下組煤延伸礦井通風(fēng)機設(shè)備選型及驗證

張永紅

(陽煤集團(tuán)陽煤二礦，山西 陽泉 045000)

0 引言

礦井通風(fēng)是整個礦井安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，礦井通風(fēng)量及通風(fēng)機需要嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行確定及選型，微小的差別可能會影響到井下工人的安全、高效的生產(chǎn)和成本的投入。因此，正確對礦用主通風(fēng)機進(jìn)行選型設(shè)計，對礦山的節(jié)能降耗和安全高效生產(chǎn)，具有十分重要的意義。

某煤業(yè)為確保礦井正常的采掘接替問題，使礦井能夠持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，進(jìn)行了下組10號煤層延伸工作。本文根據(jù)該礦實際生產(chǎn)地質(zhì)情況，采用理論計算分析的方法，驗證原有通風(fēng)機是否滿足現(xiàn)有開采情況，為該礦通風(fēng)設(shè)備選型提供了科學(xué)合理的建議。

1 礦井狀況

某煤業(yè)現(xiàn)開采4、6號煤層，4號煤層平均厚度為1.27m，6號煤層平均厚度為1.14m。其中4號煤布置一個綜采工作面，生產(chǎn)能力為60萬t，6號煤布置一個綜采工作面，生產(chǎn)能力為30萬t，兩個工作面共同保證礦井生產(chǎn)能力90萬t/a。目前4號煤基本枯竭，剩余儲量的服務(wù)年限不足1年。為確保礦井正常的采掘接替，使礦井能夠持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，提高礦井的經(jīng)濟(jì)效益，該礦向省煤炭廳提出了延深開采10號煤層的申請并得到了批準(zhǔn)，與6號煤層合理配采后，確定生產(chǎn)能力不變，仍為90萬t/a。

礦井現(xiàn)通風(fēng)方式采用中央分列式通風(fēng)，主通風(fēng)機的工作方式采用抽出式。嚴(yán)格根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行礦井通風(fēng)風(fēng)量的計算，最終確定礦井總進(jìn)風(fēng)量為112m3/s。風(fēng)量的具體分配如下：

(1)分配到6號煤層各用風(fēng)地點：

回采工作面：8m3/s；掘進(jìn)工作面：2×8=16m3/s；備用工作面：4m3/s；6號煤采區(qū)變電所：2m3/s；其它用風(fēng)地點：12m3/s。6號煤層需風(fēng)量為42m3/s。

(2)分配到10號煤層各用風(fēng)地點：

回采工作面：28m3/s；掘進(jìn)工作面：12m3/s；備用工作面：14m3/s；10號煤采區(qū)變電所：2m3/s；其它用風(fēng)地點：14m3/s。10號煤層需風(fēng)量為70m3/s。

2 礦井通風(fēng)負(fù)壓及等積孔計算

(1)礦井通風(fēng)負(fù)壓計算

選擇礦井通風(fēng)容易、困難兩個時期最大的風(fēng)路進(jìn)行阻力計算，其計算公式如下：

h=∑αLPQ2/s3+hju

式中：h——礦井負(fù)壓，Pa；L——井下巷道長度，m；α——通風(fēng)摩擦阻力系數(shù)，kg·s2/m4；P——巷道凈斷面周長，m；Q——通過井巷的風(fēng)量，m3/s。

本次設(shè)計局部阻力系數(shù)按15%計，經(jīng)計算，礦井延深開采10號煤層，實現(xiàn)6與10號煤層配采時，容易時期通風(fēng)總阻力為1395.2Pa；困難時期通風(fēng)總阻力為1530.2Pa，可以滿足規(guī)范要求。

(2)等積孔計算

式中：A—礦井等積孔，m2；Q—礦井總風(fēng)量，m3/s；h—礦井負(fù)壓，Pa。

經(jīng)計算，通風(fēng)容易時期等積孔為3.57m2，通風(fēng)困難時期等積孔為3.41m2，礦井通風(fēng)屬小阻力通風(fēng)礦井，礦井通風(fēng)屬容易通風(fēng)程度。

3 風(fēng)機選型計算

(1)設(shè)計依據(jù)

礦井通風(fēng)風(fēng)量：Q總=112m3/s；礦井通風(fēng)容易時負(fù)壓：hmin=1395.2Pa；礦井通風(fēng)困難時負(fù)壓：hmax=1530.2Pa；回風(fēng)立井井口標(biāo)高：+1015.49m。

(2)風(fēng)機選型計算

①扇風(fēng)機風(fēng)量計算

通風(fēng)機的風(fēng)量：Q=KQ總=1.05×112=117.6m3/s

②確定扇風(fēng)機所需全壓：

Hmin=hmin+△h =1395.2+150=1545.2Pa；Hmax=hmax+△h =1530.2+150=1680.2Pa

式中：△h──通風(fēng)設(shè)備阻力損失，△h=150Pa；因進(jìn)、出風(fēng)井井口標(biāo)高基本相同，故不計自然風(fēng)壓。

