1 概況

城郊煤礦隸屬永城煤電（集團）有限責任公司，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?cè)腼L量8 539m³/min，風壓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，平常同時運行3臺以上，峒室出現(xiàn)溫度高，設(shè)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）峒室位于角聯(lián)風路增加風量困難。城郊煤礦礦井中央排水峒室位于副井井底車場內(nèi)。由于礦井設(shè)計時對通風網(wǎng)絡(luò)局部考慮欠妥，造成排水峒室段位于通風網(wǎng)絡(luò)的角聯(lián)風路上，實測峒室兩端壓差2 Pa。由于礦井東翼、東南翼入風風流大部分由井底車場聯(lián)接北側(cè)巷道流出，東翼入風風流經(jīng)繞道流量減少，造成通過排水峒室通風網(wǎng)絡(luò)自然分配的風量600m³/min左右，而且增加風量困難。

（2）峒室內(nèi)風流流速小，空氣散熱效果差。排水峒室主體高度大，斷面25.7m²，相對風流風速小，設(shè)備運轉(zhuǎn)產(chǎn)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(shè)備通風散勢方式不當。大功率排水設(shè)備采取強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很近。采用空氣對流散熱，造成設(shè)備重復吸入設(shè)備散熱剛排出的高溫氣體，嚴重降低設(shè)備的散熱效果。

（4）采取的通風措施技術(shù)不合理，峒室高溫形成后，在峒致富以入風側(cè)增設(shè)2臺局部通風機帶風筒進行峒室通風，其作用只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(shè)備峒室在井底車場主要巷道內(nèi)，生產(chǎn)運輸提升頻繁，增加通風量靠通風網(wǎng)絡(luò)自然分風和改造風路方法難以實現(xiàn)。借助輔助通風設(shè)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(shù)計算

以2002年9月31日的實測數(shù)據(jù)：排水設(shè)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(shè)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(cè)原實際平均氣溫，℃。

考慮到7、8月份高溫季節(jié)，礦井入風流溫度增高影響，風量調(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系列，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系列輔助通風機（風量648～1 518 m³/min）比較相差5倍以上。為此先用K40系列低壓輔助風機。

依據(jù)峒室通風參數(shù)，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(zhuǎn)數(shù)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(diào)。

3.3輔助風機的安裝及應用效果

通風機設(shè)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(chǔ)，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(shè)備散熱的峒室通風。

4 大功率排水設(shè)備峒室隔熱風道通風

城郊煤礦考慮到礦井隨著開采范圍的擴大，礦井涌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(shè)礦井排水系統(tǒng)，承擔東翼采區(qū)涌出的排水工作。在峒室設(shè)計上應考慮大功率機電設(shè)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(shè)備散熱方式的特點

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

解決方法是將設(shè)備排出的散熱風流與峒室空氣隔開，杜絕設(shè)備重復吸入散熱氣流，設(shè)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(shè)備峒室的一側(cè)或峒室底板下面，設(shè)置1條專用隔熱風道，將排水設(shè)備電機散熱排風口由引風管路直接排到隔熱回風道內(nèi)，經(jīng)降溫處理后，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-隔斷風墻；7-風流冷卻水幕；8-排水溝；9-峒室回風

圖1 排水設(shè)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(chǔ)，又要便于和機電設(shè)備的散熱風流排出口聯(lián)接（一般采用機電設(shè)備排風口用矩形引風管來聯(lián)接到隔熱風道內(nèi)）。專用隔熱回風道在峒室回風巷出口要設(shè)隔斷風門，借用礦井負壓加強隔熱風道內(nèi)風流的排放作用。隔熱風道在峒室內(nèi)位置要考慮行人和設(shè)置引風管道的方便。為降低隔熱風道的風阻，斷面選擇要核算風速控制在10m/s以下。

隔熱風道和引風管路要設(shè)隔熱層防護，防止通過巖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制降溫。經(jīng)降溫處理的風流再排入礦井風流或回風中，降溫后的冷卻水由排水溝直接進入水倉排至地面。

機電設(shè)備散熱排風口設(shè)置的引風管路，設(shè)備運轉(zhuǎn)時排出的熱風經(jīng)引風管路，導入隔熱風道內(nèi)，為防止峒室內(nèi)空氣與隔熱風道經(jīng)設(shè)備內(nèi)通路聯(lián)通短路，在機電設(shè)備入風口設(shè)風流隔斷裝置，在電機停止運轉(zhuǎn)時，關(guān)閉引風管路切斷入風口，防止新鮮風流經(jīng)隔熱風道流走，當電機設(shè)備運轉(zhuǎn)時，打開供風通道，進行設(shè)備散熱通風。

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

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(xiàn)排水設(shè)備同時啟動電機容量3 750kW時，峒室內(nèi)空氣溫升在1～2℃。如采用峒室內(nèi)通風，空氣溫度升高一般要＞60℃以上，高溫季節(jié)排水峒室入口風流溫度一般要＞28℃以上，峒室內(nèi)空氣溫度要高于36℃以上。

（2）隔熱風道可減少峒室的實際用風量。隔熱風道內(nèi)風流溫度《煤礦安全規(guī)程》沒有要求，對人員設(shè)備環(huán)境不造成影響。峒室用風可按每臺機電設(shè)備散實際需風量供給，當設(shè)備停止運行就不再需要供給風量。峒室的回風側(cè)的隔斷風門只需保留少量換氣風量。

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