| 第八章 礦井空氣調(diào)節(jié)概論
礦井空氣調(diào)節(jié)是改善礦內(nèi)氣候條件的主要技術(shù)措施之一。其主要內(nèi)容包括兩方面：一是對冬季寒冷地區(qū)，當(dāng)井筒入風(fēng)溫度低于2℃時，對井口空氣進(jìn)行預(yù)熱；二是對高溫礦井用風(fēng)地點進(jìn)行風(fēng)溫調(diào)節(jié)，以達(dá)到《規(guī)程》規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。
第一節(jié) 井口空氣加熱
一、井口空氣加熱方式
井口一般采用空氣加熱器對冷空氣進(jìn)行加熱，其加熱方式有兩種。
1.井口房不密閉的加熱方式
當(dāng)井口房不宜密閉時，被加熱的空氣需設(shè)置專用的通風(fēng)機送入井筒或井口房。這種方式按冷、熱風(fēng)混合的地點不同，又分以下三種情況：
（1）冷、熱風(fēng)在井筒內(nèi)混合: 這種布置方式是將被加熱的空氣通過專用通風(fēng)機和熱風(fēng)道送入井口以下2m處，在井筒內(nèi)進(jìn)行熱風(fēng)和冷風(fēng)的混合，如圖8-1-1所示。
（2）冷、熱風(fēng)在井口房內(nèi)混合: 這種布置方式是將熱風(fēng)直接送入井口房內(nèi)進(jìn)行混合，使混合后的空氣溫度達(dá)到2℃以上后再進(jìn)入井筒，如圖8-1-2所示。
（3）冷、熱風(fēng)在井口房和井筒內(nèi)同時混合
這種布置方式是前兩種方式的結(jié)合，它將大部分熱風(fēng)送入井筒內(nèi)混合，而將小部分熱風(fēng)送入井口房內(nèi)混合，其布置方式如圖8-1-3所示。以上三種方式相比較，第一種方式冷、熱風(fēng)混合效果較好，通風(fēng)機噪聲對井口房的影響相對較小，但井口房風(fēng)速大、風(fēng)溫低，井口作業(yè)人員的工作條件差，而且井筒熱風(fēng)口對面井壁、上部罐座和罐頂保險裝置有凍冰危險；第二種方式井口房工作條件有所改善，上部罐座和罐頂保險裝置凍冰危險減少，但冷、熱風(fēng)的混合效果不如前者，而且井口房內(nèi)風(fēng)速較大，尤其是通風(fēng)機的噪聲對井口的通訊信號影響較大；第三種方式綜合了前兩種的優(yōu)點，而避免了其缺點，但管理較為復(fù)雜。
2.井口房密閉的加熱方式
當(dāng)井口房有條件密閉時，熱風(fēng)可依靠礦井主要通風(fēng)機的負(fù)壓作用而進(jìn)入井口房和井筒，而不需設(shè)置專用的通風(fēng)機送風(fēng)。采用這種方式，大多是在井口房內(nèi)直接設(shè)置空氣加熱器，讓冷、熱風(fēng)在井口房內(nèi)進(jìn)行混合。
對于大型礦井，當(dāng)井筒進(jìn)風(fēng)量較大時，為了使井口房風(fēng)速不超限，可在井口房外建立冷風(fēng)塔和冷風(fēng)道，讓一部分冷風(fēng)先經(jīng)過冷風(fēng)道直接進(jìn)入井筒，使冷、熱風(fēng)即在井口房混合又在井筒內(nèi)混合。采用這種方式時，應(yīng)注意防止冷風(fēng)道與井筒聯(lián)接處結(jié)冰。
井口房不密閉與井口房密閉這兩種井口空氣加熱方式相比，其優(yōu)缺點見表8-1-1。
二、空氣加熱量的計算
1.計算參數(shù)的確定
(1)室外冷風(fēng)計算溫度的確定。井口空氣防凍加熱的室外冷風(fēng)計算溫度，通常按下述原則確定：立井和斜井采用歷年極端最低溫度的平均值；平硐采用歷年極端最低溫度平均值與采暖室外計算溫度二者的平均值。
(2)空氣加熱器出口熱風(fēng)溫度的確定。通過空氣加熱器后的熱風(fēng)溫度，根據(jù)井口空氣加熱方式按表8-1-2確定。
2.空氣加熱量的計算
井口空氣加熱量包括基本加熱量和附加熱損失兩部分，其中附加熱損失包括熱風(fēng)道、通風(fēng)機殼及井口房外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱損失等。
