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煤矿避难硐室是煤矿紧急避险系统的重要组成部分。煤矿井下发生瓦斯、粉尘、顶板等事故后,避难硐室将为事故中幸存但暂时不能脱离灾区的遇险人员提供一个可以96小时安全、可靠避灾的场所。避灾过程中,人体代谢和设备运行产生的热量,将使空气温度升高。为避免高温环境对人员安全避灾带来的不利影响,需对硐室内的空气温度进行控制,使室内温度保持在适当的人体热耐受范围内。煤矿发生事故后,井下将面临断电和瓦斯爆炸危险性,给避难硐室内的降温技术带来一定的挑战。准确计算避灾期间避难硐室内的冷负荷是硐室内降温系统设计的基础前提。目前,国内、外对煤矿避难硐室内降温方法与降温装置进行了比较深入的研究,已研究出适用于灾害时期的液态CO2降温技术、蓄冰降温技术及相变降温技术和装置。但在煤矿避难硐室温湿度控制基础理论研究方面明显不足,特别是对避灾期间避难硐室内人员与设备产热和空气与壁面的耦合非稳态传热研究较少。 本文以煤矿避难硐室内热量的产生与硐室内冷负荷计算为主要研究内容,采用理论分析、CFD数值模拟和实验验证的研究方法,对避灾时期人员与设备产热功率、室内空气与岩体维护结构的非稳态耦合传热、室内空气温度场分布等关键问题进行了研究。本文主要进行的研究内容如下: (1)通过理论分析和实验验证,得出避灾期间硐室内人员和设备的产热功率范围,为避难硐室室内热源计算提供参考; (2)通过收集与整理相关资料,分析人体在湿热环境中的热耐受能力,为避难硐室内的温、湿度范围控制提供参考; (3)通过理论推导,得出避难硐室内空气与岩体在第二类与第三类热边界条件下的非稳态传热量计算公式,并得出硐室内空气温度随时间变化的计算公式; (4)建立了50人型煤矿避难硐室物理模型,采用Fluent数值计算软件,模拟96小时内避难硐室内的空气温度和硐室岩体维护结构内的温度变化情况; (5)利用煤矿避难硐室实验室,选择健康成年男子50人,进行了6小时的真人模拟实验,得出避难硐室生存室内的空气温度、墙体表面温度随时间变化曲线,同时得出避灾时期人员的呼吸商。