不連溝煤礦主通風(fēng)機改造技術(shù)實踐

摘 要： 不連溝煤礦主通風(fēng)機改造項目采用不停電不停風(fēng)不停產(chǎn)技術(shù)，逐臺更換，為了確保礦井在改造期間安全、穩(wěn)定運行，特編制了單風(fēng)機運行安全技術(shù)措施、主通風(fēng)機更換施工安全技術(shù)措施、更換主通風(fēng)機專項應(yīng)急預(yù)案等，為同類礦井主通風(fēng)機改造提供了借鑒經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：主通風(fēng)機 不停風(fēng) 改造技術(shù)

中圖分類號：TD441 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）06-0284-02

一、概述

不連溝礦井位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗準(zhǔn)格爾煤田最北部，井田面積33.2114km2，2011年正式投生，設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模10.0Mt/a，采用主斜井、副斜井和進(jìn)風(fēng)立井入風(fēng)，回風(fēng)立井回風(fēng)，總?cè)搿⒒仫L(fēng)量為180m3/s，通風(fēng)方式中央分列式，通風(fēng)方法采用機械抽出式。2012年產(chǎn)能重新核定為15.0Mt/a，根據(jù)生產(chǎn)接續(xù)情況，礦井風(fēng)量需求將達(dá)到210m3/s左右。目前使用的FBCDZ-8-№32/2×355kW型風(fēng)機實際最大供風(fēng)量200m3/s，工作面搬家用風(fēng)緊張時，需要暫停1～2個掘進(jìn)工作才能滿足用風(fēng)點風(fēng)量要求。因此，在不改變井巷現(xiàn)狀的條件下，為提高礦井主通風(fēng)機安全系數(shù)，更換現(xiàn)有主通風(fēng)機，以滿足礦井通風(fēng)需求。

二、改造前通風(fēng)系統(tǒng)狀況

1.通風(fēng)系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

不連溝礦井通風(fēng)系統(tǒng)為混合式通風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)方法為抽出式。入風(fēng)井為主斜井、副斜井、進(jìn)風(fēng)立井，回風(fēng)井為回風(fēng)立井，主斜井入風(fēng)量30m3/s，副斜井入風(fēng)量90m3/s，進(jìn)風(fēng)立井入風(fēng)量60m3/s，回風(fēng)立井回風(fēng)180m3/s。如保持更換通風(fēng)機后井巷斷面不變，進(jìn)風(fēng)井筒合計入風(fēng)量最大值為449.2m3/s，回風(fēng)井筒回風(fēng)量最大值為226.4 m3/s，回風(fēng)立井的回風(fēng)能力制約了礦井總風(fēng)量，更換通風(fēng)機后，礦井總風(fēng)量不能超過226.4 m3/s。在礦井主工業(yè)場地內(nèi)建有主斜井、副斜井，風(fēng)井工業(yè)場地內(nèi)建有回風(fēng)立井和進(jìn)風(fēng)立井。

2.主通風(fēng)機主要技術(shù)參數(shù)

風(fēng)井工業(yè)廣場安裝了兩臺FBCDZ-8-№32/2×355kW型防爆對旋軸流式通風(fēng)機兩臺，一臺工作，一臺備用。配備電機型號為YBF560-8，功率為2×355kW，電機轉(zhuǎn)速740r/min，供電電壓10KV，風(fēng)機額定風(fēng)量100-208m3/s，實際最大供風(fēng)量為198.8m3/s，負(fù)壓為2055.5Pa，風(fēng)機運轉(zhuǎn)良好。

3.礦井風(fēng)量情況

按照生產(chǎn)接續(xù)計劃，根據(jù)《煤礦通風(fēng)能力核定標(biāo)準(zhǔn)》提供的風(fēng)量計算公式，按各采掘工作面、硐室及其他用風(fēng)巷道等用風(fēng)地點分別進(jìn)行計算，礦井總風(fēng)量應(yīng)保證各個用風(fēng)地點的可靠供風(fēng)。

Q總≥（∑Q采+∑Q掘+ ∑Q硐+∑Q備+∑Q其他）×K礦通（ m3/min）

式中：Q總—礦井需風(fēng)量，m3/min；

Q采—采煤工作面實際需風(fēng)量，m3/min；

Q掘—掘進(jìn)工作面實際需風(fēng)量，m3/min；

Q硐—硐室實際需風(fēng)量，m3/min；

Q備—備用工作面實際需風(fēng)量，m3/min；

Q其他—其它用風(fēng)巷道實際需風(fēng)量，m3/min；

K礦通—礦井通風(fēng)系數(shù)，（抽出式取1.2）。

3.1礦井總風(fēng)量

根據(jù)生產(chǎn)接續(xù)計劃分析，回采工作面未進(jìn)入三盤區(qū)前井下需風(fēng)量最大時，采掘工作面共有2個采煤面、2個備采面、2個連掘工作面和3個綜掘工作面?？傂栾L(fēng)量計算詳見表2.3.1。最終確定更換通風(fēng)機后礦井總風(fēng)量為220m3/s。