基本加熱量即為加熱冷風(fēng)所需的熱量，在設(shè)計中，一般附加熱損失可不單獨計算，總加熱量可按基本加熱量乘以一個系數(shù)求得。
即總加熱量Q，可按公式（8-1-1）計算：
，KW (8-1-1)
M─井筒進(jìn)風(fēng)量，Kg/s；CP─空氣定壓比熱，Cp=1.01 KJ/（Kg·K）。α─熱量損失系數(shù)，井口房不密閉時α=1.05～1.10，密閉時α=1.10～1.15；th─冷、熱風(fēng)混合后空氣溫度，可取2℃；tl─室外冷風(fēng)溫度，℃；
三、空氣加熱器的選擇計算
1.基本計算公式
(1) 通過空氣加熱器的風(fēng)量
，Kg/s （8-1-3）
M1─通過空氣加熱器的風(fēng)量，Kg/s；th0─加熱后加熱器出口熱風(fēng)溫度，℃，按表8-1-2選?。黄溆喾栆饬x同前。
(2)空氣加熱器能夠供給的熱量
Q‘＝kS△tp， KW (8-1-4)
Q＇─空氣加熱器能夠供給的熱量，KW； K ─空氣加熱器的傳熱系數(shù)，KW/（m2·K）；S ─空氣加熱器的散熱面積，m2；△tp─熱媒與空氣間的平均溫差，℃。
當(dāng)熱媒為蒸汽時：△tp=tv-(tl+th0)/2,℃ (8-1-5)
當(dāng)熱媒為熱水時：△tp=(tw1+tw2)/2-(te+tho)/2，℃ (8-1-6)
tv─飽和蒸汽溫度，℃；tw1、tw2─熱水供水和回水溫度，℃； 其余符號意義同前。
空氣加熱器常用的在不同壓力下的飽和蒸汽溫度，見表8-1-3
2.選擇計算步驟
空氣加熱器的選擇計算可按下述方法和步驟進(jìn)行：
初選加熱器的型號
初選加熱器的型號首先應(yīng)假定通過空氣加熱器的質(zhì)量流速(vρ)’，一般井口房不密閉時(vρ)‘可選4～8Kg/m2.s,井口房密閉時(vρ)’可選2～4Kg/m2.s。然后按下式求出加熱器所需的有效通風(fēng)截面積S＇：
S＇＝M1/(vρ)＇，m2 (8-1-7)
在加熱器的型號初步選定之后，即可根據(jù)加熱器實際的有效通風(fēng)截面
積，算出實際的(vρ)值。
（2）計算加熱器的傳熱系數(shù)
表8-1-4中列舉了部分國產(chǎn)空氣加熱器傳熱系數(shù)的實驗公式，供學(xué)習(xí)時參考，更詳細(xì)的資料請查閱有關(guān)手冊。如果有的產(chǎn)品在整理傳熱系數(shù)實驗公式時，用的不是質(zhì)量流速（vρ），而是迎面風(fēng)速vy,則應(yīng)根據(jù)加熱器有效截面積與迎風(fēng)面積之比α值（α稱為有效截面系數(shù)），使用關(guān)系式，由vρ求出vy后，再計算傳熱系數(shù)。
如果熱媒為熱水，則在傳熱系數(shù)的計算公式中還要用到管內(nèi)水流速VW。加熱器管內(nèi)水流速可按下式計算：
m/s (8-1-8)
VW─加熱器管內(nèi)水的實際流速，m/s；Sw─空氣加熱器熱媒通過的截面積，m2； C─水的比熱，C ＝ 4.1868KJ/Kg·K。
其余符號意義同前。
（3）計算所需的空氣加熱器面積和加熱器臺數(shù)
空氣加熱器所需的加熱面積可按下式計算：
m2 (8-1-9)
式中符號意義同前。
計算出所需加熱面積后，可根據(jù)每臺加熱器的實際加熱面積確定所需加熱器的排數(shù)和臺數(shù)。
(4)檢查空氣加熱器的富余系數(shù)，一般取1.15～1.25。
(5)計算空氣加熱器的空氣阻力△H，計算公式見表8-1-4。
(6)計算空氣加熱器管內(nèi)水阻力△h，計算公式也見表8-1-4。
第二節(jié) 礦井主要熱源及其散熱量
要進(jìn)行礦井空調(diào)設(shè)計，首先就必須了解引起礦井高溫?zé)岷Φ闹饕绊懸蛩?。能引起礦井氣溫值升高的環(huán)境因素統(tǒng)稱為礦井熱源。
一、井巷圍巖傳熱
1．圍巖原始溫度的測算
圍巖原始溫度是指井巷周圍未被通風(fēng)冷卻的原始巖層溫度。由于在地表大氣和大地?zé)崃鲌龅墓餐饔孟拢瑤r層原始溫度沿垂直方向上大致可劃分為三個層帶：