依據(jù)通風(fēng)機的風(fēng)量和靜壓，本次設(shè)計選用原有的FBCDZ-8-NO24B型風(fēng)機，配套電機為YBFe450S3-8，工作參數(shù)為：功率250KW×2，10KV，滿足設(shè)計要求。

③扇風(fēng)機的選擇及工況點的確定：

最小、最大網(wǎng)路阻力系數(shù)的計算公式為：

通風(fēng)機網(wǎng)路特征曲線方程：

Hmin=RminQ2=0.11Q2

Hmax=RmaxQ2=0.12Q2

將網(wǎng)路特性曲線方程置于所選風(fēng)機性能曲線上，其交匯點即所求工況點(見圖1)。

N1點：QNI=121.86m3/s θ=0o HN1=1667.3Pa ηN1=0.74

N2點：QN2=119.54m3/s θ=0o HN2=1744.1Pa ηN2=0.78

圖1 扇風(fēng)機FBCDZ-8-№24B性能曲線圖

④預(yù)選電機

N1=KQ1H1÷(102×9.8η1ηc)=329.6kW

N2=KQ2H2÷(102×9.8η2ηc)=320.9kW

式中：K—備用系數(shù)，K的取值為1.2；ηc—傳動效率，直接傳動時，ηc=1。

容易時期、困難時期通風(fēng)機葉片角度均為0°。

礦井已有的兩臺FBCDZ-8-№24B型風(fēng)機，一臺工作，一臺備用。選用風(fēng)機配套電機YBFe450S3-8，工作參數(shù)為：功率250kW×2，電壓10kV，轉(zhuǎn)速740r/min，確定能夠滿足礦井通風(fēng)要求。

⑤通風(fēng)機配電及監(jiān)控

本通風(fēng)機采用廠家配套異步防爆電動機，電動機額定功率為2×250kW，電壓為10kV。

通風(fēng)機變電所的配電控制利用已有的位于風(fēng)井場地通風(fēng)機旁建一座10kV 高壓配電室，所內(nèi)設(shè)KYN28-12(Z)型高壓真空開關(guān)柜12臺，內(nèi)部配置有真空斷路器，采用微機型綜合保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)與監(jiān)測。通風(fēng)機變電所的雙回10kV電源采用LGJ-50mm2型鋼芯鋁絞線引自礦井35kV變電站10kV側(cè)不同母線段，變電所內(nèi)10kV和380V均采用單母線分段式接線方式，供電距離可達(dá)1000m。

4 反風(fēng)措施

該通風(fēng)機設(shè)備采用斷電停機后電機反轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行反風(fēng)，反風(fēng)風(fēng)量大于正常風(fēng)量的40%、反風(fēng)功率小于額定功率，啟動反風(fēng)時間小于10min，滿足有關(guān)規(guī)程、規(guī)范的要求。

通風(fēng)容易時期：Q=72.1m3/s(正常風(fēng)量的59.2%)；H=617.05Pa；η=47.5%；θ=0o

通風(fēng)困難時期：Q=70.9m3/s(正常分量的59.3%)；H=644.70Pa；η=49.0%；θ=0o

反風(fēng)工況點見圖2。

圖2 扇風(fēng)機FBCDZ-8-№24B反風(fēng)工況點

電動機反風(fēng)容量：

通風(fēng)容易時期：

通風(fēng)困難時期：

5 結(jié)論

某煤業(yè)為確保礦井正常的采掘接替問題，使礦井能夠持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，進(jìn)行了下組10號煤層延伸工作。本文根據(jù)該礦實際生產(chǎn)地質(zhì)情況，采用理論計算分析的方法，驗證原有通風(fēng)機是否滿足現(xiàn)有開采情況，得出以下結(jié)論：

回風(fēng)立井現(xiàn)安裝2臺FBCDZ-8-NO24B型對旋防爆抽出式軸流通風(fēng)機，1臺工作，1臺備用。該風(fēng)機風(fēng)量范圍為4320m3/min～9600m3/min；風(fēng)壓范圍900Pa～3400Pa。選用風(fēng)機配套電機YBFe450S3-8，功率為250kW×2，轉(zhuǎn)速為740r/min，電壓為10kV。經(jīng)驗算現(xiàn)有風(fēng)機及電機功率能夠滿足礦井延深開采10號煤層時的礦井通風(fēng)需要。

通過現(xiàn)場試用，已證明現(xiàn)有通風(fēng)設(shè)備可以滿足本次設(shè)計要求。