井下通風、排水及壓縮空氣設備選型設計

邊志雄

（霍州煤電集團洪洞億隆煤業(yè)有限責任公司，山西 洪洞 041600）

井下通風與排水系統的可靠性是保證井下安全生產的重要因素之一，通風與排水設備應有足夠的能力，使得井下瓦斯含量、空氣含量、積水量保持在可控的安全范圍之內，同時井下工作面需要使用壓縮空氣來提供動力供采掘設備進行作業(yè)，壓縮設備的選型對井下工作面設備的效率也有著重要影響。因此，有必要對井下通風、排水、壓縮空氣設備進行選型設計，以使井下開采達到安全高產的效果。

1 工程概況

霍州煤電集團洪洞億隆煤業(yè)礦區(qū)面積6.0834km2，批采1號煤層。1號煤層位于山西組上部，上距K8砂巖間距為1.50～10.00m，平均4.75m，煤層厚度0.30～1.85m，平均1.48m，煤層頂板以粉砂巖、泥巖為主，底板以泥巖為主，為大部可采的穩(wěn)定煤層。礦井采用分區(qū)抽出式通風方式，在+1100m井底水平設置礦井主排水泵房，排水管路沿軌道下山和主平硐敷設到地面，主平硐井口標高+1365.00m。井下排水按要求處理后作為礦井生產用水。

2 通風設備選型設計

2.1 設計依據

礦井風量：容易時期50m3/s。礦井負壓：容易時期443.33Pa，困難時期571.16Pa。通風機FBCZ-6-No18B型已經安裝使用。

2.2 設備選型方案比較

2.2.1 風量、靜壓計算

風量：Q=1.05×50=52.5m3/s。

靜壓：容易時期H1=433.33+20×9.8=640Pa；

困難時期H2=571.16+20×9.8=768Pa。

2.2.2 通風機選型

選用FBCZ-6-№18A型軸流通風機兩臺，該風機已經安裝并投入運行，通風機特性曲線見圖1。

通風網路曲線方程：Hmin=0.2322Q2，Hmax=0.2786Q2。通風機運行工況如下：容易時期，Q1=52.5m3/s，H1=640Pa，β1=24°，η1=80%，軸功率N1=42kW；困難時期，Q2=52.5m3/s，H2=763Pa，β2=25°，η2=76%，軸功率N2=53kW。

圖1 FBCZ-6-№18A型通風機運行特性曲線圖

2.2.3 年電耗計算

2.2.4 百萬立方米帕功耗計算

容易時期：

困難時期：

2.3 反風措施

通風機反風時的特性曲線見圖2，通風機反風時的風量、負壓：

Q1=80m/s為正常風量的58%，H1=580Pa，η1=61%。

Q2=80m/s為正常風量的58%，H1=720Pa，η1=69%。

通風機反風時的電動機功率：

2.4 通風機電控形式

通風機的電控設備選用RNB6090型低壓變頻柜2臺。在通風機廣場設置6/0.4kV變電站，設置S11-M-200/6 6/0.4kV 型電力變壓器2臺、GGD2型低壓配電柜5臺向通風機、風門蝶閥、照明及黃泥灌漿站分配電源。

