煤礦通風機的改造設計

郄馬強

（潞安化工集團常村煤礦通風隊，山西 屯留 046000）

引言

煤礦主通風機可降低工作面有害氣體和粉塵濃度，為工作面作業(yè)人員提供一個相對舒適、安全的工作環(huán)境，同時對保證工作面安全生產(chǎn)具有重要意義。一般情況下，煤礦通風機系統(tǒng)在設計初期均根據(jù)礦井的開采計劃完成，但是隨著工作面的不斷推進，常常出現(xiàn)通風量不足以滿足實際工況需求的情況，從而對煤礦安全生產(chǎn)造成隱患[1]。因此，保證煤礦通風機系統(tǒng)的穩(wěn)定、低故障率、無喘振的運行對保證工作面安全生產(chǎn)具有重要意義。

1 常村煤礦通風機改造必要性分析

1.1 現(xiàn)狀分析

常村煤礦設計初期的生產(chǎn)能力為每年300萬t，隨著工作面自動化設備和采煤工藝的不斷提升，當前生產(chǎn)能力為每年420萬t。就通風系統(tǒng)而言，在設計初期為其所配置的進風井筒為兩條，回風井筒為一條，其中主進風井筒直徑為7 m，副進風井筒直徑為7.2 m，同時也為煤礦的安全出口；回風井筒的直徑為6.5 m，同時也為煤礦的安全出口。隨著煤礦生產(chǎn)能力的提升，為保證工作面的安全生產(chǎn)為其配置一條輔助運輸大巷用于進風。目前，煤礦所采用的采煤工藝為綜合機械化放頂煤工藝，掘進所采用的設備為EBZ230掘進機，并在鉆爆法的工藝下配合完成[2]。

1.2 改造必要性分析

目前，礦井在原有生產(chǎn)基礎上又增加了一個采煤工作面、一個備用工作面和一個回撤工作面。隨著工作面的擴建，工作面所需通風量增加，通風線路增加對應的通風阻力也增大，因此當前通風系統(tǒng)無法滿足七采區(qū)投產(chǎn)的通風需求。

目前，礦井所配置通風機為軸流式通風機，具體型號為ANN-2884/1440N。而且，通風機當前工作面的葉片角度為42.8°，對應的通風量為286.5 m3/s，負壓為2 700 Pa。為保證通風量滿足七采區(qū)投產(chǎn)的通風需求，在當前通風機已經(jīng)滿負荷運轉(zhuǎn)的情況下，需繼續(xù)增加葉片的角度，以滿足工作面的需求，隨之而來的問題是加劇了通風機的振動且無法滿足礦井后期生產(chǎn)的通風要求[3]。因此，本著緩解常村煤礦井當前通風困難的局面，并結(jié)合礦井的未來生產(chǎn)計劃和開拓布局，急需從根本上對通風系統(tǒng)進行改造。

2 常村煤礦需風量計算及通風設備的改造

2.1 工作面通風量的計算

根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)要求可知：工作面實際需風量為采煤工作面、掘進工作面、硐室以及其他巷道需風量的總和。

2.1.1 采煤工作面的需風量

采煤工作面的需風量需完全結(jié)合工作面的瓦斯、所在地的氣象條件和工作面人員數(shù)量進行核算，并取其中的最大值。鑒于篇幅原因，此處不對計算過程一一列出。采煤工作面按照不同核算思路所得的需風量如表1所示。

表1 采煤工作面不同核算思路下的需風量 m3/s

如表1所示，按照風速核算時工作面所需風量最大。因此，采煤工作面的實際需風量為114 m3/s。

2.1.2 掘進工作面的需風量

同樣，對于掘進工作面而言其需風量的主要核算依據(jù)與工作面瓦斯、二氧化碳的涌出情況、工作面的溫度、風速以及作業(yè)人數(shù)等相關(guān)。目前，煤礦共包含有10個掘進工作面，分別包括5個綜掘工作面和5個普掘工作面[4]。目前，為綜掘工作面所配置的通風機為兩臺對旋局部通風機，其電機額定功率為45 kW，風量調(diào)節(jié)范圍為400～850 m3/min；為普掘工作面所配置通風機為兩臺對旋局部通風機，其電機額定功率為30 kW，風量調(diào)節(jié)范圍為260～630 m3/min。根據(jù)不同核算思路得出掘進工作面的需風量，如表2所示。

