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第1章 引言 1

1.1 三河尖矿深井概况及问题的提出 1

1.1.1 三河尖矿深井概况 1

1.1.2 问题的提出 3

1.2 国内外深井高温热害研究现状 6

1.2.1 国外研究现状 6

1.2.2 国内研究现状 7

1.3 热害治理及资源化利用研究现状 8

1.3.1 热害治理现状 8

1.3.2 深部热能利用现状 9

1.3.3 HEMS深井热能利用工程实例 11

1.3.4 深部热资源梯级利用技术及应用实例 15

1.3.5 混合水源联动运行空调技术 16

1.3.6 深部地层储能反季节循环利用技术 20

1.4 本书主要研究内容 22

1.5 本书研究方法及技术路线 23

1.5.1 研究方法 23

1.5.2 技术路线 23

1.6 创新点 23

第2章 三河尖矿水文地质条件及地热资源条件分析 25

2.1 区域水文地质条件 25

2.1.1 区域构造地质 25

2.1.2 区域水文地质 26

2.1.3 区域地层概况 28

2.2 井田水文地质条件 28

2.2.1 井田构造地质 28

2.2.2 矿井水文地质 30

2.2.3 井田含煤地层 33

2.2.4 井田深部地应力 33

2.3 三河尖矿深井开采岩体温度场特征 33

2.3.1 深井开采热害模式分类及其特征 33

2.3.2 三河尖矿区地温状况 37

2.3.3 地温异常原因分析 39

2.3.4 三河尖矿深部地温预测 39

2.4 地热资源条件 40

2.4.1 区域含水层划分及其特征 40

2.4.2 地下水补、径、排条件 41

2.4.3 矿井涌水 41

2.4.4 奥陶系灰岩含水层特征 41

2.4.5 第四系含水层特征 41

2.5 本章小结 42

第3章 三河尖矿奥陶水与围岩间的传热机理 43

3.1 三河尖矿高温奥陶水资源情况 43

3.1.1 三河尖矿地层概化 43

3.1.2 奥陶系灰岩承压含水层的地层情况 44

3.1.3 奥陶系灰岩裂隙岩溶含水层特征 44

3.1.4 21102工作面采空区水源特征 44

3.2 计算模型的建立 44

3.3 奥陶水与岩体间的传热机理 45

3.3.1 基本参数 46

3.3.2 多孔介质传热传质过程分析 48

3.3.3 理论建模及求解 49

3.3.4 初始条件及边界条件 54

3.3.5 数学模型的简化 54

3.3.6 求解方法 57

3.4 三河尖矿奥陶水与岩体间传热的理论分析 58

3.4.1 计算假定 58

3.4.2 计算公式 58

3.4.3 计算参数 58

3.4.4 岩体与奥陶水的换热计算 59

3.5 本章小结 62

第4章 三河尖矿奥陶水与围岩相互作用数值分析 63

4.1 FLUENT简介 63

4.2 基本假设 64

4.3 原岩温度的确定 65

4.4 模型建立 66

4.4.1 计算流体动力学概述 66

4.4.2 数学模型 66

4.4.3 几何模型建立及网格划分 67

4.4.4 模拟参数 68

4.5 模拟工况 68

4.6 巷道内奥陶水温度场变化规律 68

4.7 结果分析 74

4.8 本章小结 77

第5章 三河尖矿热/冷负荷计算 78

5.1 供暖负荷计算的基本理论 78

5.1.1 围护结构的传热耗热量 79

5.1.2 冷风渗透和冷风侵入耗热量 83

5.2 三河尖矿区井上供暖热负荷计算 84

5.2.1 气象条件 84

5.2.2 供暖热负荷计算 84

5.3 深井工作面热荷载及系统冷负荷计算 86

5.3.1 深井降温冷负荷计算 86

5.3.2 反分析法计算冷负荷 88

5.3.3 循环生产系统冷负荷计算 90

5.4 本章小结 90

第6章 三河尖矿深井高温热害资源化利用工程设计 91

6.1 三河尖矿深井高温热害的特点 91

6.1.1 热水水量 91

6.1.2 水质分析 91

6.1.3 水质处理方法 92

6.2 水力计算 92

6.2.1 室内热水供暖系统的水力计算 92

6.2.2 室外热水供暖系统的水力计算 93

6.2.3 三河尖矿区供暖水力计算 96

6.3 主要设备选用 96

6.4 深井高温热害资源化HEMS井上井下综合利用技术 97

6.4.1 系统流程 97

6.4.2 深井高温热害资源化综合利用HEMS技术 97

6.4.3 运行工况说明 98

6.5 工艺系统的关键技术 100

6.5.1 深井HEMS系统的工作原理及特点 100

6.5.2 HEMS-Ⅲ能量转换与提升技术 101

6.5.3 HEMS-T换热技术 104

6.6 系统运行效果预测分析 105

6.7 本章小结 105

第7章 结论与展望 106

7.1 结论 106

7.2 展望 107

参考文献 108