通風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)濟運行的潛力分析

于廣鵬　邸　冬

(巴彥淖爾西部銅業(yè)有限公司)

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通風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)濟運行的潛力分析

于廣鵬邸冬

(巴彥淖爾西部銅業(yè)有限公司)

摘要礦井主扇是連續(xù)運行的大功率設(shè)備,耗電量占企業(yè)總能耗的20%～30%。在深度分析某礦山生產(chǎn)特性的基礎(chǔ)上，通過合理控制風(fēng)量和降低風(fēng)阻，挖掘礦井通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能降耗的潛力，在滿足生產(chǎn)需求的前提下，實現(xiàn)了系統(tǒng)的經(jīng)濟運行。

關(guān)鍵詞通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量控制總風(fēng)阻經(jīng)濟運行

獲各琦銅礦井下采用負壓通風(fēng)，中央多路進風(fēng)兩翼回風(fēng),即兩翼對角式的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。中央進風(fēng)井主要為1#、2#、3#副井，主斜坡道多路進風(fēng)；回風(fēng)井主要為兩翼2#、4#回風(fēng)井，中段通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用錯位平行雙巷式，本中段回風(fēng)巷道主要布置在上中段下盤運輸巷下方10 m處，距礦體約15 m[1]。

主扇采用湘潭風(fēng)機廠生產(chǎn)的軸流對旋式風(fēng)機，風(fēng)機型號：FBCDZ-10-No.29 2×250 kW。風(fēng)機采用地表布置，具備變頻和工頻兩種啟動方式。現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)為2010年優(yōu)化改造后，按400萬t產(chǎn)能設(shè)計，目前全礦產(chǎn)能為235萬t，能滿足生產(chǎn)能力。通過對礦山生產(chǎn)狀況的深度分析，發(fā)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)具備較大的節(jié)能潛力，因此對系統(tǒng)運行優(yōu)化調(diào)整。

1通風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)濟性運行分析

通風(fēng)機耗電量計算[2]：

(1)

(2)

式中，H為通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)阻力，Pa；Q為通風(fēng)機風(fēng)量， m3/s；R為礦井通風(fēng)阻力，N·s2/m8；η為通風(fēng)機總效率；t為主扇運行時間，h；α為摩擦阻力系數(shù)，N·s2/m4；L為巷道長度，m；P為巷道周長，m；S為巷道面積，m2。

通過分析，影響系統(tǒng)經(jīng)濟性的指標主要有:①礦井總回風(fēng)量；②通風(fēng)系統(tǒng)的礦井總風(fēng)阻；③運行時間和通風(fēng)機效率。由于主扇運行時間及效率挖掘潛力較小，將結(jié)合該礦通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，重點分析風(fēng)量和總風(fēng)阻在經(jīng)濟運行方面的潛力。

2總風(fēng)量經(jīng)濟性分析

根據(jù)電耗與風(fēng)量之間的關(guān)系，加大供風(fēng)量導(dǎo)致電耗上升，通風(fēng)成本增加。以該礦400萬t產(chǎn)能進行通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計，在降低總風(fēng)量方面仍有較大的空間。

重新校核全礦需風(fēng)量[3]：

(3)

式中，Qx為通風(fēng)單元或通風(fēng)系統(tǒng)需風(fēng)量；Qs為備采工作面需風(fēng)量；Qd為掘進工作面需風(fēng)量；Qr為硐室需風(fēng)量；Qh為其他地點需風(fēng)量。

表1　全礦需風(fēng)量核算

經(jīng)過核定，全礦需風(fēng)量控制在365.16 m3/s以內(nèi)，即可滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需求。

由于礦山生產(chǎn)實行三八作業(yè)制，每個班次進行不同的作業(yè)，針對每日不同的生產(chǎn)動態(tài)詳細核算需風(fēng)量，作為主扇運行頻率調(diào)整的重要依據(jù)。見表2。

表2　三班制作業(yè)情況統(tǒng)計

通過對生產(chǎn)作業(yè)規(guī)律摸底調(diào)查，發(fā)現(xiàn)早班作業(yè)人員最多，設(shè)備運行也最為頻繁，每日鑿巖爆破也集中在此段時間，以全礦需風(fēng)量作為早班的配風(fēng)風(fēng)量；中班和夜班不進行鑿巖作業(yè)，主要以機械設(shè)備出礦出渣為主，風(fēng)量核定主要以人員和無軌設(shè)備功率的配風(fēng)量作為計算指標，柴油鏟運機主要功率為63和93 kW，依據(jù)《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》，配風(fēng)量為4 m3/(min·kW)，取柴油鏟運機配風(fēng)量6 m3/s。中班夜班風(fēng)量核算見表3，主扇各頻率段風(fēng)量實測見表4。

