通風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的潛力分析

于廣鵬　邸　冬

(巴彥淖爾西部銅業(yè)有限公司)

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通風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的潛力分析

于廣鵬邸冬

(巴彥淖爾西部銅業(yè)有限公司)

摘要礦井主扇是連續(xù)運(yùn)行的大功率設(shè)備,耗電量占企業(yè)總能耗的20%～30%。在深度分析某礦山生產(chǎn)特性的基礎(chǔ)上，通過(guò)合理控制風(fēng)量和降低風(fēng)阻，挖掘礦井通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能降耗的潛力，在滿足生產(chǎn)需求的前提下，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量控制總風(fēng)阻經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

獲各琦銅礦井下采用負(fù)壓通風(fēng)，中央多路進(jìn)風(fēng)兩翼回風(fēng),即兩翼對(duì)角式的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。中央進(jìn)風(fēng)井主要為1#、2#、3#副井，主斜坡道多路進(jìn)風(fēng)；回風(fēng)井主要為兩翼2#、4#回風(fēng)井，中段通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用錯(cuò)位平行雙巷式，本中段回風(fēng)巷道主要布置在上中段下盤(pán)運(yùn)輸巷下方10 m處，距礦體約15 m[1]。

主扇采用湘潭風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的軸流對(duì)旋式風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)型號(hào)：FBCDZ-10-No.29 2×250 kW。風(fēng)機(jī)采用地表布置，具備變頻和工頻兩種啟動(dòng)方式?，F(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)為2010年優(yōu)化改造后，按400萬(wàn)t產(chǎn)能設(shè)計(jì)，目前全礦產(chǎn)能為235萬(wàn)t，能滿足生產(chǎn)能力。通過(guò)對(duì)礦山生產(chǎn)狀況的深度分析，發(fā)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)具備較大的節(jié)能潛力，因此對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整。

1通風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行分析

通風(fēng)機(jī)耗電量計(jì)算[2]：

(1)

(2)

式中，H為通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)阻力，Pa；Q為通風(fēng)機(jī)風(fēng)量， m3/s；R為礦井通風(fēng)阻力，N·s2/m8；η為通風(fēng)機(jī)總效率；t為主扇運(yùn)行時(shí)間，h；α為摩擦阻力系數(shù)，N·s2/m4；L為巷道長(zhǎng)度，m；P為巷道周長(zhǎng)，m；S為巷道面積，m2。

通過(guò)分析，影響系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)主要有:①礦井總回風(fēng)量；②通風(fēng)系統(tǒng)的礦井總風(fēng)阻；③運(yùn)行時(shí)間和通風(fēng)機(jī)效率。由于主扇運(yùn)行時(shí)間及效率挖掘潛力較小，將結(jié)合該礦通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，重點(diǎn)分析風(fēng)量和總風(fēng)阻在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面的潛力。

2總風(fēng)量經(jīng)濟(jì)性分析

根據(jù)電耗與風(fēng)量之間的關(guān)系，加大供風(fēng)量導(dǎo)致電耗上升，通風(fēng)成本增加。以該礦400萬(wàn)t產(chǎn)能進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在降低總風(fēng)量方面仍有較大的空間。

重新校核全礦需風(fēng)量[3]：

(3)

式中，Qx為通風(fēng)單元或通風(fēng)系統(tǒng)需風(fēng)量；Qs為備采工作面需風(fēng)量；Qd為掘進(jìn)工作面需風(fēng)量；Qr為硐室需風(fēng)量；Qh為其他地點(diǎn)需風(fēng)量。

表1　全礦需風(fēng)量核算

經(jīng)過(guò)核定，全礦需風(fēng)量控制在365.16 m3/s以內(nèi)，即可滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需求。

由于礦山生產(chǎn)實(shí)行三八作業(yè)制，每個(gè)班次進(jìn)行不同的作業(yè)，針對(duì)每日不同的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)詳細(xì)核算需風(fēng)量，作為主扇運(yùn)行頻率調(diào)整的重要依據(jù)。見(jiàn)表2。

表2　三班制作業(yè)情況統(tǒng)計(jì)

通過(guò)對(duì)生產(chǎn)作業(yè)規(guī)律摸底調(diào)查，發(fā)現(xiàn)早班作業(yè)人員最多，設(shè)備運(yùn)行也最為頻繁，每日鑿巖爆破也集中在此段時(shí)間，以全礦需風(fēng)量作為早班的配風(fēng)風(fēng)量；中班和夜班不進(jìn)行鑿巖作業(yè)，主要以機(jī)械設(shè)備出礦出渣為主，風(fēng)量核定主要以人員和無(wú)軌設(shè)備功率的配風(fēng)量作為計(jì)算指標(biāo)，柴油鏟運(yùn)機(jī)主要功率為63和93 kW，依據(jù)《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》，配風(fēng)量為4 m3/(min·kW)，取柴油鏟運(yùn)機(jī)配風(fēng)量6 m3/s。中班夜班風(fēng)量核算見(jiàn)表3，主扇各頻率段風(fēng)量實(shí)測(cè)見(jiàn)表4。

