礦井主通風機的技術改造及實施效果

呂靜飛

（山西煤炭運銷集團陽城大西煤業(yè)有限公司， 山西 陽城 048105）

引言

通風機為僅次于采煤機、液壓支架等關鍵采掘、支護設備的輔助設備，其承擔著凈化工作面空氣、稀釋瓦斯?jié)舛鹊闹匾蝿?。隨著煤礦開采的不斷深入，礦井最初所配置的通風機已經(jīng)不能夠滿足實際生產(chǎn)需求，導致煤礦開采的安全性降低，嚴重威脅著現(xiàn)場人員及設備的安全[1]。同時，部分通風機控制方式落后，不能夠根據(jù)工況對通風量進行有效調(diào)節(jié)控制，導致通風機電能浪費嚴重；電控系統(tǒng)老化、智能化自動化水平偏低，均是大部分通風機所面臨的問題。因此，急需開展關于通風機的技術改造。

1 主通風機現(xiàn)狀

本文以水頭煤礦為例開展研究，經(jīng)探測，該煤礦的相對瓦斯涌出量為12.92 m3/t，瓦斯絕對涌出量為46.73 m3/min。煤礦年生產(chǎn)能力核定為220 萬t，共分為東翼、西翼及中部三個區(qū)域。其中，東翼包括三個采區(qū)，西翼包括三個采區(qū)，中部包括兩個采區(qū)。本文具體以東翼采區(qū)為例開展研究，具體從通風機本身及其控制系統(tǒng)兩個層面對其所存在的不足進行具體分析。

1.1 主通風機概況

東翼采區(qū)所配置型號為G4-73-11.25D 的兩臺離心式通風機，在實際應用中一臺工作另一臺備用。經(jīng)現(xiàn)場測量，該通風機實際供風量僅為78 m3/s，負壓值為2 320 Pa。東翼采區(qū)的瓦斯量超標且該礦井為高瓦斯礦井，經(jīng)核算，工作面安全性通風量不得小于94 m3/s，而所配置通風機的實際供風量僅78 m3/s。在實際生產(chǎn)中供風量小于實際需風量，存在極大的安全隱患，具體內(nèi)容如下：

1）容易導致工作面現(xiàn)場粉塵濃度增加，威脅現(xiàn)場工作人員的身體健康。

2）風量太小，導致工作面現(xiàn)場瓦斯聚集。當瓦斯長時間處于超限值或臨界值時，極易發(fā)生瓦斯爆炸事故。

因此，針對供風量不足的問題急需為其配置匹配的通風機。

1.2 主通風機控制系統(tǒng)概述

東翼采區(qū)設有高壓配電室，通過變壓器柜為變壓器供電；同時，東翼采區(qū)的主通風機采用低壓真空磁力啟動器對其的啟動和停止進行控制。該低壓真空磁力啟動器的具體型號為QJZ-630/1140。針對當前控制系統(tǒng)對應的生產(chǎn)情況來看，存在的不足如下：

1）采用低壓真空磁力啟動器對主通風機的啟停進行控制，對應的啟動電流較大會對配電網(wǎng)造成沖擊，從而影響整個電網(wǎng)系統(tǒng)的設備；同時，此種控制方式無法根據(jù)工況對供風量進行調(diào)整；此外，低壓真空磁力啟動器并不適用于大功率設備的控制[2]。

2）當前主通風機的額定電壓僅為1 140 V，其電壓等級較低，若根據(jù)生產(chǎn)需求更換為功率更大的通風機，其在運行過程中容易造成電纜發(fā)熱或?qū)е掠捎陔妷哼^低無法實現(xiàn)大功率通風機設備的啟動。

3）當前控制系統(tǒng)不具備在線監(jiān)控功能，無法實時獲取主通風機的運行狀態(tài)和故障信息，對通風機維護效率較低[3]。

綜上，東翼采區(qū)通風系統(tǒng)并不能簡單地通過更換大功率通風機來滿足實際生產(chǎn)的需求，還需根據(jù)對其控制系統(tǒng)進行技術。

2 主通風機的技術改造

本節(jié)將從主通風機的重新選型和控制系統(tǒng)兩方面展開技術改造的研究。

2.1 主通風機的重新選型

通風機的選型需以綜采工作面的實際需風量為核心，并兼顧現(xiàn)場風量的分配和通風阻力控制兩個維度綜合完成。采區(qū)風量的實際需求具體包括現(xiàn)場工作人員、采煤、掘進、硐室及其他地點對風量需求的總和[4]。

對于工作人員的需風量規(guī)定如下：根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》的相關規(guī)定，要求人員在工作面的需風量為4 m3/min；東翼采區(qū)同一時間內(nèi)最多工作人員的數(shù)量為300 人。則人員需風量為1 320 m3/min。