變溫帶：在地表淺部由于受地表大氣的影響，巖層原始溫度隨地表大氣溫度的變化而呈周期性地變化，稱為變溫帶。
恒溫帶：隨著深度的增加，巖層原始溫度受地表大氣的影響逐漸減弱，而受大地?zé)崃鲌龅挠绊懼饾u增強，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一深度處時，二者趨于平衡，巖溫常年基本保持不變，這一層帶稱為恒溫帶，恒溫帶的溫度約比當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁馗?～2℃。
增溫帶：在恒溫帶以下，由于受大地?zé)崃鲌龅挠绊?，在一定的區(qū)域范圍內(nèi)，巖層原始溫度隨深度的增加而增加，大致呈線性的變化規(guī)律，這一層帶稱為增溫帶。
地溫率：在增溫帶內(nèi)，巖層原始溫度隨深度的變化規(guī)律可用地溫率或地溫梯度來表示。地溫率是指恒溫帶以下巖層溫度每增加1℃，所增加的垂直深度，即：
m/℃ (8-2-1)
地溫梯度：指恒溫帶以下，垂直深度每增加100m時，原始巖溫的升高值，它與地溫率之間的關(guān)系為：
Gr=100/gr ℃/100m (8-2-2)
gr─地溫率，m/℃；Gr─地溫梯度，℃/100m；
Z0、Z─恒溫帶深度和巖層溫度測算處的深度，m；tr0、tr─恒溫帶溫度和巖層原始溫度，℃。若已知gr或Gr及Z0、tr0，則對式（8-2-1）、式（8-2-2）進(jìn)行變形后,即可計算出深度為Zm的原巖溫度tr。
2．圍巖與風(fēng)流間傳熱量
井巷圍巖與風(fēng)流間的傳熱是一個復(fù)雜的不穩(wěn)定傳熱過程。井巷開掘后，隨著時間的推移，圍巖被冷卻的范圍逐漸擴大，其所向風(fēng)流傳遞的熱量逐漸減少；而且在傳熱過程中由于井巷表面水分蒸發(fā)或凝結(jié)，還伴隨著傳質(zhì)過程發(fā)生。為簡化研究，目前常將這些復(fù)雜的影響因素都?xì)w結(jié)到傳熱系數(shù)中去討論。因此，井巷圍巖與風(fēng)流間的傳熱量可按下式來計算：
Qr＝KτUL(trm-t)， KW (8-2-5)
Qr─井巷圍巖傳熱量，KW；
Kτ─圍巖與風(fēng)流間的不穩(wěn)定換熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；
U─井巷周長，m； L─井巷長度，m；
trm─平均原始巖溫，℃； t─井巷中平均風(fēng)溫，℃。
圍巖與風(fēng)流間的不穩(wěn)定傳熱系數(shù)Kτ是指井巷圍巖深部未被冷卻的巖體與空氣間溫差為1℃時，單位時間內(nèi)從每m2巷道壁面上向空氣放出(或吸收)的熱量。它是圍巖的熱物理性質(zhì)、井巷形狀尺寸、通風(fēng)強度及通風(fēng)時間等的函數(shù)。由于不穩(wěn)定傳熱系數(shù)的解析解相當(dāng)復(fù)雜，在礦井空調(diào)設(shè)計中大多采用簡化公式或統(tǒng)計公式計算。
二、機電設(shè)備放熱
1.采掘設(shè)備放熱
采掘設(shè)備運轉(zhuǎn)所消耗的電能最終都將轉(zhuǎn)化為熱能，其中大部分將被采掘工作面風(fēng)流所吸收。風(fēng)流所吸收的熱能中小部分能引起風(fēng)流的溫升，其中大部分轉(zhuǎn)化成汽化潛熱引起焓增。
采掘設(shè)備運轉(zhuǎn)放熱一般可按下式計算：
Qc＝ψN， KW (8-2-6)
Qc─風(fēng)流所吸收的熱量，KW；
ψ─采掘設(shè)備運轉(zhuǎn)放熱中風(fēng)流的吸熱比例系數(shù)；ψ值可通過實測統(tǒng)計來確定。
N─采掘設(shè)備實耗功率，KW。
2.其它電動設(shè)備放熱
電動設(shè)備放熱量一般可按下式計算：
Qe＝(1-ηt)ηmN， KW (8-2-7)
Qe─電動設(shè)備放熱量，KW；N─電動機的額定功率，KW；
ηt─提升設(shè)備的機械效率，非提升設(shè)備或下放物料ηt=0；
ηm─電動機的綜合效率，包括負(fù)荷率、每日運轉(zhuǎn)時間和電動機效率等因素。