3.2礦井風(fēng)量分配

最終確定總風(fēng)量為220m3/s，主斜井30m3/s，副斜井100m3/s，進(jìn)風(fēng)立井入風(fēng)90m3/s，回風(fēng)立井回風(fēng)220m3/s。井下用風(fēng)點風(fēng)量分配情況詳見表2-3-2。

4.主通風(fēng)機改造的必要性及改造方案

4.1主通風(fēng)機改造的必要性

2014年不連溝礦井通風(fēng)能力核定，結(jié)果為滿足15.0Mt/a生產(chǎn)能力要求。雖然本井的采煤工作面生產(chǎn)能力、提升能力、井巷的通風(fēng)能力等均能夠滿足安全和產(chǎn)能要求，但是通風(fēng)機能力已接近臨界上限值，夏季出現(xiàn)高溫天氣時，電機溫度偏高，存在一定的安全隱患。為了提高通風(fēng)系統(tǒng)的安全性，更換現(xiàn)有回風(fēng)立井通風(fēng)機勢在必行。

4.2主通風(fēng)機改造方案

通風(fēng)系統(tǒng)改造后，礦井總通風(fēng)量需達(dá)到220m3/s，仍然利用礦井現(xiàn)有的4個井筒通風(fēng)，其中：副斜井入風(fēng)量100m3/s，主斜井入風(fēng)量30m3/s，進(jìn)風(fēng)立井入風(fēng)量90m3/s；回風(fēng)立井回風(fēng)220m3/s。考慮海拔修正系數(shù)、通風(fēng)網(wǎng)路漏風(fēng)系數(shù)、通風(fēng)裝置及空氣加熱室的附加阻力損失等因素后，主通風(fēng)機必須產(chǎn)生的風(fēng)量和負(fù)壓為：容易時期220m3/s，2225.3Pa ；困難時期220m3/s，2852.8Pa 。經(jīng)初驗礦井現(xiàn)用的FBCDZ-8-№32型防爆對旋軸流式通風(fēng)機能力不足，需對通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行改造。

根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)改造后主通風(fēng)機必須產(chǎn)生的風(fēng)量和負(fù)壓，設(shè)計考慮了兩套通風(fēng)設(shè)備改造方案：

一方案：保留原風(fēng)機葉輪及殼體，僅更換電機并提高風(fēng)機轉(zhuǎn)速。原FBCDZ-8-№32風(fēng)機配2×355kW、10kV、740r/min電機，改造后將風(fēng)機電機更換為2×710kW，10kV、980r/min電機，由于電機轉(zhuǎn)速提高，風(fēng)機能力有所提升，理論上可滿足改造要求。但是FBCDZ系列風(fēng)機電機為內(nèi)裝形式，更換電機需改造主機內(nèi)部結(jié)構(gòu)，改造工作量大、設(shè)備改造工期無法確定，雖然保留了原風(fēng)機主體部分，但仍需較高的改造費用。改造完成后，風(fēng)機長期處在超設(shè)計轉(zhuǎn)速運行狀態(tài)，影響風(fēng)機使用壽命。

二方案：更換主通風(fēng)機，現(xiàn)用風(fēng)機拆除后妥善封存，備用南風(fēng)井。礦井原主通風(fēng)機采用露天布置，沒有建風(fēng)機房，風(fēng)機采用滾輪安裝于軌道上。設(shè)計考慮利用現(xiàn)有的風(fēng)機基礎(chǔ)及風(fēng)道，減少土建改造工程量，縮短改造工期，新選風(fēng)機亦采用FBDCZ系列風(fēng)機。選用2臺FBDCZ-12-№36D型防爆對旋軸流式通風(fēng)機，其中1臺工作1臺備用，單臺風(fēng)機選用YBF-800S1-12型防爆電動機兩臺，2×710kW、10kV、470r/min，變頻調(diào)速。

經(jīng)以上分析比較，設(shè)計確定選用二方案，即更換主通風(fēng)機，新選用2臺FBDCZ-12-№36D型防爆對旋軸流式通風(fēng)機，其中1臺工作1臺備用，單臺風(fēng)機選用YBF-800S1-12型防爆電動機兩臺，2×710kW、10kV、470r/min，變頻調(diào)速。

5.主通風(fēng)設(shè)備選型

5.1設(shè)計依據(jù)

