礦井井筒防凍設(shè)計(jì)

李春香

（天地科技股份有限公司，北京 100013）

1 兩種井筒防凍方式分析

當(dāng)前很多礦井井筒在進(jìn)風(fēng)時(shí)采用負(fù)壓吸入的方式，因此通常將風(fēng)機(jī)安裝在進(jìn)風(fēng)井井筒位置附近設(shè)置空氣加熱室，將25%的井筒進(jìn)風(fēng)量加熱到50%左右的熱風(fēng)，再利用風(fēng)機(jī)通過熱風(fēng)道將其送入井筒與從井口房進(jìn)入的冷空氣進(jìn)行混合，其溫度為2℃，送入井下，然而采用這種方法是對(duì)進(jìn)風(fēng)量較大的井筒進(jìn)行部分冷空氣加熱，可以集中設(shè)置加熱設(shè)備以及風(fēng)機(jī)，能夠用于后期維護(hù)，在設(shè)備處于運(yùn)行狀況時(shí)為確保井筒不被凍，但同時(shí)不能密閉井口房，導(dǎo)致戴昂的冷風(fēng)從井口房進(jìn)入井筒中，在寒冷地區(qū)，即使在井口房設(shè)置散熱器也無法達(dá)到所需的采暖需求。從理論角度來看，可以在井口房外面設(shè)置獨(dú)立的冷風(fēng)室，進(jìn)而能夠?qū)⒗滹L(fēng)通過冷風(fēng)道送入井筒，但對(duì)于體積較小的立井井筒來說，其冷風(fēng)口和熱風(fēng)口的打開會(huì)打穿井筒，因此在實(shí)際使用過程中需要進(jìn)行限制。

采用無風(fēng)機(jī)的空氣加熱方式，該方式是在井口房縱向位置一端或者兩端增加加熱室，使井口房盡可能處于密閉狀態(tài)，能夠讓大部分冷空氣進(jìn)入加熱室之后通過加熱器進(jìn)入井口房，其空氣加熱溫度為25℃左右，加熱的風(fēng)量占據(jù)總風(fēng)量的60%，同時(shí)還需要設(shè)置冷風(fēng)室，能夠使剩余的冷風(fēng)直接通過冷風(fēng)通道進(jìn)入井筒內(nèi)部，與從井口房空氣加熱室的熱風(fēng)在井筒中進(jìn)行混合，并送入井筒底部，采用這種方法能夠卻把井筒不會(huì)被凍，同時(shí)還能夠滿足井口房的采暖需求，能夠從一定程度上改善作業(yè)環(huán)境，但相對(duì)來說這種管理要求是比價(jià)嚴(yán)格的，需要井口房具有較高密閉性能，可以在大門文職設(shè)置門斗，在出煤車的位置設(shè)置門簾防止冷風(fēng)進(jìn)入，此外由于熱風(fēng)是通過井口房進(jìn)入井筒的，因此要控制加熱溫度，不能夠過高，提高加熱風(fēng)量。同時(shí)由于采用無風(fēng)機(jī)的方式，因此也需要控制好阻力，通常要求阻力低于50Pa，只能單排放置加熱器，要求井口房需要留有足夠的空間用于加熱器的放置。

2 研究方案

首先從設(shè)計(jì)依據(jù)上來看，我們分析該礦井所處的地理位置，其參考依據(jù)如下所示。

序號(hào) 項(xiàng)目 參數(shù) 單位1回風(fēng)進(jìn)入進(jìn)風(fēng)量 90 m3/s 2冷、熱風(fēng)混合溫度 2 ℃3極端最低溫度平均值 -25.8 ℃4空氣加熱溫度 25 ℃5加熱熱媒（飽和蒸汽） 0.3 MPa

在計(jì)算加熱量時(shí)，首先對(duì)于井筒入風(fēng)口的加熱風(fēng)量，根據(jù)下列公式，

Q-Q′(tm-tc) /(th-t0)，m3/s，其中Q 為需要加熱的風(fēng)量，Q′為精通的總進(jìn)風(fēng)量，單位為m3/s；tm為冷熱風(fēng)混合后的溫度，tc 為冷風(fēng)溫度，th為熱風(fēng)溫度，單位為℃，

其中Q′為井筒和平硐的總進(jìn)風(fēng)量，tm為冷熱風(fēng)混合后的溫度，t0為普通地表空氣溫度，th 為熱風(fēng)溫度。對(duì)進(jìn)風(fēng)進(jìn)行加熱過程中所需的熱量系數(shù)Kh 進(jìn)行分析時(shí)，如下公式所述。

