建虎;廖強;胡千庭;褚召祥;張習(xí)軍;龔林平;;熱害礦井掘進工作面換熱特性[J];煤炭學(xué)報;2014年04期

8 黃競霖;張錦;崔學(xué)民;劉菁;袁媛;;吸水性地質(zhì)聚合物多孔材料的制備與研究[J];陶瓷學(xué)報;2014年01期

9 朱國振;汪長安;高莉;;地質(zhì)聚合物發(fā)泡材料的制備及其性能研究[J];新型建筑材料;2013年12期

10 王朝強;譚克鋒;徐秀霞;;纖維對泡沫混凝土性能的影響[J];西南科技大學(xué)學(xué)報;2013年03期

本文編號：2879861