常村煤礦花垴回風井主要通風機投運方案論證

洪寅峰

(潞安環(huán)能股份公司 常村煤礦，山西 長治 046102)

礦井隨著生產(chǎn)的延續(xù)、規(guī)模的加大，新采區(qū)的開拓、準備、回采，通風系統(tǒng)需要進行相應(yīng)的調(diào)整[1]。對于多主要通風機運行的復雜通風網(wǎng)絡(luò)，新投運主要通風機必然會對其他主要通風機產(chǎn)生影響，重新分布井下風量，因此，主要通風機間的影響研究很重要[2]。

從流體力學原理得知，風機風量與電機轉(zhuǎn)速功率相關(guān)：風機的風量與風機的轉(zhuǎn)速成正比，風機的風壓與風機的轉(zhuǎn)速的平方成正比，風機的軸功率等于風量與風壓的乘積，故風機的軸功率與風機的轉(zhuǎn)速的平方成正比。隨著科技水平的不斷進步，變頻技術(shù)在礦井通風系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越深入，在變頻調(diào)節(jié)、節(jié)能降耗、實現(xiàn)軟啟動等方面都有著較為明顯的應(yīng)用優(yōu)勢[3]。

為充分了解常村煤礦通風系統(tǒng)的運行狀況，對該礦的風阻進行測定，完善了礦井通風管理信息系統(tǒng)[4-5]，直觀地反應(yīng)出花垴風井投運后風量的變化對通風系統(tǒng)的影響。

1 礦井概況

常村煤礦隸屬于山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司，位于山西沁水煤田東南部，長治市屯留縣境內(nèi)。該礦1985年開始建井，1995年正式投產(chǎn)，采用立井單水平盤區(qū)式開采，生產(chǎn)許可800萬t/a，礦井主采3號煤層。目前，共有14個采區(qū)，其中北翼的N1采區(qū)、N2采區(qū)、南翼的S1采區(qū)、S2采區(qū)、S4采區(qū)、S6采區(qū)資源回采完畢并已封閉，S1采區(qū)只留大巷作為下水平(+470水平)開拓的運輸、通風巷道；形成系統(tǒng)的采區(qū)有N3采區(qū)、S3采區(qū)、S5采區(qū)、21采區(qū)、22采區(qū)、23采區(qū)、25采區(qū)、27采區(qū)。

2023年，800萬t產(chǎn)量需要2202工作面、2106工作面、2701工作面及2302工作面進入回采銜接，截至2021年5月，王村風井通風系統(tǒng)不能滿足22采區(qū)、23采區(qū)、25采區(qū)、27采區(qū)的用風要求，為保證各采區(qū)正常采掘銜接不受風量制約，需要對花垴風井通風系統(tǒng)進行調(diào)整。采區(qū)風量分配見表1。

表1 花垴主要通風機投運前25采區(qū)、27采區(qū)風量分配

2 礦井通風管理信息系統(tǒng)應(yīng)用

2.1 礦井通風系統(tǒng)數(shù)據(jù)測定

2021年6月，對常村煤礦進行礦井通風阻力測定。在此次測試中，使用傾斜壓差計巷道測段之間的阻力、風表測出風量、精密氣壓計測風門兩端壓差，干濕球溫度計測出干濕溫度，從而測得巷道的摩擦風阻以及風門兩端壓差。巷道參數(shù)測試包括巷道形狀、支護方式、周長、斷面積、風量、始末測點密度等，風門壓差測試主要測試風門兩側(cè)的靜壓差以及高度差，通風系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測試完成后，用一系列公式對數(shù)據(jù)進行處理[6]。

2.2 完善通風管理信息系統(tǒng)

根據(jù)井下實測數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)有通風系統(tǒng)情況，利用遼寧工程技術(shù)大學開發(fā)的礦井通風管理信息系統(tǒng)，完善25采區(qū)、27采區(qū)的通風系統(tǒng)，并進行分析，掌握通風系統(tǒng)存在的問題，對通風系統(tǒng)進行調(diào)整，為現(xiàn)場通風系統(tǒng)調(diào)整決策及系統(tǒng)優(yōu)化工作提供依據(jù)和解決途徑，最終形成花垴風井投運方案，實現(xiàn)通風系統(tǒng)優(yōu)化，保障礦井通風系統(tǒng)安全、可靠運行。

