1 概況

城郊煤礦隸屬永城煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，位于華北平原豫東地區(qū)永城煤田中部，于2003年10月投產(chǎn)的現(xiàn)代化大型礦井，年產(chǎn)優(yōu)質(zhì)無(wú)煙煤300萬(wàn)t以上，礦井服務(wù)年限118a。礦井采用立井分水平上下山開(kāi)拓方式；地表標(biāo)高＋34m，井底大巷標(biāo)高－495m；礦井采用中央分列式通風(fēng)，礦井總?cè)腼L(fēng)量8 539m³/min，風(fēng)壓1 832 Pa。

由于井田位于華北石炭二疊系巖溶一裂隙水害區(qū)，煤層底板灰?guī)r承壓水涌水、突水頻繁。礦井正常涌水量1 560m³/h，最大涌水量1 940m³/h，礦井排水峒室設(shè)1 250kW大型排水設(shè)備10臺(tái)，平常同時(shí)運(yùn)行3臺(tái)以上，峒室出現(xiàn)溫度高，設(shè)備散熱效果差，通風(fēng)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）峒室位于角聯(lián)風(fēng)路增加風(fēng)量困難。城郊煤礦礦井中央排水峒室位于副井井底車場(chǎng)內(nèi)。由于礦井設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)局部考慮欠妥，造成排水峒室段位于通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的角聯(lián)風(fēng)路上，實(shí)測(cè)峒室兩端壓差2 Pa。由于礦井東翼、東南翼入風(fēng)風(fēng)流大部分由井底車場(chǎng)聯(lián)接北側(cè)巷道流出，東翼入風(fēng)風(fēng)流經(jīng)繞道流量減少，造成通過(guò)排水峒室通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)自然分配的風(fēng)量600m³/min左右，而且增加風(fēng)量困難。

（2）峒室內(nèi)風(fēng)流流速小，空氣散熱效果差。排水峒室主體高度大，斷面25.7m²，相對(duì)風(fēng)流風(fēng)速小，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)排出峒室，故積熱的高溫空氣流出峒室時(shí)間延長(zhǎng)。

（3）在型排水設(shè)備通風(fēng)散勢(shì)方式不當(dāng)。大功率排水設(shè)備采取強(qiáng)制吸入排除散熱方式，而且設(shè)備吸入口與排出口位置相對(duì)很近。采用空氣對(duì)流散熱，造成設(shè)備重復(fù)吸入設(shè)備散熱剛排出的高溫氣體，嚴(yán)重降低設(shè)備的散熱效果。

（4）采取的通風(fēng)措施技術(shù)不合理，峒室高溫形成后，在峒致富以入風(fēng)側(cè)增設(shè)2臺(tái)局部通風(fēng)機(jī)帶風(fēng)筒進(jìn)行峒室通風(fēng)，其作用只是風(fēng)筒末端風(fēng)流壓入，提高少量峒室風(fēng)量，能耗大、效果差。

3 峒室低壓輔助通風(fēng)

主排水設(shè)備峒室在井底車場(chǎng)主要巷道內(nèi)，生產(chǎn)運(yùn)輸提升頻繁，增加通風(fēng)量靠通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)自然分風(fēng)和改造風(fēng)路方法難以實(shí)現(xiàn)。借助輔助通風(fēng)設(shè)備來(lái)提高排水峒室供風(fēng)量是最佳選擇。

3.1 峒室輔助通風(fēng)參數(shù)計(jì)算

以2002年9月31日的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)：排水設(shè)備峒室入口風(fēng)流溫度22℃，回風(fēng)道風(fēng)流溫度35℃，風(fēng)量652m³/min。

（1）排水設(shè)備峒室散熱通風(fēng)所需風(fēng)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(fēng)量，m³/min；

　　 Q_原——峒室原實(shí)際進(jìn)風(fēng)量，m³/min；

　　 t′₀——峒室原實(shí)際平均進(jìn)風(fēng)氣溫?！?；

　　　t′₂——峒室允許的最高氣溫?！?；

　　　t″₁——峒室回風(fēng)側(cè)原實(shí)際平均氣溫，℃。

考慮到7、8月份高溫季節(jié)，礦井入風(fēng)流溫度增高影響，風(fēng)量調(diào)整系數(shù)聚1.4。

Q_需＝1.4Q＝1 100×1.4＝1 500m³/min

（2）排水峒室通風(fēng)阻力h。

排水峒室風(fēng)路全長(zhǎng)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(jì)算通風(fēng)阻力h＝91.6 Pa。