同理，根據(jù)工作面的生產(chǎn)能力和《煤炭安全規(guī)程》的相關標準要求，計算得出采煤、掘進、硐室及其他地點的需風量，具體見表1。

表1 工作面各部分需風量

考慮到1.1 倍的安全系數(shù)，東翼采區(qū)總的需風量為7 458 m3/min，即124.3 m3/s。同時，經(jīng)對現(xiàn)場阻力進行測算，東翼采區(qū)在容易時期所需的負壓為2 211.35 Pa，在困難時期所需負壓為3 602.35 Pa?？紤]到通風線路上消聲裝置的阻力損失為100 Pa，風道的阻力損失為150 Pa，對應的通風機在容易時期必須提供的負壓值為2 461.35 Pa，在困難時期需提供的負壓值為3 852.35 Pa。

綜合上述風量和負壓值的計算結(jié)果，并結(jié)合市面通風機的性能參數(shù)，最終確定通風機的型號為FBCDZ-8-NO.27。該型通風機的參數(shù)見表2。

表2 FBCDZ-8-NO.27 通風機的具體參數(shù)

2.2 通風機控制系統(tǒng)的改造

針對通風機能耗較大且電能浪費嚴重的問題，從原理上將根據(jù)工作面的實際需風量降低供風量50%，對應的風機轉(zhuǎn)速也下降50%，此時功率可下降12.5%。因此，本工程采用變頻調(diào)速的原理實現(xiàn)對通風機的技術改造，保證通風機可根據(jù)工況對供風量進行實時調(diào)節(jié)控制，已達到節(jié)能的效果。變頻器的選型為本工程變頻調(diào)速改造的關鍵，包括交-直-交和交-交兩類變頻器。其中，交-直-交變頻器可實現(xiàn)電壓和頻率的變換；交-交變頻器僅實現(xiàn)電壓與電流的變換[5]。因此，本工程具體選用交-直-交變頻器實現(xiàn)交流變頻調(diào)速功能。

結(jié)合主通風工況和煤礦相對惡劣的生產(chǎn)環(huán)境，本工程最終所確定變頻器的具體型號為HIVERT。

3 實施效果評估

結(jié)合主通風機的技術改造內(nèi)容，通過對綜采工作面的風量、控制系統(tǒng)及工效進行評估，以此反映主通風機技術改造的實施效果。

3.1 工作面風量改善效果

將工作面主通風機更換后，現(xiàn)場實際供風量最大可由4 680 m3/min 增大至5 950 m3/min，可滿足實際需風量為5 580 m3/min 的要求。同時，不同工作面的風速也相應增加，具體見表3。

表3 工作面風速及瓦斯聚集情況對比

由表3 可知，經(jīng)對主通風機技術改造后，各個工作面的風速明顯增加；各個工作面的瓦斯?jié)舛让黠@降低，可滿足《煤炭安全規(guī)程》所規(guī)定的采煤、掘進、開拓工作面瓦斯?jié)舛刃∮?%的要求。此外，工作面風速的提升能夠?qū)⒐ぷ髅娴臏囟葟?6 ℃降至23 ℃，為現(xiàn)場工作人員提供更加舒適的工作環(huán)境。

3.2 工作面控制及工效效果的評估

主通風機采用變頻調(diào)速的控制方式后，系統(tǒng)的啟動電流可控制在20 A 以內(nèi)，此數(shù)據(jù)遠小于原采用低壓直接啟動方式的瞬間電流800 A，極大地減小了啟動電流對電網(wǎng)造成的沖擊。同時，變頻調(diào)速方式可實現(xiàn)對通風機電機15～50 Hz 頻率的調(diào)節(jié)，達到對風量的實時、連續(xù)可調(diào)的目的，具備根據(jù)實際需風量對供風量控制的功能，從而達到節(jié)能的效果。

總之，對礦井主通風機進行技術改造后，實際生產(chǎn)中由于工作面瓦斯?jié)舛瘸瑯藢е峦．a(chǎn)的時間小于5 h，此數(shù)據(jù)遠小于改造前的200 h；對應工作面每月的推進速度超過原推進速度的6%左右。

4 結(jié)語

主通風機是煤礦保證生產(chǎn)安全的重要設備，本文重點針對供風量不足且能耗嚴重的問題對主通風機系統(tǒng)開展技術改造，對應的改造措施如下：

1）將G4-73-11.25D 通風機更換為FBCDZ-8-NO.27，工作面供風量、風速明顯增加，對應工作面的粉塵濃度和瓦斯積聚問題明顯得到解決。

2）采用型號為HIVERT 變頻器實現(xiàn)變頻調(diào)速，降低系統(tǒng)的啟動電流，減小對電網(wǎng)造成的沖擊；同時，改造后可實現(xiàn)電機頻率在15～50 Hz 的變頻調(diào)速，達到節(jié)能的效果。

3）對礦井主通風機進行技術改造后，對應工作面每月的推進速度超過原推進速度的6%左右。