山西曙光船窩煤礦主通風(fēng)設(shè)備選型設(shè)計(jì)研究

李建國

（山西曙光船窩煤業(yè)有限公司，山西 河津 043300）

1 工程概況

山西曙光船窩煤礦為低瓦斯礦井，年產(chǎn)量為45萬t，礦井需風(fēng)量為2442m3/min，開采末期礦井通風(fēng)阻力為l860Pa，開采初期礦井通風(fēng)阻力l410Pa，主井回風(fēng)。根據(jù)提供的礦井通風(fēng)方式、瓦斯等級(jí)、所需風(fēng)量、礦井最大和最小通風(fēng)阻力等資料，確定選用合適的礦井通風(fēng)設(shè)備、通風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)及反風(fēng)方式。

2 主通風(fēng)設(shè)備選型設(shè)計(jì)的要求

（1）礦井需要安裝兩套規(guī)格相同的主通風(fēng)機(jī)，一套做為備用，備用主要通風(fēng)機(jī)裝置必須10min內(nèi)能啟動(dòng)。（2）根據(jù)不同條件，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，在軸流式和離心式通風(fēng)機(jī)中選擇最優(yōu)機(jī)型。（3）通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)風(fēng)量和壓力應(yīng)滿足下列要求：主要通風(fēng)機(jī)應(yīng)滿足使用年限內(nèi)通風(fēng)容易和通風(fēng)困難兩個(gè)時(shí)期的最小和最大壓力及其相應(yīng)風(fēng)量。（4）主要通風(fēng)機(jī)應(yīng)選擇高效通風(fēng)機(jī)，并應(yīng)以滿足第一水平各個(gè)時(shí)期的風(fēng)量和壓力要求為主，適當(dāng)照顧第二水平的需要。（5）主要通風(fēng)機(jī)的能力應(yīng)與礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)特性相匹配。（6）主要通風(fēng)機(jī)在各個(gè)時(shí)期均應(yīng)運(yùn)行在工業(yè)利用區(qū)，在正常生產(chǎn)期均應(yīng)運(yùn)行在高效區(qū)，且工況點(diǎn)處靜壓效率不宜低于70%。

3 選型設(shè)計(jì)方案

3.1 風(fēng)量和壓力計(jì)算

通風(fēng)機(jī)必須產(chǎn)生的風(fēng)量計(jì)算：

式中：

K-外部漏風(fēng)系數(shù)，K=1.15。

通風(fēng)機(jī)必須產(chǎn)生的壓力：

式中：

P1，P2-通風(fēng)機(jī)必須產(chǎn)生的最小全壓和最大全壓，Pa；

△P1min，△P1max-礦井通風(fēng)容易時(shí)期和困難時(shí)期的通風(fēng)阻力，Pa；

△p2，△p3，△p4-地面風(fēng)道、擴(kuò)散器、消聲器和井口加熱裝置等的流動(dòng)損失，一般取△p2+△p3=100～200Pa；若安裝有消聲器，△p4=50～100Pa；

pdk-擴(kuò)散器出口動(dòng)壓，取80Pa。

3.2 地面主通風(fēng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

礦用風(fēng)機(jī)的主要類型有離心風(fēng)機(jī)、普通軸流風(fēng)機(jī)、對(duì)旋軸流風(fēng)機(jī)，本工程選擇風(fēng)機(jī)類型為離心風(fēng)機(jī)，選用兩臺(tái)，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用，反風(fēng)道反風(fēng)。設(shè)備布置見圖1所示。

圖1 兩臺(tái)離心式通風(fēng)機(jī)布置圖

風(fēng)道截面為正方形，邊長為：

3.3 預(yù)選通風(fēng)機(jī)

3.3.1 預(yù)選通風(fēng)機(jī)

參考4-72-11NO.20離心式通風(fēng)機(jī)的個(gè)體特性曲線，如圖2所示，查得該機(jī)號(hào)出口面積為Fd=1.4×1.6=2.24（m2）。

圖2 4-72-11NO.20離心式通風(fēng)機(jī)的個(gè)體特性曲線

3.3.2 擴(kuò)散器設(shè)計(jì)

取面積比n=3，擴(kuò)散器出口面積Fk=2.24×3=6.72（m2）。選擇當(dāng)量擴(kuò)散角，θ=12°。計(jì)算擴(kuò)散器進(jìn)、出口當(dāng)量直徑：

計(jì)算擴(kuò)散器長度：

所設(shè)計(jì)的擴(kuò)散器如圖3所示。

圖3 擴(kuò)散器

擴(kuò)散器出口動(dòng)壓：

擴(kuò)散器效率：

在本工程當(dāng)中，（Δp2+Δp3）、pdk取的是120Pa、80Pa，比較以上計(jì)算結(jié)果，可以認(rèn)為所選通風(fēng)機(jī)能夠滿足要求。通風(fēng)機(jī)必須產(chǎn)生的全壓為：

3.3.3 計(jì)算網(wǎng)路特性及確定工況點(diǎn)

容易時(shí)期：

困難時(shí)期：

由Rt1和Rt2可以確定出網(wǎng)路全壓特性方程式為：

根據(jù)以上兩式繪出網(wǎng)路特性曲線，如圖1所示。由圖可見容易和困難時(shí)期的網(wǎng)路特性曲線與轉(zhuǎn)速560r/min、630r/min時(shí)的通風(fēng)機(jī)性能曲線交于A、B，A、B點(diǎn)風(fēng)量、全壓、效率為（48m3/s、1630Pa、0.905）、（49m3/s、2230Pa、0.935），能夠滿足風(fēng)量、壓力要求，且效率較高。

3.4 選擇電動(dòng)機(jī)

不同時(shí)期通風(fēng)機(jī)軸功率為：

容易時(shí)期：

困難時(shí)期：

不同時(shí)期所需電動(dòng)機(jī)容量為：

容易時(shí)期：

困難時(shí)期：

因?yàn)镻dl/Pd2=103.4/116.9=0.885＞0.6，所以容易和困難時(shí)期選用同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)型號(hào)為JS128-8，皮帶傳動(dòng)，容量為155kW，容易時(shí)期通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速560r/min，困難時(shí)期風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速630r/min。

3.5 年耗電量的計(jì)算

容易時(shí)期年電耗：

困難時(shí)期年電耗：

3.6 工序電耗計(jì)算

容易時(shí)期工序電耗：

困難時(shí)期工序電耗：

平均工序電耗：

從上面計(jì)算數(shù)字可以看到，該主通風(fēng)設(shè)備的工序電耗等級(jí)為一等，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性好，選擇恰當(dāng)。

4 結(jié)語

山西曙光船窩煤礦主通風(fēng)設(shè)備的選型經(jīng)濟(jì)性高，技術(shù)先進(jìn)，綜合考慮設(shè)備投資、土建工程等方面的因素，認(rèn)為本方案可選。