礦井大功率排水設備峒室的通風散熱

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1 概況

城郊煤礦隸屬永城煤電（集團）有限責任公司，位於華北平原豫東地區永城煤田中部，於2003年10月投產的現代化大型礦井，年產優質無煙煤300萬t以上，礦井服務年限118a。礦井采用立井分水平上下山開拓方式；地表標高＋34m，井底大巷標高－495m；礦井采用中央分列式通風，礦井總入風量8 539m³/min，風壓1 832 Pa。

由於井田位於華北石炭二疊係岩溶一裂隙水害區，煤層底板灰岩承壓水湧水、突水頻繁。礦井正常湧水量1 560m³/h，最大湧水量1 940m³/h，礦井排水峒室設1 250kW大型排水設備10台，平常同時運行3台以上，峒室出現溫度高，設備散熱效果差，通風不良等情況，急需采取有效措施加以解決。

2 主排水峒室高漸形成原因

（1）峒室位於角聯風路增加風量困難。城郊煤礦礦井中央排水峒室位於副井井底車場內。由於礦井設計時對通風網絡局部考慮欠妥，造成排水峒室段位於通風網絡的角聯風路上，實測峒室兩端壓差2 Pa。由於礦井東翼、東南翼入風風流大部分由井底車場聯接北側巷道流出，東翼入風風流經繞道流量減少，造成通過排水峒室通風網絡自然分配的風量600m³/min左右，而且增加風量困難。

（2）峒室內風流流速小，空氣散熱效果差。排水峒室主體高度大，斷麵25.7m²，相對風流風速小，設備運轉產生的熱量不能及時排出峒室，故積熱的高溫空氣流出峒室時間延長。

（3）在型排水設備通風散勢方式不當。大功率排水設備采取強製吸入排除散熱方式，而且設備吸入口與排出口位置相對很近。采用空氣對流散熱，造成設備重複吸入設備散熱剛排出的高溫氣體，嚴重降低設備的散熱效果。

（4）采取的通風措施技術不合理，峒室高溫形成後，在峒致富以入風側增設2台局部通風機帶風筒進行峒室通風，其作用隻是風筒末端風流壓入，提高少量峒室風量，能耗大、效果差。

3 峒室低壓輔助通風

主排水設備峒室在井底車場主要巷道內，生產運輸提升頻繁，增加通風量靠通風網絡自然分風和改造風路方法難以實現。借助輔助通風設備來提高排水峒室供風量是最佳選擇。

3.1 峒室輔助通風參數計算

以2002年9月31日的實測數據：排水設備峒室入口風流溫度22℃，回風道風流溫度35℃，風量652m³/min。

（1）排水設備峒室散熱通風所需風量Q_需。

Q_需＝Q_原（t″₁－t′₀）/（t′₂－t′₀）

＝652（35－22）/（30－22）

＝1 059.5m³/min

≈1 100m³/min。

式中 Q_需——峒室降溫所需風量，m³/min；

　　 Q_原——峒室原實際進風量，m³/min；

　　 t′₀——峒室原實際平均進風氣溫。℃；

　　　t′₂——峒室允許的最高氣溫。℃；

　　　t″₁——峒室回風側原實際平均氣溫，℃。

考慮到7、8月份高溫季節，礦井入風流溫度增高影響，風量調整係數聚1.4。

Q_需＝1.4Q＝1 100×1.4＝1 500m³/min

（2）排水峒室通風阻力h。

排水峒室風路全長136.8m，由摩擦阻力公式

h_摩＝αLpQ²/s³和局部阻力公式

h_局＝ξρV2 1/2g計算通風阻力h＝91.6 Pa。

（3）輔助通風機全壓P_全。

P_全＝h＋h_動＝183.3 Pa

3.2 輔助通風機選型

目前煤礦井下風機均屬中高壓係列，風量偏低，以11 kW局部風機為例：DSFA-52對刻風機（風量46～300 m³min），JBT-52風機（風量42～225 m³min）與同功率K40係列輔助通風機（風量648～1 518 m³/min）比較相差5倍以上。為此先用K40係列低壓輔助風機。

依據峒室通風參數，由風機特性曲線選擇K40-8-14風機，風量732～1 920 m³/min；全壓88.8～470.4 Pa。電機功率15kW；轉數760r/min。風機集風器最大直徑Ф1 692 mm。電動機與風機工作輪直接傳動。風機葉片安裝有32°、29°、26°、23°、22°共5個角度可調。