表3　中班夜班風(fēng)量核算

表4　主扇各頻率段風(fēng)量實(shí)測(cè)

依據(jù)重新核定的全礦需風(fēng)量365.16 m3/s，通過(guò)對(duì)幾個(gè)不同頻率總回風(fēng)進(jìn)行測(cè)定,當(dāng)頻率為30 Hz時(shí),2#風(fēng)井總回風(fēng)量為186 m3/s，兩條回風(fēng)井總風(fēng)量約370 m3/s，萬(wàn)噸配風(fēng)量為1.64 m3/s，滿足重新核定后的需風(fēng)量要求。針對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)實(shí)際情況，對(duì)4臺(tái)主扇運(yùn)轉(zhuǎn)頻率進(jìn)行調(diào)整，由于該礦井下漏風(fēng)較大，因此將30 Hz作為最低保障運(yùn)行頻率。具體運(yùn)行頻率見(jiàn)表5，調(diào)頻調(diào)整前后主扇月度能耗統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖1。

表5　調(diào)整前后各頻率段對(duì)照

圖1　2014年與2015年主扇能耗對(duì)照

從圖中不難看出，在風(fēng)量重新核定后對(duì)主扇運(yùn)行頻率進(jìn)行調(diào)整，能耗差距非常明顯，截止到2015年9月份統(tǒng)計(jì)，電耗同比節(jié)約262.94萬(wàn)kWh，本地區(qū)電費(fèi)為0.58元/kWh，前9個(gè)月電費(fèi)節(jié)約152.5萬(wàn)元，預(yù)計(jì)全年電費(fèi)節(jié)約超過(guò)200萬(wàn)元。

3降低總風(fēng)阻經(jīng)濟(jì)性分析

該礦為負(fù)壓通風(fēng)，回風(fēng)段總風(fēng)阻占全礦風(fēng)阻的40%以上。通過(guò)分析，確定1 690 m中段2#風(fēng)井倒段巷道具備良好的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化的潛力。

此處巷道斷面過(guò)小，經(jīng)濟(jì)斷面有兩種方案：在現(xiàn)有巷道斷面上刷擴(kuò)，巷道刷擴(kuò)見(jiàn)表6；利用現(xiàn)有老舊巷道進(jìn)行構(gòu)筑物調(diào)節(jié)，形成并聯(lián)雙巷，巷道刷擴(kuò)見(jiàn)表7。

表6　2#風(fēng)井1 690 m倒段擴(kuò)刷巷道經(jīng)濟(jì)斷面計(jì)算

注：電費(fèi)為0.58元/kWh；刷擴(kuò)費(fèi)為350元/m3。

表7　2#風(fēng)井1 690 m倒段并聯(lián)雙巷經(jīng)濟(jì)斷面計(jì)算

注：電費(fèi)為0.58元/kWh；工程費(fèi)為350元/m3。

通過(guò)2個(gè)方案對(duì)比不難看出，方案2在運(yùn)行成本上更加有利，由于此段巷道為永久巷道,經(jīng)濟(jì)效益將伴隨整個(gè)礦山生命周期。

4結(jié)論

①通過(guò)采取上述兩項(xiàng)措施對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整，年功耗大大降低，有效節(jié)省了電費(fèi)；②通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)往往以礦山巔峰產(chǎn)能為設(shè)備選型依據(jù)，較多礦山極少能夠達(dá)到最終設(shè)計(jì)產(chǎn)能，因此配風(fēng)量偏大較多，重新核定后產(chǎn)生較為理想的能耗節(jié)約空間；③在系統(tǒng)優(yōu)化過(guò)程中往往忽略巷道斷面的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化，無(wú)論是新建礦井還是已有礦井，往往都存在巷道經(jīng)濟(jì)性斷面分析不足的問(wèn)題，如礦井為負(fù)壓通風(fēng)，井巷的經(jīng)濟(jì)性往往需要較多考慮回風(fēng)段風(fēng)路；④鑒于礦山的生產(chǎn)作業(yè)規(guī)律，在循環(huán)班次內(nèi)靈活調(diào)整主扇運(yùn)行頻率，具有較大的節(jié)能效率。

參考文獻(xiàn)

[1]江西理工大學(xué).巴彥淖爾西部銅業(yè)有限公司獲各琦銅礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究報(bào)告[R].贛州：江西理工大學(xué),2007.

[2]吳超，王文才，王海寧，等．礦井通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)[M]．長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2008．

[3]胡漢華．礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)-原理、方法與實(shí)例[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

(收稿日期2015-10-27)

于廣鵬(1986—)，男，工程師，015000 內(nèi)蒙古巴彥淖爾市解放路2號(hào)。