煤礦通風(fēng)機設(shè)備選型設(shè)計及應(yīng)用*

張麗華

(柳林縣煤炭工業(yè)局， 山西 呂梁　033300)

0　引　言

礦井通風(fēng)是整個礦井安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，主通風(fēng)機運行正常與否、運轉(zhuǎn)效率的高低，直接關(guān)系到礦井的高效生產(chǎn)、勞動人員的生命安全、設(shè)備的電力消耗及開采的生產(chǎn)成本。因此，應(yīng)該嚴(yán)格按照煤炭安全生產(chǎn)規(guī)程，遵守煤礦井下安全通風(fēng)量及風(fēng)速的規(guī)定，選擇通風(fēng)機。一般在煤礦礦井設(shè)備設(shè)計時，通風(fēng)機的容量按煤礦生產(chǎn)后期的用風(fēng)量進行選擇。由于傳統(tǒng)風(fēng)機的控制方式，使得風(fēng)機長期處于全功率下運行，造成大量電能浪費。因此，正確對礦用主通風(fēng)機進行選型設(shè)計，對礦山的節(jié)能降耗和安全高效生產(chǎn)，具有十分重要的意義。針對曹家山煤礦進行風(fēng)機選型設(shè)計，通過計算礦井通風(fēng)參數(shù)，選擇合適的風(fēng)機型號。

1　礦井狀況

曹家山煤礦位于柳林國家規(guī)劃礦區(qū)柳林南區(qū)東北部，生產(chǎn)能力為0.9 Mt/a。礦井內(nèi)可采煤層有4號、8上號、9號、10號煤層，4號煤頂板底板均為為泥巖、砂質(zhì)泥巖。9號煤層頂?shù)装寰鶠槟鄮r。8上號煤層頂板為石灰?guī)r，底板為泥巖。10號煤層頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖，底板為泥巖。

礦井現(xiàn)開采8上號、9號煤，以主水平一采區(qū)和二采區(qū)進行配采，主水平一采區(qū)8上號煤層布置有兩個80102掘進工作面，主水平二采區(qū)布置有一個90201綜采工作面。礦井以9號煤層和8上號煤層配采，達到礦井的90萬噸/年的生產(chǎn)能力。礦井為低瓦斯礦井，礦井采用中央并列式通風(fēng)系統(tǒng)，主、副斜井進風(fēng)，回風(fēng)立井回風(fēng)。礦井通風(fēng)方式采用機械抽出式?，F(xiàn)對本礦井進行通風(fēng)量計算，選擇合適的礦用主通風(fēng)機。

2　礦井通風(fēng)風(fēng)壓及等積孔計算

本礦井主斜井井口標(biāo)高為+890.995 m，副斜井井口標(biāo)高為+890.995 m，回風(fēng)立井井口標(biāo)高為+915.835 m，進、出風(fēng)井井口的最大標(biāo)高差為24.84 m，在150 m范圍以內(nèi); 主斜井垂深為143.305 m，副斜井垂深為141.695 m，回風(fēng)立井垂深131.835 m，垂深均小于400 m，因此本礦井不需要計算礦井的自然風(fēng)壓。

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》和《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，按井下同時工作的最多人數(shù)和用風(fēng)地點實際需要風(fēng)量的總和分別計算，并選取其中最大值。計算過程不加贅述，經(jīng)計算，礦井總需風(fēng)量為110 m3/s，設(shè)計主斜井進風(fēng)50 m3/s，副斜井進風(fēng)60 m3/s，回風(fēng)立井回風(fēng)110 m3/s。將礦井總進風(fēng)量分配到井下各用風(fēng)地點，具體配風(fēng)詳見表1。

2.1　風(fēng)　阻

選擇礦井通風(fēng)最容易和最困難的兩個時期通風(fēng)阻力最大的風(fēng)路分別進行阻力計算，其計算公式如下：

礦井通風(fēng)負壓采用下式計算：

H=∑αLPQ2/s3+h1=∑RQ2+h1

(1)

式中：H為礦井通風(fēng)總阻力，Pa；α為井巷摩擦阻力系數(shù)，N·s2/m4；L為井巷長度，m；P為井巷凈斷面周長，m；Q為通過井巷的風(fēng)量，m3/s；s為井巷凈斷面面積，m2；h1為局部阻力，h1=15%·H，Pa。

經(jīng)計算，通風(fēng)容易時期負壓為817.11 Pa，通風(fēng)困難時期負壓為2 026.93 Pa。本次風(fēng)機選型對礦井通風(fēng)容易時期和困難時期分別進行了阻力計算，局部阻力系數(shù)按15%計。

表1　礦井通風(fēng)用風(fēng)點風(fēng)量分配表

2.2　等積孔

等積孔計算：

(2)

式中：A指礦井等積孔，m2；Q為礦井總風(fēng)量，m3/s；h為負壓，Pa。

經(jīng)計算，礦井通風(fēng)容易時期等積孔為6.20 m2，通風(fēng)困難時期等積孔為3.22 m2。

由上可知，礦井通風(fēng)容易時期和困難時期的等積孔均大于2 m2，礦井通風(fēng)阻力屬小阻力礦井，礦井通風(fēng)難易程度屬容易。

3　風(fēng)機選型計算

3.1　扇風(fēng)機風(fēng)量計算

Qf=kQ=110×1.1=121 (m3/s)

