煤炭学报

作者：秦跃平, 王鹏, 唐飞, 郭铭彦, 王世斌,

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,

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5 d、1 a、10 a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。

来源：2026年第1期

《煤炭学报》期刊编辑部

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