礦井通風(fēng)機(jī)節(jié)能調(diào)節(jié)與技術(shù)管理

鄭祥呈 王 磊

（山東華聯(lián)礦業(yè)股份有限公司臥虎山礦，山東 淄博 256119）

1 通風(fēng)狀況

臥虎山礦通風(fēng)系統(tǒng)中，中央出風(fēng)井位于礦區(qū)中部，井口標(biāo)高+220m水平，副井及南翼風(fēng)井進(jìn)風(fēng)，標(biāo)高分別為+280m水平及+180m水平，進(jìn)、出風(fēng)井高差大，自然風(fēng)壓受季節(jié)變化影響大。隨地下開(kāi)采生產(chǎn)不同時(shí)期的變化，井下需風(fēng)量也不斷變化，若采用非變頻控制，風(fēng)機(jī)功率較高，電能消耗較大?；谝陨显?，我礦對(duì)井下通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

2 系統(tǒng)優(yōu)化

2.1 我礦將原初步設(shè)計(jì)中的中央出風(fēng)井集中抽出式通風(fēng)方式改為（工作面局部通風(fēng)、總回風(fēng)巷接力回風(fēng)、回風(fēng)井口集中抽出）三級(jí)接力式通風(fēng)方式，通風(fēng)機(jī)總功率由900kW減至565kW。此通風(fēng)方式的優(yōu)點(diǎn)是，降低了通風(fēng)機(jī)總功率，并減少了通風(fēng)風(fēng)路的漏風(fēng)。

2.2 在第二、三級(jí)通風(fēng)機(jī)機(jī)站安裝變頻器，通過(guò)控制通風(fēng)機(jī)輸入端電壓頻率，從而改變通風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速，通風(fēng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速，進(jìn)而改變通風(fēng)機(jī)輸出風(fēng)量，達(dá)到隨開(kāi)采生產(chǎn)時(shí)期變化而變化的目的。

圖1

2.3 在第二、三級(jí)通風(fēng)機(jī)機(jī)站安裝遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，即安裝檢測(cè)風(fēng)機(jī)進(jìn)、出口壓差、風(fēng)機(jī)風(fēng)量、電機(jī)電流、電機(jī)電壓的現(xiàn)場(chǎng)儀表，帶現(xiàn)場(chǎng)控制箱并配有現(xiàn)場(chǎng)S7-200遠(yuǎn)程控制模板，能遠(yuǎn)程通訊至主控室PLC。通過(guò)此遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，操作人員能根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程手動(dòng)調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)輸出風(fēng)量，亦可讓PLC自動(dòng)調(diào)節(jié)。

3 節(jié)能原理

臥虎山礦通風(fēng)系統(tǒng)中，進(jìn)、出風(fēng)井高差大，自然風(fēng)壓受季節(jié)變化影響大，針對(duì)自然風(fēng)壓的變化進(jìn)行適時(shí)調(diào)節(jié)，能夠節(jié)省電能，降低運(yùn)行成本。

3.1 自然通風(fēng)原理

進(jìn)風(fēng)井筒與回風(fēng)井筒空氣存在溫度差，氣溫低處的空氣密度比氣溫高處的空氣密度大，使得不同地方的相同高度空氣柱重量不等，從而使風(fēng)流發(fā)生流動(dòng)，形成了自然通風(fēng)現(xiàn)象。我們把這個(gè)空氣柱的重量差稱(chēng)為自然風(fēng)壓HN。HN=Zg（ρ1-ρ2）。

由于臥虎山礦進(jìn)、出風(fēng)井 井口標(biāo)高相差最大60m左右，高差較大，綜合各項(xiàng)數(shù)據(jù)計(jì)算得冬季進(jìn)、出風(fēng)井間的自然風(fēng)壓在160Pa左右，且為正風(fēng)壓，自然風(fēng)流與系統(tǒng)流向相同，因此可適當(dāng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，降低風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓仍能保證足夠的供風(fēng)量，滿(mǎn)足井下生產(chǎn)的需求。

圖2 原工況點(diǎn)下工作曲線

圖3 新工況點(diǎn)下工作曲線

3.2 調(diào)節(jié)原理

每一臺(tái)通風(fēng)機(jī)，在額定轉(zhuǎn)速的條件下，對(duì)應(yīng)于一定的風(fēng)量，就有一定的風(fēng)壓、功率和效率，風(fēng)量如果變動(dòng)，其它三者也隨之改變。表示通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓、功率和效率隨風(fēng)量變化而變化的關(guān)系曲線，稱(chēng)為通風(fēng)機(jī)的個(gè)體特性曲線。

