时间：2013-11-29 分类：矿业
摘要：结合河南省神火煤电股份有限责任公司新庄矿井北进风井井口房及空气加热室设备安装工程设计实例,介绍了一种无风机式矿井井筒保温防冻技术的工艺流程及各设计环节，提出了设计过程中需要注意的相关问题，并给出了具体解决措施，最后谈到了工程设计体会。
关键词：矿井,井筒防冻,无风机式,工程设计
1引言
<<煤炭工业矿井设计规范>> (GB50215-2005)13.8.1规定:采暖室外计算温度等于或低于-4℃地区的进风立井、等于或低于-5℃地区的进风斜井和等于或低于-6℃地区的进风平峒, 当有淋帮水、排水管和排水沟时, 应设置空气加热设备……
2技术简介
<<煤炭工业供热通风与空气调节设计规范>> (GB/T 50466-2008)6.0.3 规定:对于抽出式通风矿井，当进风采用冷热风在井口房混合时，宜采用无风机方式……
无风机式矿井井筒防冻即指在矿井进风井的井口房两侧增设若干间加热小室, 并保障井口房极大可能的密闭,使室外部分冷空气先从百叶窗进入加热小室，再通过小室内侧墙壁上安装的加热器，部分冷空气经过加热后随着进风井的负压进入井口房, 空气加热器出风温度约为25℃~ 30℃,冷风与热风按一定设计风量配比在井口房内混合至2℃，最终利用井筒主扇负压吸入井下。
由此可见，此技术此兼顾井筒防冻及井口房的采暖, 极大改善了工人工作环境，且整个过程不需要在井口房额外增风机，从而减少了投资成本，降低了设备噪音。
3工程概况
新庄矿井北进风井本矿井为立井，采用井架提升方式。副井为负压进风，进风量：145m3/s。室外计算温度(极端最低温度平均值)：-12.1℃。井筒防冻热负荷为：3000kW，热媒为0.4MPa饱和蒸汽。选择SRZ17x10Z空气加热器共30台。每台散热面积：61.54m2，通风净截面积：1.085m2。为确保总进风量的约38%的空气通过空气加热器进入井口房，要求井口房两端大门采用组合式侧送风空气幕及简易密闭措施，以阻挡大量冷空气进入。采用疏水自动加压器将凝结水通过室外凝结水管道接至锅炉房软化水箱。疏水自动加压器型号为SZP-2，共6组。每组额定水量：2m3/h，加压室与控制室工作压力：0.4MPa，加压耗汽：约4kg/m3水。管道最高点设放气阀，放气管均接至室外，最低点设放水丝堵或放水阀。空气加热器采用并联连接异程式系统。
4无风机式井筒防冻各设计环节
4.1确定室外空气计算温度
<<煤炭工业供热通风与空气调节设计规范>>(GB/T50466-2008)6.0.2 规定:立井与斜井应取历年极端最低温度的平均值, 对于平峒取历年极端最低温度平均值与采暖室外计算温度二者的平均值……
本进风井为立井，毗邻安徽亳州地区，查阅《暖通空调气象资料集》，故最终确定室外计算温度为-12.1℃。
4.2计算井筒防冻耗热量
本井筒为立井，冷热风在井口房混合，且为吸入式热风，热风计算温度选25℃，入井风量按照2℃时的风量计算，富余系数取1.1，入井风混合温度取2℃，空气的热容与比热容取2℃时的值。
井筒防冻入井风的耗热量按下式计算：
Q=3.6aG.r.cp(2-tw) (1)
式中 Q----入井风耗热量，Kw;
a----富裕系数;
G----入井风量，m3/s;一般根据矿井瓦斯等级及日产煤量由通风安全专业确定
r----空气容重，kg/m3;
cp----空气比热容,W/kg.℃;
tw----空气加热前的室外计算温度，℃。
4.3选定空气加热器的散热面积
由上表，计算出了该副立井防冻耗热量，可进一步计算出空气加热器的散热面积，但还应同时兼顾散热器翅片的松动和被污染及空气加热器的型式等多种因素，考虑空气加热器散热面积的富裕系数。
<<煤炭工业供热通风与空气调节设计规范>>(GB/T50466-2008)13.8.6 规定:空气加热器散热面积的富裕系数，应满足：1.绕片式加热器可取1.15~1.25;2.串片式加热器可取1.25~1.35……、
空气加热器的选择主要设计过程是：初选加热器型号→求加热器的传热系数→计算加热面积及台数→检查安全系数→计算空气侧压力损失。本设计过程详细算例见后附参考文献[8]第457~458页，最终本工程选取选择SRZ17x10Z空气加热器共30台。单台散热面积：61.54m2，通风净截面积：1.085m2。
4.4 进风百叶窗的选型
进风百叶窗在选型上主要是控制流速, 使阻力和噪音都不至于过大, 同时在安装高度的确定上,须考虑地面对吸入空气的污染以及防止雨季雨水的人浸，设计时所选的百叶窗面积必须是有效通风面积。本设计最终选型尺寸为3000mmX1800mm, 面风速控制在2m/s以内，百叶窗窗底安装高度为1.2m。
