礦井雙風(fēng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

徐志強(qiáng)

（ 陜西有色榆林煤業(yè)有限公司，陜西 榆林719099）

通風(fēng)是礦井生產(chǎn)作業(yè)中的主要環(huán)節(jié)之一，通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化程度直接影響到煤礦安全生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，傳統(tǒng)的通風(fēng)管理系統(tǒng)局限性大，通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整過(guò)程中容易出現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)問(wèn)題，通風(fēng)阻力過(guò)大，對(duì)井下作業(yè)造成安全威脅，對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化是榆林煤業(yè)礦井的首要需要解決的問(wèn)題。鑒于此，榆林煤業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)用了礦井雙風(fēng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)通風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)效果明顯改善。

1 礦井通風(fēng)井及工作面簡(jiǎn)介

榆林煤業(yè)礦井井筒主要包括主斜井、副斜井、回風(fēng)斜井、一號(hào)進(jìn)風(fēng)立井和回風(fēng)立井。其中主、副斜井作為安全出口，兼做礦井的進(jìn)風(fēng)主井；回風(fēng)斜井和回風(fēng)立井主要用于回風(fēng)，兼做安全出口；一號(hào)進(jìn)風(fēng)立井具備礦井輔助進(jìn)風(fēng)和安全出口的功能。

按照礦井生產(chǎn)接續(xù)規(guī)劃，布置綜采面1 個(gè)、備采面1 個(gè)、連掘工作面3 個(gè)和綜掘工作面2 個(gè)。本次設(shè)計(jì)服務(wù)于綜采工作面在30109 進(jìn)行回采作業(yè)，30110 作為備采工作面進(jìn)行回采準(zhǔn)備工作，302 盤區(qū)泵房水倉(cāng)掘進(jìn)和30201 工作面三條順槽掘進(jìn)作業(yè)。待30109 工作面回采封閉完畢后，需對(duì)礦井風(fēng)量重新進(jìn)行計(jì)算與調(diào)整。

2 通風(fēng)方式和回路設(shè)計(jì)

礦井采用雙風(fēng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)通風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)方法均采用分區(qū)對(duì)角、抽出式通風(fēng)方式。礦井掘進(jìn)工作面利用局部通風(fēng)機(jī)對(duì)其進(jìn)行壓入式獨(dú)立供風(fēng)；井下變電所、泵房等硐室利用主通風(fēng)機(jī)負(fù)壓進(jìn)行獨(dú)立通風(fēng)。

通風(fēng)回路共包括7 條主要回路：

（1）主斜井、副斜井→3 號(hào)煤北膠運(yùn)大巷、3 號(hào)煤北輔運(yùn)大巷→30109 膠、輔運(yùn)順槽→30109 綜采工作面→30109 回風(fēng)順槽→3 號(hào)煤北回風(fēng)大巷→回風(fēng)斜井→地面。

（2）主斜井、副斜井→3 號(hào)煤北膠運(yùn)大巷、3 號(hào)煤北輔運(yùn)大巷→30109 膠、輔運(yùn)順槽→30110 備采工作面→30110 膠、輔運(yùn)順槽→30110 回風(fēng)措施巷→3 號(hào)煤北回風(fēng)大巷→回風(fēng)斜井→地面。

（3）副斜井→清水泵房→清水泵房通道→30101 回風(fēng)順槽→3 號(hào)煤北回風(fēng)大巷→回風(fēng)斜井→地面。

（4）主斜井、副斜井→3 號(hào)煤北膠運(yùn)大巷、3 號(hào)煤北輔運(yùn)大巷、二號(hào)輔運(yùn)大巷→二盤區(qū)主、副水倉(cāng)掘進(jìn)工作面→泵房管子道→中央回風(fēng)大巷→回風(fēng)立井→地面。

（5）主斜井、副斜井→3 號(hào)煤北膠運(yùn)大巷、3 號(hào)煤北輔運(yùn)大巷進(jìn)、二號(hào)輔運(yùn)大巷→中央輔運(yùn)大巷→30201 回風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面→30201 回風(fēng)順槽→中央回風(fēng)大巷→回風(fēng)立井→地面。

（6）主斜井、副斜井（進(jìn)風(fēng)立井）→3 號(hào)煤北膠運(yùn)大巷、3 號(hào)煤北輔運(yùn)大巷、二號(hào)輔運(yùn)大巷(中央輔運(yùn)大巷)→30201 膠輔運(yùn)順槽掘進(jìn)工作面→30201 輔運(yùn)順槽→中央回風(fēng)大巷→回風(fēng)立井→地面。

（7）進(jìn)風(fēng)立井→中央膠運(yùn)大巷→3 號(hào)煤北回風(fēng)大巷→中央回風(fēng)大巷→回風(fēng)立井→地面。

3 礦井通風(fēng)風(fēng)量設(shè)計(jì)