三、運輸中煤炭及矸石的放熱
在以運輸機巷作為進(jìn)風(fēng)巷的采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)中，運輸中煤炭及矸石的放熱是一種比較重要的熱源。運輸中煤炭及矸石的放熱量一般可用下式近似計算：
KW (8-2-8) Qk─運輸中煤炭或矸石的放熱量，KW；
m─煤炭或矸石的運輸量，Kg/s；
Cm─煤炭或矸石的比熱，KJ/(Kg·℃)；
Δt ─煤炭或矸石與空氣溫差，℃。可由實測確定，也可用下式估算：
℃ (8-2-9) L─運輸距離，m； tr─運輸中煤炭或矸石的平均溫度，一般較回采工作面的原始巖溫低4～8℃；
twm─運輸巷道中風(fēng)流的平均濕球溫度，℃。
四、礦物及其它有機物的氧化放熱
井下礦物及其它有機物的氧化放熱是一個十分復(fù)雜的過程，很難將它與其它熱源分離開來單獨計算，現(xiàn)一般采用下式估算：
KW (8-2-10)
式中 Q0─氧化放熱量，KW
V─巷道中平均風(fēng)速，m/s；
q0─V＝1m/s時單位面積氧化放熱量，KW/m2；在無實測資料時， 可取3～4.6×10-3 KW/m2。
其余符號意義同前。
五、人員放熱
在人員比較集中的采掘工作面，人員放熱對工作面的氣候條件也有一定的影響。人員放熱與勞動強度和個人體質(zhì)有關(guān)，現(xiàn)一般按下式進(jìn)行計算：
KW (8-2-11)
Qw0─人員放熱量，KW
n─工作面總?cè)藬?shù)；
q─每人發(fā)熱量，一般參考以下數(shù)據(jù)取值：靜止?fàn)顟B(tài)時取0.09～0.12KW；輕度體力勞動時取0.2kw；中等體力勞動時取0.275kw；繁重體力勞動時取0.47kw。
六、熱水放熱
井下熱水放熱主要取決于水溫、水量和排水方式。當(dāng)采用有蓋水溝或管道排水時，其傳熱量可按下式計算：
KW (8-2-12)
Qw─熱水傳熱量，KW；
Kw─水溝蓋板或管道的傳熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；
S─水與空氣間的傳熱面積。水溝排水:S＝BwL，m2；管道排水:S＝πD2L，m2；
Bw─水溝寬度，m；D2─管道外徑，m；L─水溝長度，m；
tw ─水溝或管道中水的平均溫度，℃；
t─巷道中風(fēng)流的平均溫度，℃。
水溝蓋板的傳熱系數(shù)可按下式確定：
KW/(m2·℃) (8-2-13)
管道傳熱系數(shù)可按下式確定：
KW/(m2·℃) （8-2-14）
α1─水與水溝蓋板或管道內(nèi)壁的對流換熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；
α2─水溝蓋板或管道外壁與巷道空氣的對流換熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；
δ─蓋板厚度，m；
λ─蓋板或管壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；
D1─管道內(nèi)徑，m；
D2─管道外徑，m。
第三節(jié) 礦井風(fēng)流熱濕計算
礦井風(fēng)流熱濕計算是礦井空調(diào)設(shè)計的基礎(chǔ)，是采取合理的空調(diào)技術(shù)措施的依據(jù)。
一、地表大氣狀態(tài)參數(shù)的確定
地表大氣狀態(tài)參數(shù)一般按下述原則確定：
溫度采用歷年最熱月月平均溫度的平均值；
相對濕度采用歷年最熱月月平均相對濕度的平均值；
含濕量采用歷年最熱月月平均含濕量的平均值。
這些數(shù)值均可從當(dāng)?shù)貧庀笈_、站的氣象統(tǒng)計資料中獲得。
二、井筒風(fēng)流的熱交換和風(fēng)溫計算
研究表明，在井筒通過風(fēng)量較大的情況下，井筒圍巖對風(fēng)流的熱狀態(tài)影響較小，決定井筒風(fēng)流熱狀態(tài)的主要因素是地表大氣條件和風(fēng)流在井筒內(nèi)的加濕壓縮過程。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，井筒風(fēng)流的熱平衡方程式為：
