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随着国内外矿山都相继进入深部资源开采状态,高温高湿热害成为矿井向深部发展不可避免的自然灾害,直接影响矿井的安全生产与矿工的劳动效率、身体健康。因此,开展对高温高湿矿井热环境研究,综合治理高温高湿热害,创造安全、经济、舒适的作业环境具有重要意义。本文结合周源山煤矿热害治理工程实践,分析了周源山煤矿深部热害形成原因及其危害,并通过理论分析、现场实测、数值模拟等手段对掘进工作面热环境进行了研究,取得了以下研究成果。(1)总结了国内外矿井热环境理论及矿井空调降温技术的研究成果,分析了周源山煤矿热湿源分布,得到围岩散热、空气自压缩散热是引起工作面高温的主要原因,空气湿度受围岩支护、喷雾洒水、水文地质、气候环境等因素影响;风流与围岩间进行导热、对流、热辐射三种形式的热湿交换。(2)通过建立人体热平衡方程,阐述了高温高湿对人体健康的危害,详细分析了矿井环境下矿工热舒适影响因素。采用空气龄和PMV-PPD两个指标对热环境进行量化,评价矿井通风效果与人体热舒适度。最后得出空气龄与PMV-PPD指标可作为矿井热环境的评价指标。(3)采用CZC5矿井通风多参数测定器、CD4泵吸式多参数测定器、Raynger ST6矿井防爆红外线测温仪等仪器设备对周源山矿井地表、一条井下通风线路、32回风下山掘进工作面进行了气象参数、通风热力参数的测试,得到了地表气象参数日变化规律、井下气候随地表气候变化规律、32回风下山掘进工作面通风效果。(4)根据矿井风流流动数学模型,采用Airpak2.1流体计算软件分别在周源山煤矿实测数据条件和改变影响热环境因素条件下的深部掘进工作面热环境进行了三维数值模拟,得到掘进工作面不同送风参数条件下的气流组织分布规律,送风量、温度、湿度三者组合条件下的最优送风参数。(5)根据周源山煤矿井下具有天然冷源等特点,拟定HEMS矿井空调降温方案,从矿井涌水中提取冷量。参考数值模拟结果,根据工程实际条件确定32回风下山掘进工作面的送风量、送风温度及相对湿度等送风参数。