礦用通風機設備選型設計及應用

劉 偉

（山西平舒煤業(yè)有限公司通風部， 山西 晉中 045400）

引言

礦井風機是保障井下安全生產(chǎn)的主要通風機械，屬一級負荷，主通風機運行正常與否、運轉(zhuǎn)效率的高低，直接關(guān)系到礦井的高效生產(chǎn)、人員的生命安全、設備的電力消耗及開采的生產(chǎn)成本。因此，應該嚴格按照煤炭安全生產(chǎn)規(guī)程，遵守煤礦井下安全通風量及風速的規(guī)定選擇通風機。一般在設計煤礦礦井設備時，通風機的容量按煤礦生產(chǎn)后期的用風量進行選擇。由于傳統(tǒng)風機的控制方式使得風機長期處于全功率運行，造成大量電能浪費，因此，正確對礦用主通風機進行選型設計對礦山的節(jié)能降耗和安全高效生產(chǎn)具有十分重要的意義[1-2]。

1 礦井狀況

山西某礦礦產(chǎn)資源豐富，開采技術(shù)條件較好，生產(chǎn)能力可達1.2 Mt/年。該礦現(xiàn)開采2號煤層二采區(qū)，采用傾斜長壁采煤方法。目前礦井共劃分為2個采區(qū)，其中一采區(qū)已回采完畢，正在開采二采區(qū)，井下共布置一個回采工作面和兩個掘進工作面。礦井采用中央分列式通風，通風方法為機械抽出式通風。該礦已有的主通風機是型號為FBCDZ-6-No18B型的風機，其風量范圍為49.2～76 m3/s，風壓范圍為1 085～3 100 Pa。經(jīng)簡單計算，礦井總需風量為85 m3/s，該風機風量已不能滿足該礦的通風要求。因此，需對主通風機進行重新選型，以便為礦井日后的安全高效生產(chǎn)提供一定的保障[3]。

2 礦井通風風壓及等積孔計算

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》和《煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范》規(guī)定，按井下同時工作的最多人數(shù)和用風地點實際需要風量的總和分別計算，并選取其中最大值。計算過程不加贅述，最終礦井總進風量取85 m3/s，其中主斜井進風量為30 m3/s，副斜井進風量為40 m3/s，行人斜井進風量為15 m3/s。

2.1 風阻h

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

式中：H為礦井阻力，mmH2O；L為井巷長度，m；α為摩擦阻力系數(shù)；P指井巷凈斷面周長，m；Q為通過井巷的風量，為85 m3/s。S為井巷凈斷面積，m2；R為井巷摩擦風阻，容易時期取0.025 9 N·s2/m8，困難時期取0.029 7 N·s2/m8；h局為局部通風阻力，容易時期取值為28.044mmH2O，困難時期取值為32.154mmH2O。

本次風機選型對礦井通風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。經(jīng)計算，礦井通風容易時期的通風總阻力為215.001 mmH2O，換算后為2 107.00 Pa；礦井通風困難時期的通風總阻力為246.514mmH2O，換算后為2415.84Pa。

2.2 等積孔面積A

式中：A為礦井等積孔面積，m2；Q為礦井總風量，m3/s；h為通風總阻力，Pa，分為容易時期和困難時期，對應的等積孔也分為容易時期和困難時期。則計算 A容易為 2.2 m2；A困難為 2.05 m2。

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

3 風機選型計算

3.1 扇風機風量Q

式中：Qf為主要通風機通風量，m3/s；Q總為礦井總需風量，m3/s；k為通風設備漏風系數(shù)，取1.1。經(jīng)計算得Qf=93.5 m3/s。

3.2 確定扇風機所需全壓H

式中：△h為通風設備阻力損失（包括風硐損失），取150 Pa；hz為自然風壓，因進、出風井井口標高相差不大，故不計自然風壓；hmin與hmax分別為容易時間和困難時間的風阻，2.1節(jié)可知hmin=2 107.0 Pa，hmax=2 415.8 Pa。經(jīng)計算得 Hmin=2 257.0 Pa，Hmax=2 565.8 Pa。

根據(jù)通風機的風量和靜壓，本次設計選用FBCDZ-6-NO21B型風機，配套電機為YBFe355-6，功率 280 kW×2，660 V。

3.3 扇風機選擇及工況點

最大、最小網(wǎng)路阻力系數(shù)：Rmin=0.258；Rmax=0.293。

風機網(wǎng)路特性征曲線方程：Hmin=Rmin=0.258；Hmax=Rmax=0.293。

將網(wǎng)路特性曲線方程置于所選風機性能曲線上，其交點即所求工況點，見圖1。選擇兩臺FBCDZ-6-NO21B型風機，一臺工作，一臺備用。

圖1 扇風機FBCDZ-6-№21B性能曲線圖

3.4 預選電機

式中：K為備用系數(shù)，取1.2；ηc為傳動效率，直接傳動時，ηc取 1；η1、η2為通風機工作效率。容易時期葉片角度為46°/38°，困難時期通風機葉片角度46°/38°。設計選用兩臺FBCDZ-6-№21B型風機，一臺工作，一臺備用。選用風機配套電機YBFe355-6，功率為 280 kW×2，轉(zhuǎn)速為 980 r/min，電壓為660 V，能夠滿足礦井通風要求[4]。

4 通風機配電、監(jiān)控及反風措施

本通風機采用廠家配套異步防爆電動機，電動機額定功率為2×280 kW，電壓為660 V。

風井場地建有通風機變電所，現(xiàn)狀為兩回6 kV電源均引自礦井35 kV變電站6 kV側(cè)不同母線段，架空線型號為LGJ-120 mm2，長約2.3 km，變電所設有12臺KYN28-12Z型戶內(nèi)金屬鎧裝移開式開關(guān)設備，安裝2臺S9-315/6 6/0.69 kV 315 kVA油浸式動力變壓器，低壓配電安裝有6臺GGD2型交流低壓固定式開關(guān)柜。

本次主通風機更換，設備電機功率增大，已有變電所供電能力不足，需對變電所進行改造。本次選型設計利用已有兩回電源，線路電壓損失為1.56%，能夠滿足供電要求。更換2臺變壓器，新選2臺S11-800/66/0.69kV 800kVA油浸式動力變壓器，變壓器至低壓配電柜上線改為母線橋架上線方式。鑒于主通風機設備電機功率較大，直接啟?？刂评щy，設計采用一拖一變頻調(diào)速實現(xiàn)風機軟啟動。經(jīng)試用，完全可以滿足該礦通風的要求。通風機在線監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能有：實時監(jiān)測通風系統(tǒng)參數(shù)、通風機性能參數(shù)、電機電氣參數(shù)、軸承溫度、電機振動、數(shù)據(jù)管理、報表管理、性能測試、遠程通訊等[5-6]。

該通風機設備采用斷電停機后電機反轉(zhuǎn)的方式進行反風，反風風量大于正常風量的40%、反風功率小于額定功率，啟動反風時間小于10 min，滿足有關(guān)規(guī)程、規(guī)范的要求。

5 結(jié)論

本次設計選用兩臺FBCDZ-6-No21B型軸流式風機，一臺工作，一臺備用，配用YBFe355-6型防爆電動機，功率為2×280kW、電壓為660 V、轉(zhuǎn)速為980 r/min、風量 65-130 m3/s、負壓 1 300～4 141 Pa。該礦井更換主通風機后通風良好，為礦井日后的生產(chǎn)提供了保障。