(8-3-1)
在一定的大氣壓力下，風(fēng)流的含濕量與風(fēng)溫呈近似的線性關(guān)系：
g/Kg (8-3-2)
式中 φ─風(fēng)流的相對濕度，％；
t─風(fēng)流溫度，℃；
P─大氣壓力，Pa；
b、ε＇、Pm─與風(fēng)溫有關(guān)的常數(shù)，由表8-3-1確定。
令 ：
則： (8-3-3)
將式(8-3-3)代入式(8-3-1)可解得：
℃ (8-3-4)
組合參數(shù)(只是為了簡化公式而設(shè)的，沒有任何物理意義)：
E1＝2.4876A1；E2＝2.4876A2
A1＝622b/(P1-Pm)；A2＝622b/(P2－Pm)；
F＝(Z1－Z2)/102.5－(E2－E1)ε＇。
(8-3-4)即為井底風(fēng)溫計算式。
P1、P2─井口、井底的大氣壓力，對于井底大氣壓力可近似
按式（8-3-5）推算：
P2＝P1＋gp(Z1-Z2)，Pa (8-3-5)
gp─壓力梯度，其值為11.3～12.6，Pa/m；
φ1、φ2── 井口、井底空氣的相對濕度，％。
當(dāng)井筒中存在水分蒸發(fā)時，由于水分蒸發(fā)吸收的熱量來源于風(fēng)流下行壓縮熱和風(fēng)流本身，這部分熱量將轉(zhuǎn)化為汽化潛熱，所以當(dāng)風(fēng)流沿井筒向下流動時，有時井底風(fēng)溫不僅不會升高，反而還可能有所降低。
三、巷道風(fēng)流的熱交換和風(fēng)溫計算
風(fēng)流經(jīng)過巷道時，由于與巷道環(huán)境間發(fā)生熱濕交換，使風(fēng)溫隨距離逐漸
上升。其熱平衡方程式為：
(8-3-6)
式中 Mb─風(fēng)流的質(zhì)量流量，Kg/s；
Kτ─風(fēng)流與圍巖間的不穩(wěn)定換熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；
U─巷道周長，m； tr─原始巖溫，℃；
Kt、Kx─分別為熱、冷管道的傳熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；
Ut、Ux─分別為熱、冷管道的周長，m；
tt、tx─分別為熱、冷管道內(nèi)流體的平均溫度，℃；
Kw─巷道中水溝蓋板的傳熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；
Bw─水溝寬度，m；
tw ─水溝中水的平均溫度，℃；
∑Qm─巷道中各種絕對熱源的放熱量之和，KW；
L─巷道的長度，m。
式(8-3-6)通過變換整理可改寫成：
(R＋E)t2＝(R＋E－N)t1＋M＋F (8-3-7)
由式(8-3-7)可解得：
，℃ (8-3-8)
其中組合參數(shù)：
E＝2.4876A；
； ； ；
；N＝Nτ＋Nt＋Nx＋Nw；R＝1＋0.5N；
M＝Nτtr＋Nttt＋Nxtx＋Nwtw； ；
。
如果巷道中的相對熱源只有圍巖放熱，則式(8-3-8)還可簡化為：
，℃ (8-3-9)
四、采掘工作面風(fēng)流熱交換與風(fēng)溫計算
1.采煤工作面
風(fēng)流通過采煤工作面時的熱平衡方程式可表示為
(8-3-10)
式中 Qk─運輸中煤炭放熱量，KW；其余符號意義同前。
將式(8-2-6)和式(8-3-3)代入式(8-3-10)，經(jīng)整理即可得出采煤工
作面末端的風(fēng)溫計算式，其形式和式(8-3-9)完全一樣，只是其中的組合
參數(shù)略有不同。
對于采煤工作面：
；
式中 m─每小時煤炭運輸量， ，t/h；
A─工作面日產(chǎn)量，t；
τ─每日運煤時數(shù)，h。
當(dāng)要求采煤工作面出口風(fēng)溫不超過《規(guī)程》規(guī)定時，其入口風(fēng)溫可按
下式確定：
，℃ (8-3-11)
2.掘進(jìn)工作面
