矿井井筒防冻设计

2019-07-21李春香

建材发展导向 2019年15期

李春香

（天地科技股份有限公司，北京 100013）

1 两种井筒防冻方式分析

当前很多矿井井筒在进风时采用负压吸入的方式，因此通常将风机安装在进风井井筒位置附近设置空气加热室，将25%的井筒进风量加热到50%左右的热风，再利用风机通过热风道将其送入井筒与从井口房进入的冷空气进行混合，其温度为2℃，送入井下，然而采用这种方法是对进风量较大的井筒进行部分冷空气加热，可以集中设置加热设备以及风机，能够用于后期维护，在设备处于运行状况时为确保井筒不被冻，但同时不能密闭井口房，导致戴昂的冷风从井口房进入井筒中，在寒冷地区，即使在井口房设置散热器也无法达到所需的采暖需求。从理论角度来看，可以在井口房外面设置独立的冷风室，进而能够将冷风通过冷风道送入井筒，但对于体积较小的立井井筒来说，其冷风口和热风口的打开会打穿井筒，因此在实际使用过程中需要进行限制。

采用无风机的空气加热方式，该方式是在井口房纵向位置一端或者两端增加加热室，使井口房尽可能处于密闭状态，能够让大部分冷空气进入加热室之后通过加热器进入井口房，其空气加热温度为25℃左右，加热的风量占据总风量的60%，同时还需要设置冷风室，能够使剩余的冷风直接通过冷风通道进入井筒内部，与从井口房空气加热室的热风在井筒中进行混合，并送入井筒底部，采用这种方法能够却把井筒不会被冻，同时还能够满足井口房的采暖需求，能够从一定程度上改善作业环境，但相对来说这种管理要求是比价严格的，需要井口房具有较高密闭性能，可以在大门文职设置门斗，在出煤车的位置设置门帘防止冷风进入，此外由于热风是通过井口房进入井筒的，因此要控制加热温度，不能够过高，提高加热风量。同时由于采用无风机的方式，因此也需要控制好阻力，通常要求阻力低于50Pa，只能单排放置加热器，要求井口房需要留有足够的空间用于加热器的放置。

2 研究方案

首先从设计依据上来看，我们分析该矿井所处的地理位置，其参考依据如下所示。

序号项目参数单位1回风进入进风量 90 m3/s 2冷、热风混合温度 2 ℃3极端最低温度平均值 -25.8 ℃4空气加热温度 25 ℃5加热热媒（饱和蒸汽） 0.3 MPa

在计算加热量时，首先对于井筒入风口的加热风量，根据下列公式，

Q-Q′(tm-tc) /(th-t0)，m3/s，其中Q 为需要加热的风量，Q′为精通的总进风量，单位为m3/s；tm为冷热风混合后的温度，tc 为冷风温度，th为热风温度，单位为℃，

其中Q′为井筒和平硐的总进风量，tm为冷热风混合后的温度，t0为普通地表空气温度，th 为热风温度。对进风进行加热过程中所需的热量系数Kh 进行分析时，如下公式所述。

Kh热量系数中，该公式Cp为等压比热，单位为kw（kg·℃），k 为高原调整系数，pm 为热冷风混合之后的空气密度，单位为kg/m3我们将数据代入公式中，最终流量系数为33.54 kW/m3·s。

根据热量系数进行井筒防冻热负荷的计算，最终计算值为3018kw。

在选择热源过程中需要将矿井中锅炉投入使用，包括管道敷设，水质净化等相应的设备，其中锅炉能够提供0.3 MPa 的蒸汽管路以及蒸汽源。此时，将锅炉和相应的设备作为使用设备，再加上设备选型过程中，根据上述公式的计算结果，可以选择四台节能加热机组及风量为每小时5 万立方米。在矿井建设中当完成施工后，需要将加热技术投入生产期，并作为热封使用，根据热风量需要适当补充加热机组，此时可将该设备作为设备来使用。从措施工程上来看，在冬季进风井的回风井井筒位置，为确保实现防冻效果需要有效控制进风通道，便于设备安装，需要从回风井的井架架腿地面开始，直到完成天轮平台封闭，同时可以在砌筑井口进出车位置，两个重要通道进行两扇门的安装。同时还需要在进风通道两边设置风幕或者风帘。在回风井20 米之外，可以设置空气加热室，确保每个加热室放置加热机组，可以从锅炉房到空气加热室，但是架空管道能够用于输送0.3 MPa 的蒸汽，由于热风机能够提供热风动力，是由送风机进行动力提供。在井口房位置混合冷热风，因此在回风井井口两端外侧设置热空气幕，能够防止冷空气进入，在回风井的空气加热室可以设置自动加压器，用于凝结水的回收，当对凝结水进行加压处理之后能够使其返回锅炉房除氧水箱，以确保余热能够实现充分利用。

采用风机加热相比无风机加热来说能够减少冷空气的加热量，减少加热器的使用数量，采用无风机井口房井筒混合加热的方式适用于北部寒冷地区，尤其在井口房具有较高密闭性的情况下，其具有明显优势，能够保障井筒不被冻结，改善作业环境，无需单独设置空气加热室，能够显著降低投资费用，在井口房位置设置空气加热室，需要注意的是在设计过程中需要与其他专业密切配合，包括采矿，结构设计等，在投入运行之后需要提升现场的管理技术水平，要求井口房保持密闭，以达到预期设计效果，否则会影响井口房的实际温度，导致井筒出现冻结问题。随着井筒深度增加，也会提高井筒的温度，结冰主要是井筒上部靠近地面位置，因此对于北方寒冷地区来说由于立井进风量大，在一定条件下可以在井筒口位置设置加热器，以获得更好的加热效果。