礦井主通風系統改造帶來雙重效果

特約撰稿人：山東能源臨礦集團王樓煤礦呂鳳新

礦井主通風系統改造帶來雙重效果

特約撰稿人：山東能源臨礦集團王樓煤礦呂鳳新

安全是永恒的主題， 更是人類社會文明的標志，主通風系統是礦山企業的重中之重，而礦井通風系統的優劣不僅制約著礦井的生產能力，也直接影響著礦井的經濟效益；通過改造礦井通風系統，不僅可以增加礦井的總進風量，提高礦井的生產能力，解決礦井高溫濕熱問題，而且能降低電耗，提高經濟效益。我礦結合礦井生產發展實際，擬定方案，對礦井通風系統進行了改造優化。本文系統介紹了王樓煤礦通風系統改造的必要性，該礦注重新技術的開發應用，選用新型高效的節能風機，采用變頻控制技術，達到通風系統節能降耗的目的， 滿足礦井安全生產的需要。

增大礦井風量迫在眉睫

王樓煤礦位于山東省濟寧市以南，距濟寧市25km。礦井于2004年9月3日開工建設， 2007年7月1日建成投產。設計生產能力0.90Mt/a，2013年核定生產能力1.30Mt/a， 礦井現采用中央并列抽出式通風，副井進風，主井回風。主通風機房安裝2臺BDK618Ⅱ-8-№28對旋式軸流通風機，一臺運轉，一臺備用，配備電機功率2×450kW，轉速740r/min。礦井主要通風機系南陽防爆集團股份有限公司生產，2006年1月出廠，額定流量為14280 m3/min，風壓力為4850Pa。2015年7月實測，總進風量為8828 m3/min，總回風量為9364 m3/min，總排風量為10284 m3/min，有效風量為8261 m3/min，有效風量率為93.57%，外部漏風率為8.94%，負壓3150pa，礦井等積孔為3.63m2。

礦井主要通風機于2006年1月安裝運行，已經正常運行近10年。隨著礦井開采的延伸，開采水平已達-1150米，其煤巖體溫度分別為41.6℃、44.9℃，采區進風流溫度已達30多度，高溫濕熱災害已嚴重影響到礦井的正常生產，且通風線路已達13320米，礦井通風阻力越來越大，現有主要通風機的通風能力已不能滿足礦井安全生產需求，根據礦井采場接續情況，目前礦井需風量為9636 m3/min，中長期規劃（5～10年）礦井需風量為10098m3/min，現有主要通風機風量遠遠不能滿足要求。

礦井為二級熱害礦井，采掘工作面的風流溫度達30℃～32℃，礦井高溫濕熱已嚴重影響到礦井的安全、效益、采掘工作面的生產效率及井下員工的身心健康。據統計，在礦井6～9月份高溫季節，掘進工作面效率降低約50%，回采工作面效率降低約1/3。手、腳、肌體腐爛、中暑現象時有發生，員工出勤率難以保障。增大礦井風量迫在眉睫。

因此，需要對主要通風機進行技術升級改造。通風降溫是礦井解決高溫熱害的主要方法之一，增大礦井采掘工作面的風量，可改善工作環境，有效降低工作面的溫度，為職工提供較為舒適的環境，提高全礦井風量和員工的積極性，提高工作效率，確保安全生產，為礦井穩產增效、減虧增盈、節支增收打下堅實的基礎。

風機改造勢在必行

王樓煤礦原風機采用對旋風機，風機型號為BDK618 II-8-No28，風機轉速為740rpm， 風機配置兩臺，一用一備，風機采用變頻調節。

對旋風機的結構如下圖，其結構設計比較簡單，流道設計不合理，從而對風機性能影響也很大，因此，對旋風機的效率比較低。長期以來，關于對旋裝置風機效率的說法不一，效率相差50%左右，分歧極大（圖1）。

圖1

為了摸清對旋風機的效率，特地進行了風機的性能測試，測試的結果如下：測試結果表明，風機的效率只有62.7%，比較低。測試的工況點見曲線圖，測試時風機的轉速已經是最高轉速740r/min（表1）。

表1

從上圖可以看出，該風機的理論效率應該在85%左右，但實際測試結果表明該風機的效率只有62.7%，相差約22%。通過其它現場的對旋風機的性能測試，結果表明實測效率平均低于理論效率26%左右，見下圖，王樓現場的測試結果與其他現場的測試結果基本一致。

