矿井大功率排水设备峒室的通风散热思维导图

城郊煤矿隶属永城煤电（集团）有限责任公司，位于华北平原豫东地区永城煤田中部，于2003年10月投产的现代化大型矿井，年产优质无烟煤300万t以上，矿井服务年限118a。矿井采用立井分水平上下山开拓方式；地表标高＋34m，井底大巷标高－495m；矿井采用中央分列式通风，矿井总入风量8 539m3/min，风压1 832 Pa。

由于井田位于华北石炭二叠系岩溶一裂隙水害区，煤层底板灰岩承压水涌水、突水频繁。矿井正常涌水量1 560m3/h，最大涌水量1 940m3/h，矿井排水峒室设1 250kW大型排水设备10台，平常同时运行3台以上，峒室出现温度高，设备散热效果差，通风不良等情况，急需采取有效措施加以解决。

2 主排水峒室高渐形成原因

（1）峒室位于角联风路增加风量困难。城郊煤矿矿井中央排水峒室位于副井井底车场内。由于矿井设计时对通风网络局部考虑欠妥，造成排水峒室段位于通风网络的角联风路上，实测峒室两端压差2 Pa。由于矿井东翼、东南翼入风风流大部分由井底车场联接北侧巷道流出，东翼入风风流经绕道流量减少，造成通过排水峒室通风网络自然分配的风量600m3/min左右，而且增加风量困难。

（2）峒室内风流流速小，空气散热效果差。排水峒室主体高度大，断面25.7m2，相对风流风速小，设备运转产生的热量不能及时排出峒室，故积热的高温空气流出峒室时间延长。

（3）在型排水设备通风散势方式不当。大功率排水设备采取强制吸入排除散热方式，而且设备吸入口与排出口位置相对很近。采用空气对流散热，造成设备重复吸入设备散热刚排出的高温气体，严重降低设备的散热效果。

（4）采取的通风措施技术不合理，峒室高温形成后，在峒致富以入风侧增设2台局部通风机带风筒进行峒室通风，其作用只是风筒末端风流压入，提高少量峒室风量，能耗大、效果差。

3 峒室低压辅助通风

主排水设备峒室在井底车场主要巷道内，生产运输提升频繁，增加通风量靠通风网络自然分风和改造风路方法难以实现。借助辅助通风设备来提高排水峒室供风量是最佳选择。

3.1 峒室辅助通风参数计算

以2002年9月31日的实测数据：排水设备峒室入口风流温度22℃，回风道风流温度35℃，风量652m3/min。

（1）排水设备峒室散热通风所需风量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——峒室降温所需风量，m3/min；

Q原——峒室原实际进风量，m3/min；

t′0——峒室原实际平均进风气温。℃；

t′2——峒室允许的最高气温。℃；

t″1——峒室回风侧原实际平均气温，℃。

考虑到7、8月份高温季节，矿井入风流温度增高影响，风量调整系数聚1.4。

Q需＝1.4Q＝1 100×1.4＝1 500m3/min

（2）排水峒室通风阻力h。

排水峒室风路全长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计算通风阻力h＝91.6 Pa。

（3）辅助通风机全压P全。

P全＝h＋h动＝183.3 Pa

3.2 辅助通风机选型

目前煤矿井下风机均属中高压系列，风量偏低，以11 kW局部风机为例：DSFA-52对刻风机（风量46～300 m3min），JBT-52风机（风量42～225 m3min）与同功率K40系列辅助通风机（风量648～1 518 m3/min）比较相差5倍以上。为此先用K40系列低压辅助风机。

依据峒室通风参数，由风机特性曲线选择K40-8-14风机，风量732～1 920 m3/min；全压88.8～470.4 Pa。电机功率15kW；转数760r/min。风机集风器最大直径Ф1 692 mm。电动机与风机工作轮直接传动。风机叶片安装有32°、29°、26°、23°、22°共5个角度可调。

3.3辅助风机的安装及应用效果

通风机设在排水峒室回风道风，用隔断风门将峒室风流与回风隔开做抽出式通风。风机无段施工混凝土基础，把巷道底板平整垫平，直接将风机平衡放在底板上即可长期运行。

2003年7月辅助风机投入运行至今，风机运行平衡，噪声较小，峒室通风量为1 640 m3/min，峒室风流温度降至25℃以下，有效地解决了大型机电设备散热的峒室通风。

4 大功率排水设备峒室隔热风道通风

城郊煤矿考虑到矿井随着开采范围的扩大，矿井涌水有进一步增加的可能，为提高矿井防治水的可靠性，将在东南翼风井井底增设矿井排水系统，承担东翼采区涌出的排水工作。在峒室设计上应考虑大功率机电设备特点，对新建的峒室通风方式予以完善。

4.1 大功率排水机电设备散热方式的特点

大功率机电设备（1 000kW以上）电机均设有设备两侧吸入风流和排出设备散热风流装置的接出口，电机运转时设备内进行强制通风冷却。设备吸入用于降温冷却的风流直接来自峒室内空气，而设备内排出的散热风流也直接排入峒室内空气。有的机电设备吸入口和排风口距离较近，设备运转温度升高，是现在机电峒室存在的普遍现象。

4.2峒室专用隔热风道布置

在排水设备峒室的一侧或峒室底板下面，设置1条专用隔热风道，将排水设备电机散热排风口由引风管路直接排到隔热回风道内，经降温处理后，排出峒室以外风流中去（见图1）。

1-峒室入风；2-隔热风道；3-水泵给水管道4-水泵电机；5-引风管道；6-隔断风墙；7-风流冷却水幕；8-排水沟；9-峒室回风

隔热风道可布置在峒室底板以下，其位置确定即要躲开水泵基础，又要便于和机电设备的散热风流排出口联接（一般采用机电设备排风口用矩形引风管来联接到隔热风道内）。专用隔热回风道在峒室回风巷出口要设隔断风门，借用矿井负压加强隔热风道内风流的排放作用。隔热风道在峒室内位置要考虑行人和设置引风管道的方便。为降低隔热风道的风阻，断面选择要核算风速控制在10m/s以下。

隔热风道和引风管路要设隔热层防护，防止通过岩壁或引风管壁传热致使峒室风流增温。

隔热风道出口处水冷却装置进行热风流强制降温。经降温处理的风流再排入矿井风流或回风中，降温后的冷却水由排水沟直接进入水仓排至地面。

机电设备散热排风口设置的引风管路，设备运转时排出的热风经引风管路，导入隔热风道内，为防止峒室内空气与隔热风道经设备内通路联通短路，在机电设备入风口设风流隔断装置，在电机停止运转时，关闭引风管路切断入风口，防止新鲜风流经隔热风道流走，当电机设备运转时，打开供风通道，进行设备散热通风。

该隔热风道布置方式，可使峒室空气与机械设备运转散热风流分开排放处理，峒室内风流不受设备散热影响，设备散热用风按需供给，并将散热风流排入风道内。排入隔热风道内的设备高温散热风流便于冷却降温处理，处理后的回风对矿井风流的热污染程度大幅度减小。