（3）輔助通風(fēng)機(jī)全壓P_全。

P_全＝h＋h_動(dòng)＝183.3 Pa

3.2 輔助通風(fēng)機(jī)選型

目前煤礦井下風(fēng)機(jī)均屬中高壓系列，風(fēng)量偏低，以11 kW局部風(fēng)機(jī)為例：DSFA-52對(duì)刻風(fēng)機(jī)（風(fēng)量46～300 m³min），JBT-52風(fēng)機(jī)（風(fēng)量42～225 m³min）與同功率K40系列輔助通風(fēng)機(jī)（風(fēng)量648～1 518 m³/min）比較相差5倍以上。為此先用K40系列低壓輔助風(fēng)機(jī)。

依據(jù)峒室通風(fēng)參數(shù)，由風(fēng)機(jī)特性曲線選擇K40-8-14風(fēng)機(jī)，風(fēng)量732～1 920 m³/min；全壓88.8～470.4 Pa。電機(jī)功率15kW；轉(zhuǎn)數(shù)760r/min。風(fēng)機(jī)集風(fēng)器最大直徑Ф1 692 mm。電動(dòng)機(jī)與風(fēng)機(jī)工作輪直接傳動(dòng)。風(fēng)機(jī)葉片安裝有32°、29°、26°、23°、22°共5個(gè)角度可調(diào)。

3.3輔助風(fēng)機(jī)的安裝及應(yīng)用效果

通風(fēng)機(jī)設(shè)在排水峒室回風(fēng)道風(fēng)，用隔斷風(fēng)門將峒室風(fēng)流與回風(fēng)隔開(kāi)做抽出式通風(fēng)。風(fēng)機(jī)無(wú)段施工混凝土基礎(chǔ)，把巷道底板平整墊平，直接將風(fēng)機(jī)平衡放在底板上即可長(zhǎng)期運(yùn)行。

2003年7月輔助風(fēng)機(jī)投入運(yùn)行至今，風(fēng)機(jī)運(yùn)行平衡，噪聲較小，峒室通風(fēng)量為1 640 m³/min，峒室風(fēng)流溫度降至25℃以下，有效地解決了大型機(jī)電設(shè)備散熱的峒室通風(fēng)。

4 大功率排水設(shè)備峒室隔熱風(fēng)道通風(fēng)

城郊煤礦考慮到礦井隨著開(kāi)采范圍的擴(kuò)大，礦井涌水有進(jìn)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(fēng)井井底增設(shè)礦井排水系統(tǒng)，承擔(dān)東翼采區(qū)涌出的排水工作。在峒室設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮大功率機(jī)電設(shè)備特點(diǎn)，對(duì)新建的峒室通風(fēng)方式予以完善。

4.1 大功率排水機(jī)電設(shè)備散熱方式的特點(diǎn)

大功率機(jī)電設(shè)備（1 000kW以上）電機(jī)均設(shè)有設(shè)備兩側(cè)吸入風(fēng)流和排出設(shè)備散熱風(fēng)流裝置的接出口，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)設(shè)備內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)冷卻。設(shè)備吸入用于降溫冷卻的風(fēng)流直接來(lái)自峒室內(nèi)空氣，而設(shè)備內(nèi)排出的散熱風(fēng)流也直接排入峒室內(nèi)空氣。有的機(jī)電設(shè)備吸入口和排風(fēng)口距離較近，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)溫度升高，是現(xiàn)在機(jī)電峒室存在的普遍現(xiàn)象。

解決方法是將設(shè)備排出的散熱風(fēng)流與峒室空氣隔開(kāi)，杜絕設(shè)備重復(fù)吸入散熱氣流，設(shè)備排出的散熱風(fēng)流集中專用隔熱風(fēng)道排至峒室以外。

4.2峒室專用隔熱風(fēng)道布置

在排水設(shè)備峒室的一側(cè)或峒室底板下面，設(shè)置1條專用隔熱風(fēng)道，將排水設(shè)備電機(jī)散熱排風(fēng)口由引風(fēng)管路直接排到隔熱回風(fēng)道內(nèi)，經(jīng)降溫處理后，排出峒室以外風(fēng)流中去（見(jiàn)圖1）。



1-峒室入風(fēng)；2-隔熱風(fēng)道；3-水泵給水管道4-水泵電機(jī)；5-引風(fēng)管道；6-隔斷風(fēng)墻；7-風(fēng)流冷卻水幕；8-排水溝；9-峒室回風(fēng)