3 通風系統(tǒng)調(diào)整方案實施分析

3.1 投運前系統(tǒng)概況

為避免花垴回風井主要通風機投運對王村風井通風系統(tǒng)的影響，在投運前，需要首先對王村風機進行調(diào)頻降阻，再進行花垴回風井主要通風機投運?；ㄛ耧L井投運前，王村主要通風機實際回風量30 680 m3/min，負壓2 560 Pa；花垴進風井風量11 000 m3/min，25采區(qū)、27采區(qū)7 600 m3/min回風經(jīng)470北翼進風巷回至王村回風井。

3.2 王村主要通風機調(diào)頻降阻

在花垴回風井風機投運之前，首先對王村風機進行調(diào)頻降阻，由目前的41 Hz降低為39 Hz，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解算，王村主要通風機實際回風量將為29 150 m3/min，減少1 540 m3/min，負壓2 320 Pa，降低240 Pa。

3.3 花垴主要通風機投運分析

花垴回風井主要通風機投運前的通風系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 花垴主要通風機投運前通風系統(tǒng)圖

花垴風井主要通風機投運后，花垴回風井風量調(diào)整為13 200 m3/min時，27采區(qū)輔運巷、27采區(qū)膠帶巷風流混合后進入27采區(qū)回風巷，25采區(qū)膠帶下山掘進工作面回風流經(jīng)25采區(qū)1號皮回聯(lián)巷回至25采區(qū)2號回，25采區(qū)1號軌回聯(lián)巷掘進工作面回風流經(jīng)25采區(qū)1號軌回聯(lián)巷回至25采區(qū)2號回；25采區(qū)、27采區(qū)回風全部從25采區(qū)1號回、25采區(qū)2號回經(jīng)花垴1號回風聯(lián)巷回至花垴回風井，花垴回風井主要通風機投運后的通風系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 花垴主要通風機投運后通風系統(tǒng)圖

為確保花垴主要通風機投運后通風系統(tǒng)的正常運行，通過拆除圖1和圖2的1號風門、2號風門、3號風門、4號風門、5號風門，增加6號風門、7號風門，實現(xiàn)通風系統(tǒng)的調(diào)整。主要通風機投運后，470北翼進風巷變?yōu)樾迈r風流，22采區(qū)風量增加1 800 m3/min，23采區(qū)風量增加2 500 m3/min，25采區(qū)風量增加1 000 m3/min，27采區(qū)風量增加1 600 m3/min。花垴回風井風量13 200 m3/min，花垴主要通風機風硐負壓為1 350 Pa，花垴進風井風量14 130 m3/min。

經(jīng)預測分析，花垴風井主要通風機投運后，22采區(qū)、23采區(qū)及25采區(qū)、27采區(qū)配風滿足采掘銜接要求和主要通風機AQ1028-2006標準的規(guī)定。

3.4 花垴風機運行工況確定

根據(jù)花垴風機性能測試曲線，經(jīng)過初步論證，為滿足花垴回風井風量以及風機負壓要求，花垴風機葉片角度計劃調(diào)整為-10°，-10°角風機特性曲線如圖3所示。

圖3 花垴風機測試曲線圖(-10°，50 Hz)

根據(jù)比例定律進行測算：

式中：Q為風量，m3/s；f為通風機頻率,Hz。

經(jīng)計算，運行頻率應(yīng)為31.4 Hz，能夠滿足風量要求。

實際操作時，根據(jù)實測風量，對實際運行頻率進行微調(diào)，以滿足實際生產(chǎn)所需。

主要通風機運行后通過不斷調(diào)節(jié)頻率，經(jīng)計算，預測當頻率調(diào)節(jié)至31.4 Hz時，花垴主要通風機運行后回風量可滿足13 200 m3/min，風硐負壓預測為1 350 Pa，預測工況點如圖4所示。

4 結(jié) 語

當前的王村風井通風系統(tǒng)不能滿足下一步22采區(qū)、23采區(qū)、25采區(qū)及27采區(qū)等區(qū)域的用風需求，為保證各采區(qū)正常采掘銜接不受風量制約，需要投運花垴回風井主要通風機，由花垴進風井和回風井擔負25采區(qū)以及27采區(qū)的進回風。為避免花垴回風井主要通風機投運對王村風井通風系統(tǒng)的影響，需將王村主要通風機的頻率由41 Hz降低至39 Hz，以此實現(xiàn)降阻的目的。

圖4 花垴風機預測曲線圖(-10°，31.4 Hz)

經(jīng)預測分析，花垴風井主要通風機投運后將回風井風量調(diào)整為13 200 m3/min，可滿足采掘銜接要求。