庞兆强
华电重工股份有限公司 北京 100070
摘要：众所周知，煤炭是我国重要的基础能源，在实际开采过程中，暖通和供热系统的设计至关重要，能够有效确保煤矿行业的正常发展，提高煤矿工程开采效率。
关键词：煤矿暖通；供热系统；设计
引言
近几年来，随着经济迅速发展以及对节能和环保的要求不断提高，暖通空调领域中新的设计方案越来越多，本文根据实际设计方案，结合自身的设计经验对暖通及供热系统进行了探讨。
1传统供热系统存在的主要问题
大同煤矿集团晋华宫矿对矿井内主要采用热风炉进行供热，热风由风机通过专用风道对矿井进行供热。现代化煤矿热风炉电机通常采用异步电动机，异步电动机启动方式为直接启动，且无调速机构，只能通过调节风门的大小来控制供风量，不能随意改变冷风风量的大小与压力。这种供风方式送风能力差、控制方式落后，不但常常造成热风炉内的风量不够，影响正常的生产，而且人工较难控制风量的大小与时间。随着冬季温度降低，对取暖的要求越来越高，昼夜温差较大，这些未知因素均会造成热风炉内的风压变压。因此，如何保证矿井恒温供热，同时保证煤电消耗量较低是解决煤矿供热系统的关键。
2煤矿暖通及供热系统设计
某矿井所在地区属于采暖地区，按《煤炭工业矿井设计规范》要求，工业场地内经常有人工作或停留休息的建筑物、工艺上有防冻要求的建筑物，如：矿灯房、浴室、井口等候室、井口房、办公楼、单身宿舍、输煤走廊等均设置集中采暖。单身宿舍、办公楼等民用建筑按节能建筑计算。
2.1热源选择
2.1.1余热利用
矿井日常用水量及洗浴废水量非常大，而且均含有大量热能，如果水量及温度满足要求，可利用水源热泵提取热量用于矿区供暖。按照水温22℃，温差10℃提取热量，可用余热量可根据如下公式得到：Q=CMΔT（Q———余热量，kW；M———质量流量，m3/h；C———水的比热系数，1.163kW.h/（m3·℃）；ΔT———换热前、后温度差，℃；）水源热泵机组将矿井水中的热量吸收后，将其传输至水侧换热器，制备热水作为供暖热媒，通过将空调、采暖水系统，送到建筑物中供暖，原理如下图1所示。
图1 原理图
2.1.2太阳能
众所周知，太阳能热源是目前最环保节能的热源，利用太阳能供暖需要从所需热负荷量和投资两个方面考虑，一般太阳能可用于满足矿井人员洗浴用热，受设备投资和设备所占用面积的限制，太阳能在供热方面的使用并不常见。
2.1.3周边可用热源
周边存在可用电厂热源的，首先考虑使用电厂热源，集中整改敷设蒸汽或热水管路，引电厂可用热源统一供热。电厂热源需要考虑供热方式为蒸汽供热或热水供热，使得改造效果最好，改造投资最低。
2.2采暖设备选择
室内采暖系统为散热器采暖，散热器根据建筑功能不同，采用钢管系列散热器及地暖形式，工业厂房采用易于清扫的散热器形式。室内采暖系统采用机械循环热水供暖系统。根据建筑物类型和房间布置形式的情况，室内采暖系统主要采用上供下回式单管顺流式、单双管混合式采暖系统，个别特殊情况采用水平串联采暖系统。室内采暖计算温度：工业车间、厂房10~16℃，单身宿舍楼、办公室、食堂18℃，浴室及其更衣室25℃，井口房15℃，矿灯房16℃，井口等候室18℃。输送机栈桥输送干煤时5℃、输送湿煤时8℃单身宿舍楼、办公楼、食堂、浴室按节能建筑计算，对矿灯房、食堂、浴室等机械通风量大于3次八换气量的建筑物进行冬季通风补热计算，补热量按通风量的50%计算。
2.3矿井余热资源利用系统