風(fēng)流在掘進(jìn)工作面的熱交換主要是通過風(fēng)筒進(jìn)行的，其熱交換過程一般可視為等濕加熱過程?，F(xiàn)以如圖8-3-1所示的壓入式通風(fēng)為例進(jìn)行討論。
(1)局部通風(fēng)機出口風(fēng)溫確定
風(fēng)流通過局部通風(fēng)機后，其出口風(fēng)溫一般可按下式確定：
，℃ (8-3-12)
Kb ─局部通風(fēng)機放熱系數(shù)，可取0.55～0.7；
t0 ─局部通風(fēng)機入口處巷道中的風(fēng)溫；℃；
Ne ─局部通風(fēng)機額定功率，KW；
Mb1 ─局部通風(fēng)機的吸風(fēng)量，Kg/s。
(2)風(fēng)筒出口風(fēng)溫的確定：
根據(jù)熱平衡方程式，風(fēng)流通過風(fēng)筒時，其出口風(fēng)溫可按下式確定：
，℃ (8-3-13)
其中：
對于單層風(fēng)筒：
KW/m2·℃ (8-3-14)
對于隔熱風(fēng)筒：
KW/m2·℃ (8-3-15)
式中 tb ─風(fēng)筒外平均風(fēng)溫，℃；
Z1 ─風(fēng)筒入口處標(biāo)高，m；
Z2 ─風(fēng)筒出口處標(biāo)高，m；
Kt ─風(fēng)筒的傳熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；
St ─風(fēng)筒的傳熱面積，m2；
p ─風(fēng)筒的有效風(fēng)量率,；
Mb2 ─風(fēng)筒出口的有效風(fēng)量，Kg/s；
α1─風(fēng)筒外對流換熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；
(8-3-16)
α2─風(fēng)筒內(nèi)對流換熱系數(shù)，KW/m2·℃；
(8-3-17)
D 1─隔熱風(fēng)筒外徑，m；
D2 ─風(fēng)筒內(nèi)徑，m；
λ ─隔熱層的導(dǎo)熱系數(shù)，KW/m·℃；
Vb ─巷道中平均風(fēng)速；
，m/s (8-3-18)
Vm ─風(fēng)筒內(nèi)平均風(fēng)速；
，m/s (8-3-19)
S ─掘進(jìn)巷道的斷面積，m2。
(3)掘進(jìn)頭風(fēng)溫確定
風(fēng)流從風(fēng)筒口射出后，與掘進(jìn)頭近區(qū)圍巖發(fā)生熱交換，根據(jù)熱
平衡方程式，掘進(jìn)頭風(fēng)溫可按下式確定：
，℃ (8-3-20)
其中： ； ； ；
式中 Kτ3 ─掘進(jìn)頭近區(qū)圍巖不穩(wěn)定換熱系數(shù)，KW/m2·℃；
S3 ─掘進(jìn)頭近區(qū)圍巖散熱面積，m2；
∑Qm3─掘進(jìn)頭近區(qū)局部熱源散熱量之和，KW。
其余符號意義同前。
掘進(jìn)頭近區(qū)圍巖不穩(wěn)定換熱系數(shù)可按下式確定：
，KW/m2·℃ (8-3-21)
其中： ； ； ； 。
λ─巖石的導(dǎo)熱系數(shù)，KW/m·℃；a─巖石的導(dǎo)溫系數(shù)，m2/h；τ3─掘進(jìn)頭平均通風(fēng)時間，h；l3─掘進(jìn)頭近區(qū)長度，m。
五、礦井風(fēng)流濕交換
當(dāng)?shù)V井風(fēng)流流經(jīng)潮濕的井巷壁面時，由于井巷表面水分的蒸發(fā)
或凝結(jié)，將產(chǎn)生礦井風(fēng)流的濕交換。根據(jù)濕交換理論，經(jīng)推導(dǎo)可得
出井巷壁面水分蒸發(fā)量的計算公式為：
，Kg/s (8-3-22)
式中 α─井巷壁面與風(fēng)流的對流換熱系數(shù)；
，KW/m2·℃ (8-3-23)
γ─水蒸氣的汽化潛熱，2500 KJ/Kg；
t─巷道中風(fēng)流的平均溫度，℃；
ts─巷道中風(fēng)流的平均濕球溫度，℃；
U─巷道周長，m；
L─巷道長度，m；
P─風(fēng)流的壓力，Pa；