Kh熱量系數(shù)中，該公式Cp為等壓比熱，單位為kw（kg·℃），k 為高原調(diào)整系數(shù)，pm 為熱冷風(fēng)混合之后的空氣密度，單位為kg/m3我們將數(shù)據(jù)代入公式中，最終流量系數(shù)為33.54 kW/m3·s。

根據(jù)熱量系數(shù)進(jìn)行井筒防凍熱負(fù)荷的計(jì)算，最終計(jì)算值為3018kw。

在選擇熱源過程中需要將礦井中鍋爐投入使用，包括管道敷設(shè)，水質(zhì)凈化等相應(yīng)的設(shè)備，其中鍋爐能夠提供0.3 MPa 的蒸汽管路以及蒸汽源。此時(shí)，將鍋爐和相應(yīng)的設(shè)備作為使用設(shè)備，再加上設(shè)備選型過程中，根據(jù)上述公式的計(jì)算結(jié)果，可以選擇四臺(tái)節(jié)能加熱機(jī)組及風(fēng)量為每小時(shí)5 萬立方米。在礦井建設(shè)中當(dāng)完成施工后，需要將加熱技術(shù)投入生產(chǎn)期，并作為熱封使用，根據(jù)熱風(fēng)量需要適當(dāng)補(bǔ)充加熱機(jī)組，此時(shí)可將該設(shè)備作為設(shè)備來使用。從措施工程上來看，在冬季進(jìn)風(fēng)井的回風(fēng)井井筒位置，為確保實(shí)現(xiàn)防凍效果需要有效控制進(jìn)風(fēng)通道，便于設(shè)備安裝，需要從回風(fēng)井的井架架腿地面開始，直到完成天輪平臺(tái)封閉，同時(shí)可以在砌筑井口進(jìn)出車位置，兩個(gè)重要通道進(jìn)行兩扇門的安裝。同時(shí)還需要在進(jìn)風(fēng)通道兩邊設(shè)置風(fēng)幕或者風(fēng)簾。在回風(fēng)井20 米之外，可以設(shè)置空氣加熱室，確保每個(gè)加熱室放置加熱機(jī)組，可以從鍋爐房到空氣加熱室，但是架空管道能夠用于輸送0.3 MPa 的蒸汽，由于熱風(fēng)機(jī)能夠提供熱風(fēng)動(dòng)力，是由送風(fēng)機(jī)進(jìn)行動(dòng)力提供。在井口房位置混合冷熱風(fēng)，因此在回風(fēng)井井口兩端外側(cè)設(shè)置熱空氣幕，能夠防止冷空氣進(jìn)入，在回風(fēng)井的空氣加熱室可以設(shè)置自動(dòng)加壓器，用于凝結(jié)水的回收，當(dāng)對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行加壓處理之后能夠使其返回鍋爐房除氧水箱，以確保余熱能夠?qū)崿F(xiàn)充分利用。

采用風(fēng)機(jī)加熱相比無風(fēng)機(jī)加熱來說能夠減少冷空氣的加熱量，減少加熱器的使用數(shù)量，采用無風(fēng)機(jī)井口房井筒混合加熱的方式適用于北部寒冷地區(qū)，尤其在井口房具有較高密閉性的情況下，其具有明顯優(yōu)勢(shì)，能夠保障井筒不被凍結(jié)，改善作業(yè)環(huán)境，無需單獨(dú)設(shè)置空氣加熱室，能夠顯著降低投資費(fèi)用，在井口房位置設(shè)置空氣加熱室，需要注意的是在設(shè)計(jì)過程中需要與其他專業(yè)密切配合，包括采礦，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，在投入運(yùn)行之后需要提升現(xiàn)場(chǎng)的管理技術(shù)水平，要求井口房保持密閉，以達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)效果，否則會(huì)影響井口房的實(shí)際溫度，導(dǎo)致井筒出現(xiàn)凍結(jié)問題。隨著井筒深度增加，也會(huì)提高井筒的溫度，結(jié)冰主要是井筒上部靠近地面位置，因此對(duì)于北方寒冷地區(qū)來說由于立井進(jìn)風(fēng)量大，在一定條件下可以在井筒口位置設(shè)置加熱器，以獲得更好的加熱效果。

3 結(jié)語

總而言之，在本研究中，針對(duì)礦井開拓過程中中冬季礦井井筒防凍要求采取無風(fēng)機(jī)井口房井筒混合加熱的方式，以解決熱風(fēng)問題，同時(shí)能夠?yàn)楣こ淌┕p少成本，實(shí)現(xiàn)高效，安全性。同時(shí)為工程施工中縮短工期，節(jié)約成本提供了重要的設(shè)計(jì)思路。