表2 掘進工作面不同核算思路下的需風量 m3/s

如表2所示，按照風速核算時掘進工作面的需風量最大。因此，掘進工作面的實際需風量為105 m3/s。

2.1.3 硐室及其他巷道需風量

根據(jù)礦井實際生產(chǎn)需求為工作面配置了材料庫、檢修硐室、制冷硐室、膠帶機頭硐室、變電所以及電機車充電硐室，每種類型硐室的數(shù)量和實際需求量如表3所示。

表3 硐室類型及需風量 m3/s

如表3所示，工作面硐室總的需風量為46 m3/s。結(jié)合當前綜采礦井資料，對于其他巷道而言其需風量為采煤、掘進和硐室總需風量的5%，則對應的其他巷道的需風量為13.4 m3/s。

綜上所述，礦井所需總的風量為：（114 m3/s+105 m3/s+46 m3/s+13.4 m3/s）×1.2=334.1 m3/s。為滿足工作面的實際通風量需求，在煤礦原通風方案的基礎上增加一條回風巷道，達到三進三回的通風方案。

2.2 通風機的改造

目前，礦井工作面所配置通風機的具體型號為ANN-2884/1440N的軸流式風機。經(jīng)對工作面需風量進行核算后，將礦井通風方案改造為主井和副井為進風井，其中主井為少量進風。副井為主要進風。而且，隨著七采區(qū)投產(chǎn)工作面的通風量和負壓明顯增大，具體投產(chǎn)后工作面需風量為340 m3/s，對應負壓為3 879.5 Pa[5]。目前，ANN-2884/1440N軸流式風機已滿負荷運行，但仍無法滿足工作面的通風需求。因此，本文采用對原通風機進行更換的改造方案。

經(jīng)綜合分析，最終采用ANN-2884/1440B為礦井進行通風。該型通風機的供風量可達357 m3/s；在投產(chǎn)時通風機的全壓為4 860 Pa，投產(chǎn)后期通風機的全壓為4 660 Pa。上述指標滿足七采區(qū)投產(chǎn)后的通風要求。與ANN-2884/1440B配套的其他設置如下：所配置電機的型號為YXKK710-6,對應額定轉(zhuǎn)速為995 r/min，額定功率為2 500 kW。

所配置插板風門為電動型，型號為CSM-5000×6800。

所配置軟啟動裝置為固態(tài)型，型號為GZRQ1-200/10-△S，額定工作電壓為10 kV，額定工作電流為200 A，可根據(jù)實際需求在10～60 s完成對通風電機的啟動。

由于工作面通風量的增加，為了減小工作面的通風阻力，將通風巷道擴建，具體為從3 740 mm×5 663 mm的矩形巷道擴建為3 740 mm×8 100 mm的矩形巷道，即新風巷道的寬度不變，高度從5 663 mm增加為8 100 mm；涉及到的垂直風門由百葉門改造為側(cè)拉式電動閘板風門，水平測試風門改造為電動風門。

3 結(jié)語

通風機為綜采工作面的“肺”，是保證工作面安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。隨著綜采工作面開采長度的增加，采區(qū)的不斷擴產(chǎn)，設計初期的通風系統(tǒng)參數(shù)不一定能夠滿足實際生產(chǎn)通風量的需求。為此，工作面擴產(chǎn)后需對其通風量和負壓進行重新核算，并基于核算結(jié)果對通風機運行參數(shù)進行對應調(diào)整；若通風機已經(jīng)滿負荷運轉(zhuǎn)，需對通風方案和通風設備進行重新選型，保證通風機的供風量不小于實際需風量。