P0─標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力，101325Pa，Vb─巷道中平均風(fēng)速，m/s；
εm─巷道壁面粗糙度系數(shù)，光滑壁面εm=1；主要運輸大巷
εm =1.00～1.65；運輸平巷εm =1.65～2.5；工作面εm =2.5～3.1。
由濕交換引起潛熱交換，其潛熱交換量為：
，KW (8-3-24)
式中符號意義同前。
必須指出：公式(8-3-22)是在井巷壁面完全潮濕的條件下導(dǎo)出的，所以
由該式計算出的是井巷壁面理論水分蒸發(fā)量。實際上，由于井巷壁面的潮濕程度不同，其濕交換量也有所不同，故在實際應(yīng)用中應(yīng)乘以一個考慮井巷壁面潮濕程度的系數(shù)，稱為井巷壁面潮濕度系數(shù)，其定義為：井巷壁面實際的水分蒸發(fā)量與理論水分蒸發(fā)量的比值，用f表示，即：
(8-3-25)
該值可通過實驗或?qū)崪y得到。求得井巷壁面的潮濕度系數(shù)后，即可求得
風(fēng)流通過該段井巷時的含濕量增量：
(8-3-26)
由含濕量增量，即可求得該段井巷末端風(fēng)流的含濕量和相對濕度：
(8-3-27)
(8-3-28)
式中 Pv ─水蒸氣分壓力，可用下式計算：
Pa (8-3-29)
Ps ─飽和水蒸氣分壓力，可用下式計算：
Pa (8-3-30)
第四節(jié) 礦井降溫的一般技術(shù)措施
它主要包括：通風(fēng)降溫、隔熱疏導(dǎo)、個體防護(hù)等，本節(jié)僅介紹其中幾種主要措施。
一、通風(fēng)降溫
1．加大風(fēng)量
2．選擇合理的礦井通風(fēng)系統(tǒng)
二、隔熱疏導(dǎo)
所謂隔熱疏導(dǎo)就是采取各種有效措施將礦井熱源與風(fēng)流隔離開來，或?qū)崃髦苯右氲V井回風(fēng)流中，避免礦井熱源對風(fēng)流的直接加熱，從而達(dá)到礦井降溫的目的。隔熱疏導(dǎo)的措施主要有：
１．巷道隔熱
2．管道和水溝隔熱
3．井下發(fā)熱量大的大型機電硐室應(yīng)獨立回風(fēng)
三、個體防護(hù)
第五節(jié) 礦井空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計簡介
當(dāng)采用一般的礦井降溫措施，不能有效地解決采掘工作面的高溫問題時，就必須采用礦井空調(diào)技術(shù)。所謂礦井空調(diào)技術(shù)就是應(yīng)用各種空氣熱濕處理手段，來調(diào)節(jié)和改善井下作業(yè)地點的氣候條件，使之達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的一門綜合性技術(shù)。
一、礦井空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)
礦井空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的主要依據(jù)是行業(yè)法規(guī)（如《煤礦安全規(guī)程》等）和上級主管部門的書面批示。此外還必須收集下列資料或數(shù)據(jù)：
(1)礦區(qū)常年氣候條件，如地表大氣的月平均溫度、月平均相對濕度和大氣壓力等；
(2)礦井各生產(chǎn)水平的地溫資料和等地溫線圖；
(3)礦井設(shè)計生產(chǎn)能力、服務(wù)年限、開拓方式、采區(qū)布置和年度計劃等；
(4)采掘工程平（剖）面圖、通風(fēng)系統(tǒng)圖和通風(fēng)網(wǎng)路圖；
(5)礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力測定與分析數(shù)據(jù)，如井巷通風(fēng)阻力、風(fēng)阻、風(fēng)量等；
(6)井巷所穿過各巖層的巖石熱物理性質(zhì)，如導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)、比
熱和密度等；
(7)礦井水溫和水量。
