礦井通風(fēng)風(fēng)量計(jì)算及通風(fēng)設(shè)備選型研究

梁興亮

（山西離柳焦煤集團(tuán)兌鎮(zhèn)煤礦，山西 孝義 032300）

引言

礦井通風(fēng)是實(shí)現(xiàn)煤炭安全高效開(kāi)采的基礎(chǔ)，合理確定通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量、通風(fēng)路線等，可有效降低井下各作業(yè)點(diǎn)有害氣體、粉塵等濃度[1-2]。隨著生產(chǎn)時(shí)間增加，采掘范圍以及采掘深度等不斷增大，通風(fēng)長(zhǎng)度以及阻力等均有所增加，對(duì)地面回風(fēng)井主要通風(fēng)機(jī)提出更高要求[3-6]。山西某礦生產(chǎn)時(shí)間已超過(guò)30年，經(jīng)過(guò)多次技改產(chǎn)能提升至300萬(wàn)t/年，隨著生產(chǎn)能力增加，地面通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)運(yùn)行工況不合理、能耗高等問(wèn)題，為此，本文采用理論計(jì)算方法確定礦井生產(chǎn)期間風(fēng)量并合理確定地面主要通風(fēng)機(jī)，以期更好地促進(jìn)礦井通風(fēng)以及煤炭開(kāi)采工作開(kāi)展。

1 山西某礦通風(fēng)系統(tǒng)概況

山西某礦為資源整合礦井，井田開(kāi)采面積25.67 m2、設(shè)計(jì)產(chǎn)能300萬(wàn)t/年，開(kāi)采8號(hào)、9號(hào)、12號(hào)等煤層?，F(xiàn)階段礦井生產(chǎn)集中在8號(hào)煤層，該煤層原始瓦斯含量在5.6 m3/t以?xún)?nèi)，具有自燃發(fā)火危險(xiǎn)性。礦井通風(fēng)系統(tǒng)為分列式，機(jī)械式通風(fēng)。

礦井共有4個(gè)井筒（三進(jìn)一回），即主斜井、排水平硐及副平硐進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)斜井回風(fēng)?；仫L(fēng)斜井地面布置的通風(fēng)機(jī)型號(hào)為FBCDZNo27軸流式風(fēng)機(jī)、葉片角39/27°，通風(fēng)風(fēng)壓340～2 800 Pa、通風(fēng)風(fēng)量100～234 m3/s、配套電機(jī)功率2×450 kW，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)通風(fēng)系統(tǒng)阻力為2 019 Pa。受到井下生產(chǎn)布局更改影響，礦井存在通風(fēng)能力不足、主要通風(fēng)機(jī)使用時(shí)間長(zhǎng)且無(wú)法滿(mǎn)足后續(xù)礦井用風(fēng)需要。為此，本文依據(jù)井下生產(chǎn)情況，合理確定通風(fēng)風(fēng)量需要，并依據(jù)通風(fēng)需要合理確定主要通風(fēng)機(jī)型號(hào)及配套電機(jī)功率。

2 礦井通風(fēng)風(fēng)量計(jì)算

通風(fēng)量需滿(mǎn)足采掘作業(yè)面、機(jī)電硐室、防爆機(jī)車(chē)等需要[7-8]。

2.1 綜采工作面需風(fēng)量計(jì)算

2.1.1 按作業(yè)人員計(jì)算

按照綜采工作面作業(yè)人員對(duì)需風(fēng)量Q采1進(jìn)行計(jì)算，具體公式為：

式中：N為綜采面作業(yè)人員數(shù)量。

正常情況下綜采工作面作業(yè)人員數(shù)量最多為52人，交接班時(shí)作業(yè)人員最多為104人，則按照人數(shù)計(jì)算得到綜采工作面需風(fēng)量Q采1=4×104=416 m3/min。

2.1.2 按氣象條件確定

按照氣象條件計(jì)算需風(fēng)量Q采2，具體公式為：

式中：S采為采面有效通風(fēng)斷面積，m2；v采為采面適宜通風(fēng)風(fēng)速，m/s；k采高為開(kāi)采高度調(diào)整系數(shù)；k斜長(zhǎng)為采面斜長(zhǎng)調(diào)整系數(shù)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件取S采=16.66m2、v采=1.5 m/s、k采高=1.2、k斜長(zhǎng)=1.4。將上述參數(shù)帶入式（2）求得Q采2=1 763.3 m3/min。