圖1 排水設(shè)備峒室隔熱風(fēng)道布置

隔熱風(fēng)道可布置在峒室底板以下，其位置確定即要躲開(kāi)水泵基礎(chǔ)，又要便于和機(jī)電設(shè)備的散熱風(fēng)流排出口聯(lián)接（一般采用機(jī)電設(shè)備排風(fēng)口用矩形引風(fēng)管來(lái)聯(lián)接到隔熱風(fēng)道內(nèi)）。專用隔熱回風(fēng)道在峒室回風(fēng)巷出口要設(shè)隔斷風(fēng)門，借用礦井負(fù)壓加強(qiáng)隔熱風(fēng)道內(nèi)風(fēng)流的排放作用。隔熱風(fēng)道在峒室內(nèi)位置要考慮行人和設(shè)置引風(fēng)管道的方便。為降低隔熱風(fēng)道的風(fēng)阻，斷面選擇要核算風(fēng)速控制在10m/s以下。

隔熱風(fēng)道和引風(fēng)管路要設(shè)隔熱層防護(hù)，防止通過(guò)巖壁或引風(fēng)管壁傳熱致使峒室風(fēng)流增溫。

隔熱風(fēng)道出口處水冷卻裝置進(jìn)行熱風(fēng)流強(qiáng)制降溫。經(jīng)降溫處理的風(fēng)流再排入礦井風(fēng)流或回風(fēng)中，降溫后的冷卻水由排水溝直接進(jìn)入水倉(cāng)排至地面。

機(jī)電設(shè)備散熱排風(fēng)口設(shè)置的引風(fēng)管路，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)排出的熱風(fēng)經(jīng)引風(fēng)管路，導(dǎo)入隔熱風(fēng)道內(nèi)，為防止峒室內(nèi)空氣與隔熱風(fēng)道經(jīng)設(shè)備內(nèi)通路聯(lián)通短路，在機(jī)電設(shè)備入風(fēng)口設(shè)風(fēng)流隔斷裝置，在電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，關(guān)閉引風(fēng)管路切斷入風(fēng)口，防止新鮮風(fēng)流經(jīng)隔熱風(fēng)道流走，當(dāng)電機(jī)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，打開(kāi)供風(fēng)通道，進(jìn)行設(shè)備散熱通風(fēng)。

該隔熱風(fēng)道布置方式，可使峒室空氣與機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)散熱風(fēng)流分開(kāi)排放處理，峒室內(nèi)風(fēng)流不受設(shè)備散熱影響，設(shè)備散熱用風(fēng)按需供給，并將散熱風(fēng)流排入風(fēng)道內(nèi)。排入隔熱風(fēng)道內(nèi)的設(shè)備高溫散熱風(fēng)流便于冷卻降溫處理，處理后的回風(fēng)對(duì)礦井風(fēng)流的熱污染程度大幅度減小。

4.3 峒室使用隔熱回風(fēng)道的通風(fēng)效果

（1）隔熱回風(fēng)道有效解決峒室空氣升溫。以現(xiàn)排水設(shè)備同時(shí)啟動(dòng)電機(jī)容量3 750kW時(shí)，峒室內(nèi)空氣溫升在1～2℃。如采用峒室內(nèi)通風(fēng)，空氣溫度升高一般要＞60℃以上，高溫季節(jié)排水峒室入口風(fēng)流溫度一般要＞28℃以上，峒室內(nèi)空氣溫度要高于36℃以上。

（2）隔熱風(fēng)道可減少峒室的實(shí)際用風(fēng)量。隔熱風(fēng)道內(nèi)風(fēng)流溫度《煤礦安全規(guī)程》沒(méi)有要求，對(duì)人員設(shè)備環(huán)境不造成影響。峒室用風(fēng)可按每臺(tái)機(jī)電設(shè)備散實(shí)際需風(fēng)量供給，當(dāng)設(shè)備停止運(yùn)行就不再需要供給風(fēng)量。峒室的回風(fēng)側(cè)的隔斷風(fēng)門只需保留少量換氣風(fēng)量。

（3）集中在隔熱風(fēng)道內(nèi)排放的設(shè)備散熱高溫風(fēng)流，便于采用水冷卻裝置進(jìn)行降溫，處理后的風(fēng)流能有效的減少熱對(duì)礦井風(fēng)流影響程度。