根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率公式：n=60f/p可知，當(dāng)輸入電壓頻率降低時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比例降低，由公式

可知，轉(zhuǎn)速降低，導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)風(fēng)量降低、風(fēng)壓降低，達(dá)到節(jié)能的目的。通風(fēng)機(jī)的特性曲線隨之發(fā)生改變，通風(fēng)機(jī)在新工況點(diǎn)下穩(wěn)定工作，以K40-6-NO.21/200型軸流式通風(fēng)機(jī)為例，具體如圖3：

3.3 節(jié)能計(jì)算

已知f0=50Hz， n0=740r/min，原工況點(diǎn)下的工作參數(shù)：H0=1000Pa ，Q0=100m3/s，新工況點(diǎn)下的工作參數(shù)：H =800Pa ，Q =89.4100m3/s ， 根據(jù) 公 式Nt=HtQ×103，N =Nt/ηt=HtQ/（1000ηt）得N0=N0/η0=H0Q/（1000η0）=108.7kW，N =N/η=HQ/（1000η）=77.7kW

以冬季穩(wěn)定自然風(fēng)壓時(shí)間為45天計(jì)算，一年內(nèi)節(jié)約電能為 W =31×24×45=33480kWh ，以最低電價(jià)計(jì)算電費(fèi)得33480×0.5=16740元。

礦山服務(wù)年限為30年，16740×30=502200元，累計(jì)節(jié)約成本約50余萬(wàn)元。

另外，礦山開(kāi)采初期及末期，礦井需風(fēng)量要小于礦井全負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)的需風(fēng)量，因此，在滿(mǎn)足生產(chǎn)需要的前提下，適當(dāng)降低通風(fēng)機(jī)供風(fēng)量，也可達(dá)到降低運(yùn)行成本的目的。

4 管理措施

4.1 生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)督管理

第二、三級(jí)通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況能實(shí)時(shí)反映在生產(chǎn)調(diào)度中心控制計(jì)算機(jī)上，值班人員隨時(shí)觀察各通風(fēng)機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)變化情況（風(fēng)壓、風(fēng)速、溫度），當(dāng)運(yùn)行參數(shù)超出正常范圍時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出警報(bào)，提醒操作人員進(jìn)行調(diào)節(jié)、修正。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)量實(shí)測(cè)

主要由通風(fēng)技術(shù)員定期對(duì)各測(cè)風(fēng)地點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)速、風(fēng)量檢測(cè)，并形成記錄，保證各通風(fēng)巷道和用風(fēng)地點(diǎn)有足夠的風(fēng)量。

4.3 遠(yuǎn)程風(fēng)量調(diào)節(jié)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修正，保證通風(fēng)機(jī)準(zhǔn)確運(yùn)行。同時(shí)，亦可根據(jù)季節(jié)變化，適時(shí)調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制通風(fēng)機(jī)輸出風(fēng)量，達(dá)到節(jié)能的目的。

4.4 定期巡查維護(hù)

主要由各現(xiàn)場(chǎng)操作工人（風(fēng)筒工、測(cè)風(fēng)工、測(cè)塵工、通風(fēng)設(shè)施工等）進(jìn)行，重點(diǎn)針對(duì)隨時(shí)變化地點(diǎn)如采場(chǎng)、掘進(jìn)工作面等的通風(fēng)設(shè)施、風(fēng)量變化進(jìn)行檢查、調(diào)節(jié)和維護(hù)。

定期對(duì)通風(fēng)機(jī)檢測(cè)儀器、儀表的檢查、維護(hù)和校驗(yàn)，使得檢測(cè)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，運(yùn)行穩(wěn)定、靈敏。并加強(qiáng)設(shè)備的更新?lián)Q代，保障通風(fēng)檢測(cè)、控制系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行。

通過(guò)我礦對(duì)井下通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化和節(jié)能調(diào)節(jié)，使得整個(gè)系統(tǒng)高效、穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的，提高了我礦經(jīng)濟(jì)效益。在整個(gè)過(guò)程中，實(shí)踐了通風(fēng)理論知識(shí)，總結(jié)了很多礦井通風(fēng)管理經(jīng)驗(yàn)，收獲頗豐。

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