2.1.3 按瓦斯涌出量計(jì)算

按照開(kāi)采的煤層瓦斯涌出量確定需風(fēng)量Q采3，具體公式為：

式中：q采為瓦斯絕對(duì)涌出量，m3/min；k采為瓦斯涌出不均衡系數(shù)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況取q采=2.10 m3/min、k采=1.7，并將上述參數(shù)帶入式（3）求得Q采3=357.0 m3/min。

經(jīng)過(guò)上述計(jì)算得出，綜采工作面正常生產(chǎn)時(shí)需風(fēng)量為1 763.3 m3/min。

2.2 掘進(jìn)需風(fēng)量計(jì)算

掘進(jìn)需風(fēng)量可按現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員、瓦斯涌出以及局部通風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量等確定，并取計(jì)算結(jié)果最大值。

2.2.1 按作業(yè)人員計(jì)算

按作業(yè)人員計(jì)算需風(fēng)量Q掘1，具體公式為：

式中：N為掘進(jìn)工作面作業(yè)人員。

正常情況下掘進(jìn)工作面人員控制在10人，若交接班時(shí)人數(shù)最多為20人，取N=20并帶入式（4），求得Q掘1=80 m3/min。

2.2.2 按巷道瓦斯涌出量計(jì)算

教學(xué)信息化是一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的任務(wù)，如何將現(xiàn)代信息技術(shù)有效地運(yùn)用于教學(xué)中是每一位教師必須面對(duì)和思考的問(wèn)題，教學(xué)模式轉(zhuǎn)變的前提是思維模式的轉(zhuǎn)變和教育理念的創(chuàng)新和改變，在引入信息技術(shù)的同時(shí)充分體現(xiàn)校本特色，以信息化教學(xué)促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高，進(jìn)一步優(yōu)化人才培養(yǎng)質(zhì)量，為社會(huì)輸送更多高素質(zhì)人才。

按照掘進(jìn)巷道瓦斯涌出計(jì)算需風(fēng)量Q掘2，具體計(jì)算公式為：

式中：q掘?yàn)榫蜻M(jìn)期間絕對(duì)瓦斯涌出量，m3/min；k掘?yàn)橥咚褂砍霾痪庀禂?shù)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況取q掘=0.34 m3/min、k掘=1.7，將上述參數(shù)帶入式（5）求得Q掘2=57.8 m3/min。

2.2.3 按局部通風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量確定

掘進(jìn)用FBDNo6.3/2×30局部通風(fēng)機(jī)、配合1 000 mm直徑風(fēng)筒供風(fēng)，局部通風(fēng)機(jī)一用一備，風(fēng)量330～520 m3/min。按吸風(fēng)量計(jì)算需風(fēng)量Q掘3：

式中：Q掘通為通風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量，m3/min；I掘通為通風(fēng)機(jī)同時(shí)工作數(shù)；S掘?yàn)榫蜻M(jìn)斷面，m2。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，取Q掘通=520 m3/min、I掘通=1、S掘=18.7 m2，將上述參數(shù)帶入式（6）求得Q掘3=800.5 m3/min。

經(jīng)過(guò)上述計(jì)算得出，掘進(jìn)巷道正常生產(chǎn)時(shí)需風(fēng)量為800.5 m3/min。礦井共有2個(gè)掘進(jìn)隊(duì)，1個(gè)掘進(jìn)隊(duì)負(fù)責(zé)3個(gè)巷道（1個(gè)已掘、1個(gè)正掘以及1個(gè)接替掘進(jìn)巷道），掘進(jìn)工作接替及停掘期間不停止供風(fēng)，則巷道掘進(jìn)總需風(fēng)量為Q掘=6×800.5=4 803 m3/min。

2.3 防爆機(jī)車(chē)需風(fēng)量

式中：ni為井下i點(diǎn)位置布置防爆機(jī)車(chē)數(shù)量；Pi為井下i位置機(jī)車(chē)功率，kW；Ki為配風(fēng)系數(shù)，1臺(tái)、2臺(tái)、3臺(tái)取值分別為1、0.75、0.5。

根據(jù)井下膠輪車(chē)布置情況，計(jì)算得Q車(chē)=2 080.8 m3/min。

2.4 獨(dú)立硐室需風(fēng)量

井下有變電所、避難硐室等，上述硐室均需要獨(dú)立通風(fēng)。具體風(fēng)量計(jì)算時(shí)可依據(jù)硐室內(nèi)設(shè)備裝機(jī)功率確定，井下硐室裝機(jī)功率共計(jì)3 780 kW，中央變電所、7采區(qū)采區(qū)變電所及8采區(qū)變電硐室裝機(jī)功率分別為2×315 kW、2×630 kW、2×（315+630）kW，機(jī)電硐室需要風(fēng)量可通過(guò)下述公式計(jì)算：