圖2 FBCZ-6-№18A型通風機反風特性曲線圖

3 排水設備

3.1 設計依據

礦井正常涌水量52.5m3/h，礦井最大涌水量61.9m3/h，排水高度279m。

3.2 設備選型

3.2.1 水泵的選擇

選用MD155-67×5型礦用離心式排水泵3臺。

3.2.2 排水管路

（1）排水管徑

（2）壁厚計算

經計算，排水管路選用Φ194×8型無縫鋼管二趟，吸水管選用Φ273×8型無縫鋼管。

3.2.3 管網曲線方程

（1）排水管揚程損失

新管：Haf=60m；舊管：1.7×60=102m。

（2）吸水管中揚程損失

Hsf=0.2m。

3.2.4 水泵運行特性曲線和工況點

H新=56.8+0.000501Q2

H舊=56.8+0.000851Q2

水泵運行工況特性曲線見圖3。

圖3 MD155-67×5型水泵單級運行特性曲線圖

工況點：新管Q1=148m3/h，H1=68×5=340m，η1=74%

舊管Q2=132m3/h，H2=72×5=360m，η2=77%

3.2.5 電動機選型計算

電動機功率計算

選用YB23553-2型防爆電動機，每臺水泵配1臺。

3.2.6 排水能力

正常涌水時排水時間為12.3h，最大涌水時排水時間為7h。主排水系統見圖4。

圖4 主排水系統圖

3.2.7 年電耗

噸水百米電耗：

3.3 配電及控制

主變電所以6kV電壓向3臺220kW主排水泵供電。

4 壓縮空氣設備

4.1 設計依據

本礦井井下礦井用氣設備情況如下：

氣腿式鑿巖機 ：ZY-24型2臺，每臺耗氣量2.8m3/min；

風鎬：G-10型4臺，每臺耗氣量1.2m3/min；

錨桿打眼機：MGJ-Ⅱ型3臺，每臺耗氣量3.1m3/min；

砼噴射機：轉子Ⅱ型2臺，每臺耗氣量5～8m3/min。

4.2 壓縮空氣站位置設置

壓縮空氣站位置選擇方案：目前國內常用的有地面固定式壓縮空氣站及井下移動式壓縮空氣站兩種布置方案。根據國家安全監(jiān)管總局文件要求，在地面設置空壓機房，與制氮機房聯合建筑，壓風管由平硐敷設到井下。

4.3 礦井總用氣量計算

礦井總用氣量計算如下：

（1）按井下最大班人數的用氣量

（2）井下各掘進工作面用氣總量

Q2=1.2×1.15×1.04×(2.8×1+1.2×3×0.9+3.1×3×0.9+8）=31.8m3/min

式中：

1.2-管路漏風系數；

1.15-風動工具機械磨損耗氣量增加系數；

1.04-海拔高度修正系數。

4.4 空氣壓縮機設備選型方案

選用風冷式螺桿空氣壓縮機可以節(jié)省水冷系統一套設備，節(jié)約用水，故選用螺桿式空氣壓縮機。其與傳統活塞式壓縮機技術經濟比較見表1。

4.5 空氣壓縮設備選型

根據礦井總用氣量為41.2m3/min，地面空壓站選用SRC-330SA型螺桿式空壓機2臺，礦井地面設ZSN-400D型制氮機400m3/h兩臺，配套空氣壓縮機，110kW，風冷一臺，與礦井空氣壓縮機布置在同一機房內；地面空壓機采用聯合控制，根據用氣量的變化操控相應數量的設備，起到節(jié)能降耗作用。

表1 壓風設備選型比較表

4.6 配電與控制

礦井配備250kW、380V空壓機2臺，110kW、380V制氮機2臺。壓風機、制氮機安裝在同一廠房內。從變電所6kV高壓不同母線段以YJV22-3.6/6 3×25型電纜各引接一回6kV電源為2臺壓風機的電源。從變電所0.4kV低壓不同母線段以VV22-0.6/1 3×95+1×50型電纜各引接一回0.4kV電源為2臺制氮機的電源。壓風機啟動設備采用壓風機生產廠配套的起動設備。制氮機選用JJR1115型軟啟動器起動。壓風機、制氮機的風冷電機的電源從制氮機的二回低壓電源各分接一回。設置一臺XL-21型低壓動力配電箱向壓風機、制氮機的風冷電機分配低壓電源。

5 結論

（1）依據井下通風方式及瓦斯含量對井下通風設備進行了選型設計，主要包括電動機的選型、年耗電量的計算，并給出了進行反風時的通風機工作特性以及通風機的電控形式。

（2）對井下排水設備和壓縮空氣設備進行了選型設計，主要包括水泵的選擇、排水管路、電動機、排水能力驗算、壓縮空氣站位置、壓縮設備選型、配電與控制等。