回風(fēng)立井容易時期風(fēng)量：220m3/s 回風(fēng)立井容易時期負(fù)壓：2225.3Pa

回風(fēng)立井困難時期風(fēng)量：220m3/s 回風(fēng)立井困難時期負(fù)壓：2852.8Pa

風(fēng)機工作海拔： +1273m；

5.2設(shè)備選型計算

5.2.1風(fēng)機需產(chǎn)生的風(fēng)量和負(fù)壓

容易時期風(fēng)量： Q=1.05×220=231m3/s；

容易時期負(fù)壓： h1=1.108×（2225.3+300）=2798Pa

困難時期風(fēng)量： Q=1.05×220=231m3/s；

困難時期負(fù)壓： h2=1.108×（2852.8+300）=3493Pa

式中：1.108——海拔修正系數(shù)；

1.05——漏風(fēng)系數(shù)；

300——通風(fēng)裝置及空氣加熱室的附加阻力損失。

5.2.2通風(fēng)機選型

根據(jù)計算，選用2臺FBCDZ-12-№36D型防爆對旋軸流式通風(fēng)機，其中一臺工作一臺備用，該風(fēng)機與現(xiàn)用風(fēng)機結(jié)構(gòu)形式相同，利用現(xiàn)有的風(fēng)機基礎(chǔ)及風(fēng)道。

按風(fēng)量和風(fēng)阻求出最小等效網(wǎng)路阻力系數(shù)R1和最大等效網(wǎng)路阻力系數(shù)R2。

R1=h1/Q2=2798/2312=0.0524

R2=h2/Q2=3493/2312=0.0655

根據(jù)網(wǎng)路特性曲線方程h=RQ2做出等效網(wǎng)路特性曲線投影到FBCDZ-12-№38D型風(fēng)機特性曲線上，得通風(fēng)容易、困難時期工況點見圖。

FBCDZ-12-№36 D運行性能曲線（2×710KW）

初期工況點M1： Q1=231m3/s；H1=2798Pa；η1=82%

后期工況點M2： Q2=231m3/s；H2=3493Pa；η2=85%

5.2.3電動機選型

根據(jù)以上計算，單臺風(fēng)機選用YBF-800S1-12型防爆電動機兩臺，2×710kW、10kV、470r/min，變頻調(diào)速。

該風(fēng)機反風(fēng)方式為電動機反轉(zhuǎn)反風(fēng)，不設(shè)反風(fēng)道，在各種條件下反風(fēng)量不小于正常風(fēng)量的40%。風(fēng)機配帶蝶閥、風(fēng)機性能在線監(jiān)測系統(tǒng)一套。

6.方案實施

在確保礦井不停風(fēng)停產(chǎn)的情況下，先更換1#風(fēng)機，2#風(fēng)機保持正常運轉(zhuǎn)，組織檢修人員對2#風(fēng)機及其電控進(jìn)行檢修，確保在更換1#風(fēng)機時，2#風(fēng)機能夠正常運行。先將控制1#風(fēng)機的高壓啟動柜、進(jìn)線柜、聯(lián)絡(luò)柜停電，更換電流互感器，安裝1#變頻器、控制系統(tǒng)，鋪設(shè)連接變頻器與原啟動柜電源線，安裝所需母線、接地引線等，鋪設(shè)在線監(jiān)測系統(tǒng)控制與操作臺連接電纜。

同時封閉1#風(fēng)硐，先將外側(cè)小風(fēng)門打開將物料運至風(fēng)門中間，然后將外側(cè)小風(fēng)門關(guān)閉，打開內(nèi)側(cè)小風(fēng)門將物料運至風(fēng)硐施工地點。墻體采用木板、枋子和風(fēng)筒，要求板閉必須打設(shè)牢固，確保嚴(yán)密不漏風(fēng)。緩慢打開被換風(fēng)機的蝶形閥，并觀察板閉是否堅固，如果發(fā)現(xiàn)板閉變形時，立即關(guān)閉蝶形閥，重新加固板閉，直至板閉堅固后方可全部打開蝶形閥進(jìn)行更換通風(fēng)機。

拆除1#風(fēng)機主機，風(fēng)機部件轉(zhuǎn)出場地，安裝1#主通風(fēng)機過渡接頭、偏心接頭、蝶閥、測試風(fēng)筒、進(jìn)氣筒、一級風(fēng)機、二級風(fēng)機、擴(kuò)壓筒、擴(kuò)壓式消聲器、擴(kuò)散塔等，待1#主通風(fēng)機安裝完成，經(jīng)過相應(yīng)技術(shù)測試后，切換至1#主通風(fēng)機，投入井下，用同樣方法更換2#主通風(fēng)機。

7.改造效果

改造完成后，通過現(xiàn)場觀察分析設(shè)備振動、噪聲、電壓、電流等各項參數(shù)均正常，葉片角度調(diào)整到0o，頻率調(diào)整到37Hz，風(fēng)量12087m3，靜壓1480Pa，動壓401Pa，全壓1090Pa，各項參數(shù)運行穩(wěn)定，在礦井不停風(fēng)停產(chǎn)的情況下，提前完成了主通風(fēng)機的更換。

三、結(jié)論

通過對不連溝煤礦主通風(fēng)機進(jìn)行改造，有效的緩解了礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全系數(shù)偏低，能力不足，電機溫度偏高等一系列安全隱患，為礦井產(chǎn)能提升奠定了基礎(chǔ)。

作者簡介：趙秉國（1985-），男，大學(xué)本科，助理工程師，現(xiàn)從事煤礦機電設(shè)備管理工作。