二、設(shè)計的主要內(nèi)容與步驟
礦井空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計是一項非常復(fù)雜的工作，其主要設(shè)計內(nèi)容和步驟如下：
(1)礦井熱源調(diào)查與分析，查明礦井高溫的主要原因及熱害程度，并對礦井空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的必要性作出評價；
(2)根據(jù)實測或預(yù)測的風(fēng)溫，確定采掘工作面的合理配風(fēng)量，并計算出采掘工作面的需冷量，做到風(fēng)量與冷量的最優(yōu)匹配，以減少礦井空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷；
(3)根據(jù)采掘工作面的需冷量、已采取的一般礦井降溫措施及生產(chǎn)的發(fā)展情況，確定全礦井所需的制冷量，并報請有關(guān)部門核準(zhǔn)；
(4)根據(jù)礦井具體條件，擬定礦井空調(diào)系統(tǒng)方案，包括制冷站位置、供冷排熱方式、管道布置、風(fēng)流冷卻地點的選擇等，并進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟比較，確定最佳方案；
(5)根據(jù)擬定的礦井空調(diào)系統(tǒng)方案，進(jìn)行供冷排熱設(shè)計，并進(jìn)行設(shè)備選型；
(6)進(jìn)行制冷機站（硐室）的土建設(shè)計，選取合理的布置方式；
(7)制冷機站（硐室）內(nèi)自動監(jiān)控與安全防護(hù)設(shè)施的設(shè)計，制定設(shè)備運行、維護(hù)的管理機制；
(8)概算礦井空調(diào)的噸煤成本和其它經(jīng)濟性指標(biāo)。
三、礦井空調(diào)系統(tǒng)的基本類型
目前國內(nèi)外常見的冷凍水供冷、空冷器冷卻風(fēng)流的礦井集中空調(diào)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)模式如圖8-5-1所示。它是由制冷、輸冷、傳冷和排熱四個環(huán)節(jié)所組成。由這四個環(huán)節(jié)的不同組合，便構(gòu)成了不同的礦井空調(diào)系統(tǒng)。這種礦井空調(diào)系統(tǒng)，若按制冷站所處的位置不同來分，可以分為以下三種基本類型：
1．地面集中式空調(diào)系統(tǒng)
它將制冷站設(shè)置在地面，冷凝熱也在地面排放，而在井下設(shè)置高低壓換熱器將一次高壓冷凍水轉(zhuǎn)換成二次低壓冷凍水，最后在用風(fēng)地點上用空冷器冷卻風(fēng)流。其結(jié)構(gòu)如圖8-5-2所示。
2．井下集中式空調(diào)系統(tǒng)
井下集中式空調(diào)系統(tǒng)如按冷凝熱排放地點不同來分，又有兩種不同的布置形式： 一是制冷站設(shè)置在井下，并利用井下回風(fēng)流排熱，如圖8-5-3所示。這種布置形式具有系統(tǒng)比較簡單，冷量調(diào)節(jié)方便，供冷管道短，無高壓冷水系統(tǒng)等優(yōu)點 ;二是制冷站設(shè)置在井下， 但冷凝熱在地面排放，如圖8-5-4所示。這種布置形式雖可提高冷凝熱的排放能力，但需在冷卻水系統(tǒng)增設(shè)一個高低壓換熱器，系統(tǒng)比較復(fù)雜。
3．井上、下聯(lián)合式空調(diào)系統(tǒng)
這種布置形式是在地面、井下同時設(shè)置制冷站，冷凝熱在地面集中排
放，如圖8-5-5所示。它實際上相當(dāng)于兩級制冷，井下制冷機的冷凝熱是
借助于地面制冷機冷水系統(tǒng)冷卻。
上述三種集中式礦井空調(diào)系統(tǒng)相比，在技術(shù)上的優(yōu)缺點見表8-5-1
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