因此，對旋風機的實際效率非常低，風機的節能改造空間很大。

另外，目前的對旋風機已經滿足不了井下通風的需要，原因是隨著井下巷道的延伸，系統阻力增加，風機的流量減少，就使用的對旋風機而言，井下風量的不足實質上是由于風阻的增加造成的，而風機的出力已經是最大，所以目前的風機已經滿足不了井下通風的需求，風機改造勢在必行。

風機改造方案論證

經過技術論證，風機的改造采用整機更換的方案，改造后可帶來雙重效果：一是高效節能，二是提高風機的出力。

經過調研，決定采用高效率的AN軸流風機替代現有的對旋風機，與對旋風機相比，AN軸流風機的效率高，而且高效區范圍寬，具有很好的節能效果，是煤礦主抽風機的最佳產品。下圖2中，紅色為對旋風機的性能曲線，黑色的是AN軸流風機的性能曲線，通過比較可以明顯看出軸流風機的高效區范圍比對旋風機大很多。

根據王樓礦井下通風的需求，新風機的參數如下：

容易期：風量Q1=183.3m2/s，負壓P1=3900Pa；

困難期：風量Q2=200 m2/s， 負壓P2=4700Pa。

通過技術方案的比較，選用豪頓公司的AN系列礦用軸流風機，該系列礦井通風機是豪頓公司的最新產品，代表了目前世界通風設備先進技術；采用反轉返風，返風量較大，返風時間較短；風機性能按國際最高標準考核，無負偏差，曲線準確性高；結構設計合理，全壓效率較高，制造質量好，維護量??；能在現場方便地更換葉片，對葉輪進行大中修，能確保備用風機的安全性；該廠制造的軸流通風機應用情況良好，設備可靠性高，其設在國內的制造廠有制造大型通風機的豐富經驗。

該風機的葉片可以停機調節，采用葉片粗調，轉速細調的方式使風機在容易期和困難期的效率都在高效區運行，從而達到節能的目的。

新風機的型號為AN2660/1600，電機功率為1400kW。風機的性能曲線如下圖3所示：

通過上圖可以看出，對于困難期和容易期，葉片角度都是60度， 通過改變風機的轉速，使困難期和容易期的風機效率均在85%以上。

風機技改效果明顯

風機的改造采用整機更換模式，逐臺更換。先把備用的對旋風機停機拆除，根據新風機的要求修改基礎，待基礎固化后，安裝新的風機。豪頓的風機采用模塊化設計，現場安裝非常方便，整個施工、調試在一個月內完成。

在2016年初已經完成改造了一臺風機，風機運行非常好，風機振動很小，振動值在0.5mm/s，目前該風機已經正式投入運行，風機更換后，井下風量由140m3/s 提高到了180m3/s，而且風量穩定，大大改善了井下的通風條件，為煤礦的安全生產提供了保障。

圖2 上圖為中國西部一煤礦的通風機實例，風量236 m2/s，負壓1172Pa

圖3

改造后的風機還進行了性能測試，測試結果如下表2：

測試時風機轉速為990r/min（由于變頻器故障，無法調頻改變轉速），測試結果表明風機效率為83%，比原來對旋風機的62.7%大大提高，達到了節能的預期效果。測試工況點如下圖4：

圖4

根據目前的井下阻力，風機還有一定的節能空間，可以通過調節頻率達到節能的目的，如前面的性能曲線所述，如果調節頻率到900r/ min， 風機的效率會由83%提高到87%左右。

從測試的結果看，豪頓AN礦用軸流風機的實際效率達到了設計值，根據第三方的測試數據，豪頓風機的實際效率與理論效率基本一致，這就說明豪頓AN風機的實際節能效果很好。

節能情況分析

新風機的軸功率為930.6kW，按照對旋風機62.7% 的效率，如果達到同樣的風壓、風量，對旋風機的軸功率應該為930.6X83%/62.7%=1232kW。

如果按每年運行8000小時，每度電0.487元計算，每年的節能費用為：

(1232-930.6)X8000X0.487= 117.4萬元

可以看出，豪頓礦用AN風機效率比對旋風機高很多，節能效果非常明顯。

王樓煤礦對旋風機的改造，目前看來是非常成功的，通過采用豪頓AN風機替代對旋風機，達到了以下目的：

1.豪頓AN礦用風機效率高，對比對旋風機，節能效果非常明顯，在兩年內就可以收回初投資，在國家節能減排的大背景下，對旋風機的節能改造很有意義。

2.改造后的風機性能提高，解決了井下風量不足的問題，為煤礦的安全生產提供了保證。

表2