深井热害防治与矿井热能利用

随着矿井开采深度的增加和机械化程度的不断提高，矿井热害日益突出，已成为制约矿井安全开采的重大问题之一，因此，深入开展深井热害成灾机理、防治及其资源化利用的基础理论与应用技术研究，对于保障我国深部煤炭资源安全、高效开采具有重大的理论与现实意义。项目重点采用理论分析、现场测试、室内实验、数值计算、现场实验等多途径、多方法，对深部热害成灾机理、控制对策与工艺设备等关键技术进行系统研究，具体包括：（1）掌握深部地温场分布规律，建立地温场预测模型，揭示高温高湿多场耦合作用成灾机理；（2）揭示深井固-流温度场的耦合作用机制；（3）掌握不同模式下的深井降温与热能利用机理，提出相应的对策及设计方法；（4）解决关键设备管路积垢及保温问题；（5）形成低能耗、高效率的深井热害HEMS降温与热害资源化利用工艺与装备系统。解决上述相关基础科学问题，为建立深井热害防治与矿井热能利用基础理论与技术体系奠定基础。

本项目针对深部煤炭开采中的高温热害问题，从深部地温场模型及热害成灾机理入手，围绕深井降温与热能利用机理，对深井热害防治与矿井热能利用进行了系统研究，取得重要进展。包括：（1）总结我国主要煤田地温场特征，掌握深部煤田地温场纵向和横向分布规律；（2）揭示深部高温高湿环境诱发的软岩高温软化大变形、吸附瓦斯逸出、吸水软化大变形等灾害现象，掌握了深部高温高湿诱发次生灾害成灾机理；（3）研发了具有自主知识产权的深井热害相关实验设备及软件系统，共计研发实验设备6套，计算机软件系统3套，为进一步研究奠定基础；（4）搭建了矿井降温系统结垢模拟试验台，揭示了矿井降温系统形垢机理；（5）提出掘进巷道隔热分流排热降温技术，研发冷媒长距离输送过程中相变储能保冷技术材料；（6）提出了矿井热害资源化利用的技术思路，建立不同条件下深井降温与热能利用的模式，揭示深井降温与热能利用的热能转换规律，同时完善相应的不同模式下的降温与热能利用设计方法。项目按计划任务内容完成了相关研究工作，经费支出合理，达到了预期目标，项目研究期间共发表论文52篇，其中被SCI、EI、ISTP收录论文43篇，出版著作3部；获得专利16件，其中美国发明专利1件，中国发明专利12件，实用新型专利3件；项目组1人当选中国科学院院士，1人获得何梁何利基金科学与技术进步奖，共培养博士研究生5名，硕士研究生25名。举办国内外学术会议8次，加大推动了研究成果的国际影响力及其在实际工程中的推广应用，经济社会效益显著。