鑒于井下用風(fēng)工作面較多、用風(fēng)地點(diǎn)種類繁雜，設(shè)計(jì)風(fēng)量的計(jì)算方式包括兩種：（1）按井下同時(shí)作業(yè)最大人數(shù)計(jì)算方式；（2）按采煤、掘進(jìn)、硐室及其他地點(diǎn)實(shí)際需風(fēng)量總和計(jì)算方式。依據(jù)該兩種計(jì)算方式的最大值作為礦井設(shè)計(jì)總風(fēng)量。

3.1 井下同時(shí)作業(yè)最大人數(shù)方式計(jì)算

礦井總風(fēng)量Q=4×最大同時(shí)作業(yè)人數(shù)N（800 人）×通風(fēng)系數(shù)K（1.15）=3680m3/min≈61.3m3/s

3.2 按實(shí)際需風(fēng)量的總和計(jì)算

Q礦=（回采面需風(fēng)總量ΣQ采+掘進(jìn)面需風(fēng)總量ΣQ掘+獨(dú)立硐室需風(fēng)總量ΣQ硐+無(wú)軌膠輪車需風(fēng)總量ΣQ膠+ΣQ其他）×K，其中ΣQ其他按前四項(xiàng)總和的5%考慮。

3.2.1 回采面需風(fēng)總量

（1）按瓦斯涌出量計(jì)算：Q采=100×絕對(duì)瓦斯涌出量q采（0.33m3/min）×工作面瓦斯涌出不均勻系數(shù)Kc（1.5）=49.5m3/min≈0.825m3/s。按二氧化碳涌出量計(jì)算：Q采=67×絕對(duì)二氧化碳涌出量q采（1.12m3/min）×工作面瓦斯涌出不均勻系數(shù)Kc（1.5）=12.56m3/min≈2m3/s。取2m3/s。

（2）按工作面溫度計(jì)算：Q采=60×適宜風(fēng)速Vc（1.0m/s）×平均有效斷面Sc（18.96m2）×采高系數(shù)Kch（1.2）×長(zhǎng)度系數(shù)Kcl（1.35）=1843m3/min≈30.8m3/s。

（3）按工作面最大人員數(shù)量計(jì)算：Q采=4×同時(shí)工作的最多人數(shù)nc（400）4×40=160m3/min≈2.7m3/s

按(1)、(2)、(3)項(xiàng)中取最大值原則，30109 回采工作面需風(fēng)量取30.8m3/s。該風(fēng)量能夠滿足0.25m/s≤v≤4m/s 的風(fēng)速要求。

3.2.2 掘進(jìn)面需風(fēng)總量

30201 膠輔運(yùn)順槽連采掘進(jìn)：

（1）按瓦斯涌出量計(jì)算：Q連掘=100×平均絕對(duì)瓦斯涌出量q掘（0.04m3/min）×備用風(fēng)量系數(shù)Kd（2.0）=8m3/min≈0.13m3/s。按二氧化碳涌出量計(jì)算Q連掘=67×平均絕對(duì)二氧化碳涌出量q掘（0.22m3/min）× 備 用 風(fēng) 量 系 數(shù) Kd（2.0）=67 ×0.22 ×2.0=29.48m3/min≈0.5m3/s。取0.5m3/s。

（2）按局部通風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量計(jì)算：Q綜掘=局部通風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量Q扇（550m3/min）×同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的局部通風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)I（2）+60×0.25 風(fēng)機(jī)安裝處斷面積S（25.0m2）=1475m3/min≈24.6m3/s

（3）按掘進(jìn)工作面最大人員數(shù)量計(jì)算：Q連掘=4×nj=4×36=144m3/min=2.4m3/s

按(1)、(2)、(3)項(xiàng)中取最大值原則，按每臺(tái)通風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量取550m3/min, 膠輔運(yùn)順槽連掘工作面風(fēng)機(jī)前共配風(fēng)量取24.6m3/s，30201 回風(fēng)順槽連采掘進(jìn)工作面同樣方法計(jì)算得出配風(fēng)量取20m3/s，302 泵房水倉(cāng)掘進(jìn)同樣方法計(jì)算得出配風(fēng)量取18.6m3/s。且經(jīng)過(guò)驗(yàn)算該風(fēng)量能夠滿足各掘進(jìn)巷道風(fēng)速要求，算得風(fēng)速均位于0.25m/s≤v≤4m/s 區(qū)間之內(nèi)。

經(jīng)計(jì)算，掘進(jìn)工作面共需配風(fēng)為：Q掘=Q膠輔運(yùn)順槽掘+Q回風(fēng)順槽掘+Q水倉(cāng)掘=24.6+20+18.6=63.2m3/s。

3.2.3 獨(dú)立硐室需風(fēng)總量

榆林煤業(yè)礦井需井下獨(dú)立通風(fēng)硐室配風(fēng)有中央變電所中央水泵房、301 盤區(qū)變電所、302 盤區(qū)變電所、清水泵房。按每處峒室5m3/s 計(jì)算，ΣQ硐=20m3/s

