随着矿井开采深度逐渐增加,深井热环境问题日益突出,高温环境严重影响了井下工作人员的身心健康。而目前大多数研究都局限于掘进巷道热环境的单一因素影响,涉及多因素影响作用机理的研究较少。本文以具有深井热环境的夏甸金矿为研究对象,采用理论分析计算、现场试验与数值模拟相结合的研究方法,对掘进巷道热环境的影响因素作用机理进行研究。 基于热力学与传热学的相关理论,分析掘进巷道的热源分布与产热计算,建立掘进巷道的热平衡方程,进而推导出掘进工作面传热计算的基本关系式,并以夏甸金矿-700m水平掘进巷道为实例,计算得出通风机出口的风流干球温度为19.65℃、含湿量为10.568g/kg、相对湿度为82.1%、焓值为45.452kJ/kg;风筒出口风流干球温度为22.501℃;掘进工作面回风干球温度为27.527℃;巷道出口风流干球温度为28.919℃。 现场热环境影响试验与数值模拟结果表明,采取通风措施可以显著改善巷道热环境。在同一断面内,温度场分布呈现中间低、四周高;下部低、上部高的特征,且数值模拟的温度场分布与现场一致,说明模拟参数设置合理,数值模拟方法可行。 通过正交实验研究不同因素对掘进巷道热环境的重要性排序,实验结果表明:对掘进巷道热环境的影响程度由大到小依次为围岩温度、风筒直径、风筒入风温度、风筒入风风速;风筒入风风速、风筒入风温度和风筒直径在不同断面下的极差差值相差较小,对掘进巷道热环境的影响程度较为稳定;不同断面下的围岩温度极差值相差较大,且表现为距离掘进工作面越远,对掘进巷道热环境的影响越显著。 通过控制变量实验研究不同影响因素对掘进巷道热环境的影响作用机理,实验结果表明:掘进巷道温度与风筒入风风速之间呈负幂函数关系,增大风筒入风风速可降低掘进巷道温度,但风筒入风风速过大,降温效果越来越不明显;掘进巷道温度与风筒入风温度、围岩温度之间呈线性正相关关系,与风筒直径之间呈线性负相关关系。 利用Origin对数值模拟结果进行拟合,得到掘进巷道温度场与风筒入风风速、风筒入风温度、围岩温度、风筒直径之间的多元线性回归方程,拟合程度较好,可为工程预测掘进巷道热环境提供参考。