礦井井筒防凍設計

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

當前很多礦井井筒在進風時采用負壓吸入的方式，因此通常將風機安裝在進風井井筒位置附近設置空氣加熱室，將25%的井筒進風量加熱到50%左右的熱風，再利用風機通過熱風道將其送入井筒與從井口房進入的冷空氣進行混合，其溫度為2℃，送入井下，然而采用這種方法是對進風量較大的井筒進行部分冷空氣加熱，可以集中設置加熱設備以及風機，能夠用于后期維護，在設備處于運行狀況時為確保井筒不被凍，但同時不能密閉井口房，導致戴昂的冷風從井口房進入井筒中，在寒冷地區，即使在井口房設置散熱器也無法達到所需的采暖需求。從理論角度來看，可以在井口房外面設置獨立的冷風室，進而能夠將冷風通過冷風道送入井筒，但對于體積較小的立井井筒來說，其冷風口和熱風口的打開會打穿井筒，因此在實際使用過程中需要進行限制。

采用無風機的空氣加熱方式，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，能夠讓大部分冷空氣進入加熱室之后通過加熱器進入井口房，其空氣加熱溫度為25℃左右，加熱的風量占據總風量的60%，同時還需要設置冷風室，能夠使剩余的冷風直接通過冷風通道進入井筒內部，與從井口房空氣加熱室的熱風在井筒中進行混合，并送入井筒底部，采用這種方法能夠卻把井筒不會被凍，同時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環境，但相對來說這種管理要求是比價嚴格的，需要井口房具有較高密閉性能，可以在大門文職設置門斗，在出煤車的位置設置門簾防止冷風進入，此外由于熱風是通過井口房進入井筒的，因此要控制加熱溫度，不能夠過高，提高加熱風量。同時由于采用無風機的方式，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

首先從設計依據上來看，我們分析該礦井所處的地理位置，其參考依據如下所示。

序號 項目 參數 單位1回風進入進風量 90 m3/s 2冷、熱風混合溫度 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

在計算加熱量時，首先對于井筒入風口的加熱風量，根據下列公式，

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

其中Q′為井筒和平硐的總進風量，tm為冷熱風混合后的溫度，t0為普通地表空氣溫度，th 為熱風溫度。對進風進行加熱過程中所需的熱量系數Kh 進行分析時，如下公式所述。

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

根據熱量系數進行井筒防凍熱負荷的計算，最終計算值為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，水質凈化等相應的設備，其中鍋爐能夠提供0.3 MPa 的蒸汽管路以及蒸汽源。此時，將鍋爐和相應的設備作為使用設備，再加上設備選型過程中，根據上述公式的計算結果，可以選擇四臺節能加熱機組及風量為每小時5 萬立方米。在礦井建設中當完成施工后，需要將加熱技術投入生產期，并作為熱封使用，根據熱風量需要適當補充加熱機組，此時可將該設備作為設備來使用。從措施工程上來看，在冬季進風井的回風井井筒位置，為確保實現防凍效果需要有效控制進風通道，便于設備安裝，需要從回風井的井架架腿地面開始，直到完成天輪平臺封閉，同時可以在砌筑井口進出車位置，兩個重要通道進行兩扇門的安裝。同時還需要在進風通道兩邊設置風幕或者風簾。在回風井20 米之外，可以設置空氣加熱室，確保每個加熱室放置加熱機組，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，由于熱風機能夠提供熱風動力，是由送風機進行動力提供。在井口房位置混合冷熱風，因此在回風井井口兩端外側設置熱空氣幕，能夠防止冷空氣進入，在回風井的空氣加熱室可以設置自動加壓器，用于凝結水的回收，當對凝結水進行加壓處理之后能夠使其返回鍋爐房除氧水箱，以確保余熱能夠實現充分利用。

采用風機加熱相比無風機加熱來說能夠減少冷空氣的加熱量，減少加熱器的使用數量，采用無風機井口房井筒混合加熱的方式適用于北部寒冷地區，尤其在井口房具有較高密閉性的情況下，其具有明顯優勢，能夠保障井筒不被凍結，改善作業環境，無需單獨設置空氣加熱室，能夠顯著降低投資費用，在井口房位置設置空氣加熱室，需要注意的是在設計過程中需要與其他專業密切配合，包括采礦，結構設計等，在投入運行之后需要提升現場的管理技術水平，要求井口房保持密閉，以達到預期設計效果，否則會影響井口房的實際溫度，導致井筒出現凍結問題。隨著井筒深度增加，也會提高井筒的溫度，結冰主要是井筒上部靠近地面位置，因此對于北方寒冷地區來說由于立井進風量大，在一定條件下可以在井筒口位置設置加熱器，以獲得更好的加熱效果。

3 結語

總而言之，在本研究中，針對礦井開拓過程中中冬季礦井井筒防凍要求采取無風機井口房井筒混合加熱的方式，以解決熱風問題，同時能夠為工程施工減少成本，實現高效，安全性。同時為工程施工中縮短工期，節約成本提供了重要的設計思路。