3.3輔助風機的安裝及應用效果

通風機設在排水峒室回風道風，用隔斷風門將峒室風流與回風隔開做抽出式通風。風機無段施工混凝土基礎，把巷道底板平整墊平，直接將風機平衡放在底板上即可長期運行。

2003年7月輔助風機投入運行至今，風機運行平衡，噪聲較小，峒室通風量為1 640 m³/min，峒室風流溫度降至25℃以下，有效地解決了大型機電設備散熱的峒室通風。

4 大功率排水設備峒室隔熱風道通風

城郊煤礦考慮到礦井隨著開采範圍的擴大，礦井湧水有進一步增加的可能，為提高礦井防治水的可靠性，將在東南翼風井井底增設礦井排水係統，承擔東翼采區湧出的排水工作。在峒室設計上應考慮大功率機電設備特點，對新建的峒室通風方式予以完善。

4.1 大功率排水機電設備散熱方式的特點

大功率機電設備（1 000kW以上）電機均設有設備兩側吸入風流和排出設備散熱風流裝置的接出口，電機運轉時設備內進行強製通風冷卻。設備吸入用於降溫冷卻的風流直接來自峒室內空氣，而設備內排出的散熱風流也直接排入峒室內空氣。有的機電設備吸入口和排風口距離較近，設備運轉溫度升高，是現在機電峒室存在的普遍現象。

解決方法是將設備排出的散熱風流與峒室空氣隔開，杜絕設備重複吸入散熱氣流，設備排出的散熱風流集中專用隔熱風道排至峒室以外。

4.2峒室專用隔熱風道布置

在排水設備峒室的一側或峒室底板下麵，設置1條專用隔熱風道，將排水設備電機散熱排風口由引風管路直接排到隔熱回風道內，經降溫處理後，排出峒室以外風流中去（見圖1）。



1-峒室入風；2-隔熱風道；3-水泵給水管道4-水泵電機；5-引風管道；6-隔斷風牆；7-風流冷卻水幕；8-排水溝；9-峒室回風

圖1 排水設備峒室隔熱風道布置

隔熱風道可布置在峒室底板以下，其位置確定即要躲開水泵基礎，又要便於和機電設備的散熱風流排出口聯接（一般采用機電設備排風口用矩形引風管來聯接到隔熱風道內）。專用隔熱回風道在峒室回風巷出口要設隔斷風門，借用礦井負壓加強隔熱風道內風流的排放作用。隔熱風道在峒室內位置要考慮行人和設置引風管道的方便。為降低隔熱風道的風阻，斷麵選擇要核算風速控製在10m/s以下。

隔熱風道和引風管路要設隔熱層防護，防止通過岩壁或引風管壁傳熱致使峒室風流增溫。

隔熱風道出口處水冷卻裝置進行熱風流強製降溫。經降溫處理的風流再排入礦井風流或回風中，降溫後的冷卻水由排水溝直接進入水倉排至地麵。

機電設備散熱排風口設置的引風管路，設備運轉時排出的熱風經引風管路，導入隔熱風道內，為防止峒室內空氣與隔熱風道經設備內通路聯通短路，在機電設備入風口設風流隔斷裝置，在電機停止運轉時，關閉引風管路切斷入風口，防止新鮮風流經隔熱風道流走，當電機設備運轉時，打開供風通道，進行設備散熱通風。

該隔熱風道布置方式，可使峒室空氣與機械設備運轉散熱風流分開排放處理，峒室內風流不受設備散熱影響，設備散熱用風按需供給，並將散熱風流排入風道內。排入隔熱風道內的設備高溫散熱風流便於冷卻降溫處理，處理後的回風對礦井風流的熱汙染程度大幅度減小。

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td="14148">4.3 峒室使用隔熱回風道的通風效果

（1）隔熱回風道有效解決峒室空氣升溫。以現排水設備同時啟動電機容量3 750kW時，峒室內空氣溫升在1～2℃。如采用峒室內通風，空氣溫度升高一般要＞60℃以上，高溫季節排水峒室入口風流溫度一般要＞28℃以上，峒室內空氣溫度要高於36℃以上。

（2）隔熱風道可減少峒室的實際用風量。隔熱風道內風流溫度《 煤礦 安全 01manbetx 》沒有要求，對人員設備環境不造成影響。峒室用風可按每台機電設備散實際需風量供給，當設備停止運行就不再需要供給風量。峒室的回風側的隔斷風門隻需保留少量換氣風量。

（3）集中在隔熱風道內排放的設備散熱高溫風流，便於采用水冷卻裝置進行降溫，處理後的風流能有效的減少熱對礦井風流影響程度。

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