3.2.4 稀釋無(wú)軌膠輪車（柴油機(jī)車）廢氣需總量

（1）按礦井正常生產(chǎn)時(shí)運(yùn)行無(wú)軌膠輪車臺(tái)數(shù)計(jì)算

井下正常生產(chǎn)時(shí)，同時(shí)工作設(shè)備包括75kW 自卸式防爆膠輪車3 臺(tái)、50kW 人員、材料運(yùn)輸車4 臺(tái)、45kW 生產(chǎn)指揮車1臺(tái)、50kW 防爆裝載機(jī)2 臺(tái)。ΣQ膠輪=(3×75+4×50+1×45+2×50）×4/60≈39.0m3/s

（2）按工作面搬家時(shí)運(yùn)行無(wú)軌膠輪車臺(tái)數(shù)計(jì)算

井下工作面搬家時(shí)，171.5kW 支架拖車2 臺(tái)、50kW 防爆裝載機(jī)1 臺(tái)、195kW 支架鏟車1 臺(tái)同時(shí)工作。ΣQ膠輪=（2×171.5+50+195）×4/60≈40.0m3/s

根據(jù)計(jì)算結(jié)果ΣQ機(jī)車=40.0m3/s。根據(jù)實(shí)際情況，當(dāng)準(zhǔn)備工作面安裝時(shí)并不生產(chǎn)，因此，只需補(bǔ)充風(fēng)量40-15.4=24.6m3/s。

3.2.5 考慮一個(gè)生產(chǎn)接續(xù)工作面風(fēng)量

按工作面配風(fēng)的50%左右考慮，Q=15.4m3/s。

3.2.6 其它配風(fēng)量按以上各項(xiàng)配風(fēng)總量的5%計(jì)算

ΣQ其他=（30.8+63.2+20+24.6+15.4）×5%=154×5%=7.7m3/s。

經(jīng)過(guò)計(jì)算， 按實(shí)際需風(fēng)量的總和計(jì)算 Q礦=（30.8+63.2+20+24.6+15.4+7.7）×1.15≈186m3/s。

3.3 礦井總風(fēng)量確定

根據(jù)上面的計(jì)算結(jié)果，取大者，確定礦井總風(fēng)量為186m3/s。

4 通風(fēng)機(jī)負(fù)壓及等積孔設(shè)計(jì)

根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)各巷道進(jìn)行合理分配風(fēng)量，利用計(jì)算機(jī)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算軟件簡(jiǎn)單計(jì)算出雙風(fēng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)礦井負(fù)壓，局部通阻力按礦井摩擦阻力的10%計(jì)算；本次設(shè)計(jì)只選擇最長(zhǎng)通風(fēng)路線進(jìn)行通風(fēng)阻力解算；301 盤區(qū)選擇30110 準(zhǔn)備工作面，302 盤區(qū)選擇膠輔運(yùn)順槽掘進(jìn)工作面進(jìn)行阻力計(jì)算。

4.1 主要通風(fēng)機(jī)負(fù)壓

回風(fēng)斜井通風(fēng)機(jī)負(fù)壓：h1=9.8×145.12×1.1=1564(Pa)

一號(hào)回風(fēng)立井通風(fēng)機(jī)負(fù)壓：h1=9.8×59.36×1.1=640(Pa)

4.2 主要通風(fēng)機(jī)的礦井等積孔

式中：

A1、A2- 分別為回風(fēng)斜井、一號(hào)回風(fēng)立井通風(fēng)機(jī)負(fù)擔(dān)系統(tǒng)等積孔，m2；

Q1、Q2- 分別為回風(fēng)斜井、一號(hào)回風(fēng)立井機(jī)的回風(fēng)量，m3/s；

h1、h2- 分別為通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)阻力，Pa；

As- 兩臺(tái)通風(fēng)機(jī)聯(lián)合工作的礦井等積孔，m2

表1 風(fēng)量、負(fù)壓及等積孔

綜上，兩臺(tái)主要通風(fēng)機(jī)等積孔均大于2.0m2，屬通風(fēng)容易礦井。

5 應(yīng)用效果

回風(fēng)斜井通風(fēng)機(jī)選用2 臺(tái)FBCDZNO32 型防爆對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)，選配變頻電動(dòng)機(jī)功率2*560KW、電壓6KV、同步轉(zhuǎn)速600r/min、效率94%，變頻控制方式。

風(fēng)井場(chǎng)地一號(hào)回風(fēng)立井主要通風(fēng)機(jī)選用2 臺(tái)FBCDZNO35型防爆對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)，選配電動(dòng)機(jī)功率2*630KW、電壓10KV、同步轉(zhuǎn)速600r/min、效率94%，變頻控制方式。

通過(guò)調(diào)整變頻器給定頻率、選擇電機(jī)運(yùn)行方式或調(diào)整風(fēng)葉角度等方式，雙風(fēng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)通風(fēng)系統(tǒng)可以滿足礦井風(fēng)量配比的需要。

6 結(jié)論

針對(duì)榆林煤業(yè)的通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)能力不足問(wèn)題，設(shè)計(jì)的雙風(fēng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)通風(fēng)系統(tǒng)，極大地改善了通風(fēng)效果，并且采取了雙電機(jī)變頻控制方式，實(shí)現(xiàn)了減少電能消耗，經(jīng)濟(jì)效益顯著的目標(biāo)，該方案為以后通風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)提供了參考和借鑒。