式中：W硐為硐室內(nèi)裝機(jī)功率，取3 780 kW；θ硐為發(fā)熱系數(shù)，取0.04；ρ為硐室空氣密度，取1.2 kg/m3；Cp為空氣定壓比熱，取1.006 kJ/（kg·K）；△t為硐室進(jìn)、回風(fēng)流溫差，取3～5℃。

依據(jù)井下情況計(jì)算得到Q硐1=1 888.8 m3/min，其他硐室需風(fēng)量Q硐2=240 m3/min，井下硐室總需風(fēng)量Q硐=2 128.8 m3/min。

2.5 備用采面及其他巷道需風(fēng)量

備用采面需風(fēng)量按照采面風(fēng)量50%計(jì)算，具體備用采面需風(fēng)量Q備=881.7 m3/min，其他巷道需風(fēng)量按照Q其=1200 m3/min計(jì)算。

2.6 礦井總需風(fēng)量

礦井各位置需風(fēng)量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 各位置需風(fēng)量計(jì)算結(jié)果 m3/min

礦井總需風(fēng)量為采掘工作面、機(jī)電硐室等井下各位置需風(fēng)量總和，具體可通過(guò)下述公式計(jì)算：

式中：k礦通為通風(fēng)系數(shù)，取值1.3。

經(jīng)過(guò)計(jì)算求得Q總=16 714.9 m3/min=278.6 m3/s。

3 主要通風(fēng)設(shè)備選型

通過(guò)計(jì)算得出礦井總需風(fēng)量為278.6 m3/s，在通風(fēng)容易以及通風(fēng)困難時(shí)通風(fēng)負(fù)壓hmin、hmax分別為1 651.4 Pa、2 136.2 Pa。

考慮到通風(fēng)期間存在一定漏風(fēng)情況，則選用的主要通風(fēng)機(jī)供風(fēng)量可通過(guò)下述公式計(jì)算：

式中：K為漏風(fēng)系數(shù)，取1.05。則主要通風(fēng)機(jī)供風(fēng)量應(yīng)超過(guò)2 91.9 m3/s。

礦井通風(fēng)容易以及困難時(shí)主要通風(fēng)機(jī)提供風(fēng)壓Hmin、Hmax計(jì)算公式分別為：

式中：△h為主要通風(fēng)機(jī)通風(fēng)阻力損失，取值150 Pa。計(jì)算得到Hmin、Hmax分別為1 801.4 Pa、2 286.2 Pa。

依據(jù)生產(chǎn)時(shí)通風(fēng)機(jī)提供風(fēng)量以及風(fēng)壓需要，并結(jié)合其他礦井主要通風(fēng)機(jī)使用情況，選擇采用FBCDZ-12-No38B風(fēng)機(jī)，提供的風(fēng)壓范圍為1 050～3 800 Pa、風(fēng)量范圍為192～416 m3/s，風(fēng)壓及風(fēng)量均可滿(mǎn)足通風(fēng)需要。配套采用的電機(jī)為YBFe900S2-12，額定電壓為10 kV、功率為2×800 kW、電機(jī)轉(zhuǎn)速為490 r/min。具體選用的通風(fēng)機(jī)性能曲線如下頁(yè)圖1所示。

4 結(jié)語(yǔ)

圖1 通風(fēng)機(jī)性能曲線

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況并結(jié)合相關(guān)要求對(duì)礦井總需風(fēng)量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算得到總需風(fēng)量為278.6 m3/s，在通風(fēng)容易以及通風(fēng)困難時(shí)通風(fēng)風(fēng)壓分別為1 651.4 Pa、2 136.2 Pa。確定采用的主要通風(fēng)機(jī)提供風(fēng)量應(yīng)大于291.9 m3/s、風(fēng)壓應(yīng)超過(guò)2 286.2 Pa，最終選擇采用FBCDZ-12-No38B風(fēng)機(jī)、配套電機(jī)為YBFe900S2-12。選用的主要通風(fēng)機(jī)可滿(mǎn)足礦井整個(gè)生命周期通風(fēng)需要，同時(shí)電機(jī)采用變頻控制可實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，降低主要通風(fēng)機(jī)能耗。