传统矿井联合工业场地或风井场地往往设计为燃煤锅炉供热，随着上述环保政策的执行，对于风井场地或者小型矿井的用热规模不大，继续采用燃煤锅炉供热不仅带了环保问题也与国家的政策相冲突。即使为了环评过关采用大锅炉供热配套相应的环保措施带来的“大马拉小车”的大能耗也是不科学甚至是不合理的。对于矿井场地有回风井的地方就可以充分利用回风的热量采用余热利用系统解决矿井全部或部分供热问题。按照2013年全国煤炭产量37亿t计算，预计全国矿井总回风量为1.26E+10m3/h，可利用热量1.5E+7kW，相当于每年生产3115万t标准煤、减少CO2排放8097万t。目前矿井的回风大部分都是直接排入大气，热能没有很好的利用，造成了大量的热能浪费。因此科学合理的利用此部分热能将为新形势下矿井热源系统设计重点考虑的内容。矿井回风利用系统可以分为两种形式：一是回风直接利用空气源热泵系统，二是回风间接利用喷淋水源热泵系统。
矿井回风利用空气源热泵系统，需要在矿井回风扩散塔上设计回风机房用来回收余热，和通风机房联建热泵机房布置热泵机组及附属设备。扩散塔上部回风机房主要布置蒸发器用来回收矿井回风余热，同时需要结合扩散塔排风功能设计合理的机房布局尽量减少对主扇阻力的增加。对于回风利用水源热泵系统需要在扩散塔排风口设计喷淋装置利用回风的热量将水换热后扩散塔下部设计集水池。此系统对于既有供热系统改造由于通风机房一次布置完毕相对较复杂，对于新设余热供热系统可以在设计之初考虑此套喷淋装置一次合理设计。再者喷淋系统若加设换热装置相对于乏风直接利用增加的阻力较大，且喷淋附件零散设备如喷头等的维护工作量也较大。若矿井回风温度不高对于陕北榆横矿区等地的回风温度采暖季普遍低于10℃，其可行性需要进一步论证。若矿井回风温度较高达到15℃以上甚至大部分时间为20℃则利用该系统可以保证供热的需求相对于空气源热泵能效也高值得设计师考虑。
2.4采区通风系统优化布置
优化采区和工作面的通风布置，有效提高通风能力和排出瓦斯的效果。随着集约化生产和矿井向深部发展，采区和采煤工作面的绝对瓦斯涌出量剧增，要求采区和采煤工作面的通风能力迅速增大。在采区的通风系统布置方面，出现3条上山的布置方式，采区内有了独立的进风和回风上山，利于采区内采煤工作面和掘进工作面的独立通风，提高采区的通风能力和风流的稳定性，也为保证采区的局部反风和作业人员的安全脱险提供有利条件。在采煤工作面的通风布置方面，在常规的U型通风布置的基础上，提出了U+L型方式，改变了采空区的流场分布，有效地防止采煤工作面隅角瓦斯积聚，促进采空区瓦斯的排放。为了防止专用瓦斯排放巷瓦斯超限，又提出和采用了Y型的通风布置方式，单独供应新鲜风流直接稀释采空区涌出的瓦斯。此外，还采用了W型和Z型等布置方式，在适宜条件下均取得较理想的通风效果，改善采煤工作面的通风条件，保证安全回采。
结语
综上所述，在煤矿行业，一定要更加重视煤矿暖通和供热系统的设计工作，为煤矿行业的运行发展提供必要的技术支持，保证煤矿行业的发展能够符合当下的安全标准。
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论文作者:庞兆强
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第13期
论文发表时间:2019/12/5
标签：矿井论文; 回风论文; 系统论文; 热源论文; 工作面论文; 采区论文; 煤矿论文; 《建筑细部》2019年第13期论文;