巷道围岩与风流不稳定换热准数计算方法
秦跃平
王鹏
唐飞
郭铭彦
王世斌
中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院,北京 100083
摘要：围岩放热是深部高温矿井最主要的热源,其关键参数不稳定换热准数Kuτ直接决定风温预测精度.现有获取Kuτ的方法(解析级数、查图、查表、分段回归、逐巷数值模拟)或计算繁琐,或插值误差大,或无法批量实施,难以满足工程快速、准确、统一计算的需求.为解决上述问题,对巷道围岩与风流不稳定换热准数计算方法展开研究.研究以圆形巷道为对象,建立极坐标下无量纲瞬态导热微分方程,将Kuτ表征为毕渥数Bi与傅里叶数Fo的函数;采用有限体积法离散,节点半径与时间步长按等比级数布置,兼顾剧烈非稳态阶段的精度与后期计算效率,基于Visual Studio自主开发求解程序,在不同Bi、0.01≤Fo≤1000的范围内计算高精度离散解;通过变量转换发现(Bi-Kuτ)-1与Fo-0.5呈高度线性关系,据此构建统一的二次多项式回归公式.计算结果与经典理论解相吻合,验证了数值模型与程序的正确性;回归公式形式简洁、无分段;回归公式平均相对误差1.8％,最大相对误差4.2％,优于既有分段回归;算例显示,巷道通风5d、1a、10a后,不稳定换热准数分别降至初始值的29.0％、7.7％、5.0％,与现实规律一致.该研究给出了 Bi、Fo全域连续变化条件下Kuτ的统一显式表达式,突破了分段拟合的局限,形式简洁,可直接嵌入风温预测软件,实现上百条巷道围岩散热秒级精确计算,为深部矿井热害快速评估及降温设计提供了可靠、高效的工具;该方法可扩展至非圆形断面及非均质围岩,后续将耦合风流温湿过程,实现全矿井热环境动态预测.
关键词：围岩不稳定换热准数数值模拟围岩散热回归分析无量纲分析
分类号：TD727.2(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家重点研发计划(2022YFC2904100)
论文发表日期：2026-01-31
在线出版日期：2026-03-27（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 551-560 )
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