表3　中班夜班風(fēng)量核算

表4　主扇各頻率段風(fēng)量實測

依據(jù)重新核定的全礦需風(fēng)量365.16 m3/s，通過對幾個不同頻率總回風(fēng)進行測定,當頻率為30 Hz時,2#風(fēng)井總回風(fēng)量為186 m3/s，兩條回風(fēng)井總風(fēng)量約370 m3/s，萬噸配風(fēng)量為1.64 m3/s，滿足重新核定后的需風(fēng)量要求。針對現(xiàn)有生產(chǎn)實際情況，對4臺主扇運轉(zhuǎn)頻率進行調(diào)整，由于該礦井下漏風(fēng)較大，因此將30 Hz作為最低保障運行頻率。具體運行頻率見表5，調(diào)頻調(diào)整前后主扇月度能耗統(tǒng)計見圖1。

表5　調(diào)整前后各頻率段對照

圖1　2014年與2015年主扇能耗對照

從圖中不難看出，在風(fēng)量重新核定后對主扇運行頻率進行調(diào)整，能耗差距非常明顯，截止到2015年9月份統(tǒng)計，電耗同比節(jié)約262.94萬kWh，本地區(qū)電費為0.58元/kWh，前9個月電費節(jié)約152.5萬元，預(yù)計全年電費節(jié)約超過200萬元。

3降低總風(fēng)阻經(jīng)濟性分析

該礦為負壓通風(fēng)，回風(fēng)段總風(fēng)阻占全礦風(fēng)阻的40%以上。通過分析，確定1 690 m中段2#風(fēng)井倒段巷道具備良好的經(jīng)濟性優(yōu)化的潛力。

此處巷道斷面過小，經(jīng)濟斷面有兩種方案：在現(xiàn)有巷道斷面上刷擴，巷道刷擴見表6；利用現(xiàn)有老舊巷道進行構(gòu)筑物調(diào)節(jié)，形成并聯(lián)雙巷，巷道刷擴見表7。

表6　2#風(fēng)井1 690 m倒段擴刷巷道經(jīng)濟斷面計算

注：電費為0.58元/kWh；刷擴費為350元/m3。

表7　2#風(fēng)井1 690 m倒段并聯(lián)雙巷經(jīng)濟斷面計算

注：電費為0.58元/kWh；工程費為350元/m3。

通過2個方案對比不難看出，方案2在運行成本上更加有利，由于此段巷道為永久巷道,經(jīng)濟效益將伴隨整個礦山生命周期。

4結(jié)論

①通過采取上述兩項措施對通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整，年功耗大大降低，有效節(jié)省了電費；②通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計往往以礦山巔峰產(chǎn)能為設(shè)備選型依據(jù)，較多礦山極少能夠達到最終設(shè)計產(chǎn)能，因此配風(fēng)量偏大較多，重新核定后產(chǎn)生較為理想的能耗節(jié)約空間；③在系統(tǒng)優(yōu)化過程中往往忽略巷道斷面的經(jīng)濟性優(yōu)化，無論是新建礦井還是已有礦井，往往都存在巷道經(jīng)濟性斷面分析不足的問題，如礦井為負壓通風(fēng)，井巷的經(jīng)濟性往往需要較多考慮回風(fēng)段風(fēng)路；④鑒于礦山的生產(chǎn)作業(yè)規(guī)律，在循環(huán)班次內(nèi)靈活調(diào)整主扇運行頻率，具有較大的節(jié)能效率。

參考文獻

[1]江西理工大學(xué).巴彥淖爾西部銅業(yè)有限公司獲各琦銅礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究報告[R].贛州：江西理工大學(xué),2007.

[2]吳超，王文才，王海寧，等．礦井通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)[M]．長沙：中南大學(xué)出版社，2008．

[3]胡漢華．礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計-原理、方法與實例[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

(收稿日期2015-10-27)

于廣鵬(1986—)，男，工程師，015000 內(nèi)蒙古巴彥淖爾市解放路2號。