4.5空气加热器的布置
如图2所示，本设计采用2台SRZ17x10Z空气加热器水平并联布置，最大限度的利用了井口房每跨的可用空间。墙上的框架由土建预埋，各构件连接均采用焊接，图中螺栓位置为示意，其正确位置应与空气加热器校对后再进行配钻。考虑热空气流向并保证加热防冻效果，空气加热器均采用低位安装形式。#p#分页标题#e#
4.5井筒防冻的监控
由于室外温度每变化1℃，井筒防冻负荷将产生7%的变化，而在冬季至少有60%的时间室外空气温度高于设计值-12.1℃。为节约能源，在井筒防冻供热管道上设置控制阀，以便根据环境温度进行流量调节，以达到用最小的能耗，实现最佳的井筒防冻效果。
5 需注意的问题及采取的措施
无风机式井筒防冻关键是防止热风外逸，该技术设计关键就是在根据室外最低温度平均值、加热后温度及混合温度三者得出设计风量分配关系，在此条件下,对通过门、百叶窗、空气加热器等进风严格进行阻力平衡计算。设计的冷、热风流必须满足阻力平衡计算要求，只有这样才能使流经空气加热器的风量达到设计分配风量, 否则不能将井筒防冻需要的设计热量带入井筒，发成冻井现象，甚至会造成矿井井筒设备损坏及人员伤亡的重大事故,严重影响矿井安全生产。针对这些问题，该技术采取的有效措施有：
5.1 井口房应密闭，经常打开的大门应及时自动关闭。
5.2减少通过空气加热器的重量流速，减少风流阻力，使得空气加热系统的风流阻力不宜大于50Pa。
5.3空气加热器上方的隔断墙应设调节风阀。根据室外气温设调节加热风量也很重要，而且由空气加热器上面进入的冷风，防止热风上浮效果很好。
6 设计体会
6.1为确保防冻效果，避免热风飘逸现象，需对相关风流进行详细、严格、准确的阻力平衡设计。
6.2整个通风系统流程设计方案的确定牵涉到采矿通风、机制、机电、矿井四大件，土建、总平等多个外专业工种, 因此设计中不仅要熟悉本专业的工艺, 同时对其他工种工艺也要有所了解。这就要求工程设计人员要有钻研和好学的精神。
6.3 各工种间需要多次、反复、交叉的工程设计委托，要求各个专业之间要不断协调、沟通，既要强调分工又要加强合作。只有在各工艺工种密切配合的基础上,才能做出正确合理的设计。本工程各专业间委托达数十次，就涉及到暖通专业的有：①采矿通风安全专业将井筒所需进风量委托给暖通专业进行井筒防冻热负荷计算;②机制专业将井口房布局委托给暖通及土建专业进行综合统筹空气加热室布置;③暖通依据防冻耗热量计算布置好空气加热室后委托给机制及土建。④机制校核好各功能房间满足工艺尺寸后托给土建及暖通;⑤暖通将所需布置的房间预留洞口及相关预埋件委托土建，并将大门空气幕及值班室空调等电负荷参数委托机电做动力配电;⑥各专业都定好方案后，暖通接受土建最终布置图委托，暖通出施工图。
6.4工程中的预埋件数量较多,且在定位要求上相对较严, 在设计中要进行仔细的布置和认真的核对。设计中所有参数及计算公式要缜密校核反复推敲，数据的选取要有依据。要求工程设计人员有严谨的科学态度和实事求是的工程作风。
7结束语
本工程竣工后运行多年，业主反映极佳，根本上解决了新庄煤矿冬季井筒防冻的基本要求。本设计于2012年度被煤炭工业合肥设计研究院评为\"优秀工程设计一等奖\"。
综上，无风机式矿井井筒防冻设计技术主要优势有：
7.1不需要新增风机、控制柜等机电设备,从而大大节约了项目能耗，降低了工程初始投资及运营成本。
7.2避免了风机噪声的干扰,无需采取减噪消音隔振措施，环保。
7.3维护管理方便,安全可靠。
7.4巧妙解决了井口房的采暖问题, 极大改善了井口房工人的工作环境。
故本技术非常适合于我国广大矿区的井筒防冻保温现状,在当前经济条件下造价相对低廉、绿色, 广大设计人员应该将此技术进一步加强推广普及与应用。
参考文献
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[2] 煤炭工业矿井设计规范[S].GB50215-2005.
[3] 煤炭工业供热与空气调节设计规范[S].GB/T50466-2008.
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[8] 实用供热空调设计手册(第二版)[M].陆耀庆著.中国建筑工业出版社.
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[10] 王玉麟. 井下移动式局部降温系统设计[J].制冷与空调，第11卷第6期，2011.12.44~48.
