矿井避难硐室热湿环境及空气品质保障技术

本书针对矿井避难硐室环境保障面临的难点与挑战，从地下空间传热过程和室内污染物形成基础理论出发，利用理论分析、数值计算与试验研究相结合的方法，系统研究了矿井避难硐室特别环境形成的机理、硐室围岩与空气的动态耦合传热特性，提出了一系列适用于矿井避难硐室热湿环境空气品质保障的新方法，从而实现井下无源且安全节能的避难硐室环境控制，并为其他地下受限空间建筑的环境控制设计提供理论参考。
本书可供从事煤矿安全和其他地下空间环境控制的科研工作者和工程技术人员参考。

第1章 绪论 1
1.1 煤炭能源地位与开采情况 1
1.2 煤矿安全生产事故分析 2
1.2.1 国内外煤矿安全形势 2
1.2.2 矿井事故中人员伤亡与逃生可能性 3
1.3 矿井紧急避险系统发展、建设及应用情况 8
1.3.1 矿井紧急避险系统发展现状 8
1.3.2 矿井紧急避险系统建设情况 10
1.3.3 矿井紧急避险系统的典型应用 13
1.4 国内外避难硐室环境保障技术研究综述及展望 13
1.4.1 避难硐室热湿环境保障技术研究现状 14
1.4.2 避难硐室空气品质保障技术研究现状 21
1.4.3 避难硐室环境保障技术的研究展望 25
参考文献 27
第2章 矿井避难硐室特别环境形成与人体耐受能力分析 32
2.1 避难硐室简介 32
2.1.1 紧急避险设备设施分类 32
2.1.2 避难硐室结构与布局 33
2.1.3 避难硐室环境保障要求与技术难点 37
2.2 避难硐室特别环境形成 38
2.2.1 避难硐室内人员物质与能量代谢 38
2.2.2 硐室特别环境形成分析 42
2.3 避难硐室特别环境中人体耐受能力 44
2.3.1 特别热湿环境人体耐受能力 44
2.3.2 低氧环境中人体耐受能力 46
2.3.3 有害气体环境中人体耐受能力 47
参考文献 48
第3章 矿井避难硐室围岩传热特性 50
3.1 升温期避难硐室围岩传热特性 50
3.1.1 升温期避难硐室围岩传热特性的理论分析 51
3.1.2 升温期避难硐室围岩传热特性的试验分析 55
3.2 恒温期避难硐室围岩传热特性 62
3.2.1 恒温期避难硐室围岩传热特性的理论分析 62
3.2.2 恒温期避难硐室边界初始温度场的修正 64
3.3 蓄冷期避难硐室围岩传热特性 65
3.3.1 蓄冷期避难硐室围岩传热特性的理论分析 65
3.3.2 围岩连续蓄冷运行特性研究 76
3.3.3 围岩间歇蓄冷运行特性研究 84
参考文献 95
第4章 矿井避难硐室热环境形成机理 96
4.1 硐室环境受热升温试验 96
4.1.1 试验设置 96
4.1.2 试验结果 98
4.2 数值模型建立、求解与验证 99
4.2.1 模型建立 99
4.2.2 求解设置 100
4.2.3 模型验证 102
4.2.4 工况设计 103
4.3 自然对流状态硐室传热特性 104
4.3.1 室温变化与传热特性 104
4.3.2 影响因素分析 108
4.4 自然对流状态室温热工计算 111
4.4.1 缓慢升温期热工计算公式推导 111
4.4.2 热工计算公式实用性分析 113
参考文献 114
第5章 矿井避难硐室围岩蓄冷­相变蓄热耦合降温系统 115
5.1 耦合降温方法及系统 115
5.1.1 耦合降温方法的提出 115
5.1.2 耦合降温系统 116
5.1.3 耦合降温方法的扩展应用 117
5.2 耦合降温系统传热数理模型 117
5.2.1 耦合降温系统物理模型 118
5.2.2 耦合降温系统数学模型的建立 121
5.2.3 耦合降温系统数学模型的求解 128
5.2.4 耦合降温系统传热模型的验证 136
5.3 耦合降温系统控温特性 143
5.3.1 基于相变板的耦合降温系统控温特性 143
5.3.2 基于相变座椅的耦合降温系统控温特性 152
5.4 耦合降温系统优化配置 161
5.4.1 基于相变板的耦合降温系统优化 161
5.4.2 基于相变座椅与相变板的耦合降温系统优化 164
5.4.3 耦合降温系统优化配置对比 175
5.4.4 耦合降温系统配置策略 176
参考文献 177
第6章 基于压风的矿井避难硐室内空气品质保障 179
6.1 避难硐室压风管路系统设计 179
6.1.1 压风供风方式 179
6.1.2 需风量计算 180
6.1.3 压风管路计算 182
6.2 压风状态下室内空气品质保障及供风系统优化 183
6.2.1 试验分析 183
6.2.2 数值模型建立及求解 186
6.2.3 影响因素分析 189
6.2.4 典型工况分析 192
6.2.5 系统优化 194
6.3 基于压风的空气净化装置配置布局优化 195
6.3.1 基于压风动力的吸附净化装置工作原理 195
6.3.2 净化装置配置计算 196
6.3.3 布局优化试验研究 197
6.4 基于压风的硐室空气幕系统优化 203
6.4.1 系统结构与原理 203
6.4.2 试验设计 205
6.4.3 影响因素分析 207
6.4.4 系统优化 213
参考文献 215
第7章 基于压风的避难硐室热湿环境保障技术 216
7.1 压风状态下矿井避难硐室传热特性研究 216
7.1.1 压风状态下避难硐室传热过程理论分析 216
7.1.2 压风状态下避难硐室传热数值模型 217
7.1.3 动态传热特性 219
7.1.4 影响因素分析 223
7.1.5 压风控温过程室温热工计算 233
7.2 压风状态下矿井避难硐室除湿特性研究 234
7.2.1 压风除湿风量计算 234
7.2.2 压风除湿性能试验研究 235
7.3 压风和相变控温复合降温方法 237
7.3.1 压风和相变座椅耦合降温方法及系统 237
7.3.2 压风和相变座椅耦合降温模型建立及求解 238
7.3.3 压风和相变座椅耦合降温系统控温特性分析 240
7.3.4 压风和相变座椅耦合降温系统影响因素分析 241
7.4 压风冷却控温方法及传热特性 245
7.4.1 压风冷却控温方法 245
7.4.2 避难硐室内压风冷却方法 246
7.4.3 冷风控温过程影响因素分析 249
7.4.4 冷风控温过程室温热工计算 251
7.5 围岩蓄冷­压风冷却复合控温方法及传热特性 255
7.5.1 复合控温方法 255
7.5.2 围岩蓄冷特性 256
7.5.3 复合控温特性 258
7.5.4 室温预测 260
7.6 避难硐室压风控温方案选取策略 261
7.6.1 压风控温方案 261
7.6.2 控温方案选取策略 262
参考文献 264