(3)

式中：Qf為主要通風(fēng)機通風(fēng)量，m3/s；Q為礦井總需風(fēng)量，m3/s；k為通風(fēng)設(shè)備漏風(fēng)系數(shù)，取1.1。

3.2　確定扇風(fēng)機所需全壓

Hmin=hmin+Δh-hz=817.11+150

=967.11 (Pa)

(4)

Hmax=hmax+Δh+hz=2 026.93+150

=2 176.93 (Pa)

(5)

式中：Δh指通風(fēng)設(shè)備阻力損失(包括風(fēng)硐損失)，取150 Pa；hz為自然風(fēng)壓；因進、出風(fēng)井井口標(biāo)高相差不大，故不計自然風(fēng)壓。

FBCDZ№28型風(fēng)機兩臺，一臺工作，一臺備用。每臺風(fēng)機均配2臺YBF630-8型電機, 功率400 kW×2,電壓10 kV, 轉(zhuǎn)速740 r/min。礦井8上號煤層與9號煤層配采，井下需風(fēng)量、通風(fēng)負壓發(fā)生變化，需對現(xiàn)有通風(fēng)設(shè)備進行校驗。

3.3　校驗計算

(1) 通風(fēng)機設(shè)備需要產(chǎn)生的風(fēng)量和風(fēng)壓

① 通風(fēng)機需要產(chǎn)生的風(fēng)量

QB=kQ1=115.50 m3/s

(6)

式中：k為通風(fēng)設(shè)備的漏風(fēng)系數(shù)，k=1.05。

② 通風(fēng)機需要產(chǎn)生的負壓

HX=hk+hzh+hzr+hxs+hd

(7)

式中：HX為主通風(fēng)機必需負壓(Pa)；hk為礦井計算負壓(Pa)；hzh為通風(fēng)裝置及風(fēng)道阻力損失(Pa)取200 Pa；hzr為礦井自然風(fēng)壓(Pa)，若hk已計入，則hzr為零；hxs為消聲裝置阻力損失(Pa)由廠家提供，取100 Pa；hd為擴散器的動壓損失(Pa)。

通風(fēng)容易時期：Hmin=1 117.11 Pa；通風(fēng)困難時期：Hmax=2 326.93 Pa。

根據(jù)所需風(fēng)量和負壓，現(xiàn)有FBCDZ№28型礦用防爆對旋軸流式通風(fēng)機2臺，其中一臺工作，一臺備用；每臺風(fēng)機配套2臺YBF630-8型礦用隔爆型電動機,功率400 kW×2,電壓10 kV, 轉(zhuǎn)速740 r/min。容易時期通風(fēng)設(shè)備單機運行，困難時期正常運行；可以滿足要求。

(2) 管網(wǎng)阻力系數(shù)的計算

通風(fēng)容易期等效網(wǎng)絡(luò)風(fēng)阻：R容易=0.083 74

風(fēng)困難期等效網(wǎng)絡(luò)風(fēng)阻：R困難=0.174 43

(3) 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)特性方程式

通風(fēng)容易期H=0.08374Q2

風(fēng)困難期H=0.17443Q2

根據(jù)圖1中通風(fēng)機特性曲線，得風(fēng)機運行工況點M1、M2。運行工況點的參數(shù)見表2。

圖1　通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)特性曲線圖

表2　風(fēng)機運行工況點的參數(shù)表

4　電動機功率計算

電動機功率：

(8)

式中：ηc為傳動效率，取ηc=0.98；K為電動機富裕系數(shù)，取K=1.3。

容易時期電機功率：Nmin=223.76 kW

困難時期電機功率：Nmax=497.21 kW

經(jīng)計算每臺風(fēng)機配套2臺YBF630-8型電機, 功率400 kW×2,電壓10 kV, 轉(zhuǎn)速740 r/min。單、雙機運行都滿足要求。

經(jīng)礦井試用，已證明現(xiàn)有通風(fēng)設(shè)備可以滿足本次設(shè)計要求。

5　結(jié)　論

根據(jù)以上理論分析計算及校驗，對曹家山煤礦風(fēng)機進行選型設(shè)計，得到以下結(jié)論：

礦井總進風(fēng)量為110 m3/s；礦井通風(fēng)容易時期的通風(fēng)總阻力為817.11 Pa；礦井通風(fēng)困難時期的通風(fēng)總阻力為2 026.93 Pa；容易時期和困難時期的等積孔均大于2 m2，礦井通風(fēng)阻力屬小阻力礦井，礦井通風(fēng)難易程度屬容易；本次設(shè)計選用兩臺FBCDZ№28型風(fēng)機，一臺工作，一臺備用，每臺風(fēng)機均配2臺YBF630-8型電機，功率400 kW×2，電壓10 kV，轉(zhuǎn)速740 r/min。

通過校驗計算及現(xiàn)場試用，已證明現(xiàn)有通風(fēng)設(shè)備可以滿足本次設(shè)計要求。