礦用通風(fēng)機(jī)設(shè)備選型設(shè)計及應(yīng)用

劉 偉

（山西平舒煤業(yè)有限公司通風(fēng)部， 山西 晉中 045400）

引言

礦井風(fēng)機(jī)是保障井下安全生產(chǎn)的主要通風(fēng)機(jī)械，屬一級負(fù)荷，主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常與否、運(yùn)轉(zhuǎn)效率的高低，直接關(guān)系到礦井的高效生產(chǎn)、人員的生命安全、設(shè)備的電力消耗及開采的生產(chǎn)成本。因此，應(yīng)該嚴(yán)格按照煤炭安全生產(chǎn)規(guī)程，遵守煤礦井下安全通風(fēng)量及風(fēng)速的規(guī)定選擇通風(fēng)機(jī)。一般在設(shè)計煤礦礦井設(shè)備時，通風(fēng)機(jī)的容量按煤礦生產(chǎn)后期的用風(fēng)量進(jìn)行選擇。由于傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)的控制方式使得風(fēng)機(jī)長期處于全功率運(yùn)行，造成大量電能浪費，因此，正確對礦用主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行選型設(shè)計對礦山的節(jié)能降耗和安全高效生產(chǎn)具有十分重要的意義[1-2]。

1 礦井狀況

山西某礦礦產(chǎn)資源豐富，開采技術(shù)條件較好，生產(chǎn)能力可達(dá)1.2 Mt/年。該礦現(xiàn)開采2號煤層二采區(qū)，采用傾斜長壁采煤方法。目前礦井共劃分為2個采區(qū)，其中一采區(qū)已回采完畢，正在開采二采區(qū)，井下共布置一個回采工作面和兩個掘進(jìn)工作面。礦井采用中央分列式通風(fēng)，通風(fēng)方法為機(jī)械抽出式通風(fēng)。該礦已有的主通風(fēng)機(jī)是型號為FBCDZ-6-No18B型的風(fēng)機(jī)，其風(fēng)量范圍為49.2～76 m3/s，風(fēng)壓范圍為1 085～3 100 Pa。經(jīng)簡單計算，礦井總需風(fēng)量為85 m3/s，該風(fēng)機(jī)風(fēng)量已不能滿足該礦的通風(fēng)要求。因此，需對主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行重新選型，以便為礦井日后的安全高效生產(chǎn)提供一定的保障[3]。

2 礦井通風(fēng)風(fēng)壓及等積孔計算

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》和《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，按井下同時工作的最多人數(shù)和用風(fēng)地點實際需要風(fēng)量的總和分別計算，并選取其中最大值。計算過程不加贅述，最終礦井總進(jìn)風(fēng)量取85 m3/s，其中主斜井進(jìn)風(fēng)量為30 m3/s，副斜井進(jìn)風(fēng)量為40 m3/s，行人斜井進(jìn)風(fēng)量為15 m3/s。

2.1 風(fēng)阻h

選擇礦井通風(fēng)最容易和最困難的兩個時期通風(fēng)阻力最大的風(fēng)路分別進(jìn)行阻力計算，其計算公式如下：

式中：H為礦井阻力，mmH2O；L為井巷長度，m；α為摩擦阻力系數(shù)；P指井巷凈斷面周長，m；Q為通過井巷的風(fēng)量，為85 m3/s。S為井巷凈斷面積，m2；R為井巷摩擦風(fēng)阻，容易時期取0.025 9 N·s2/m8，困難時期取0.029 7 N·s2/m8；h局為局部通風(fēng)阻力，容易時期取值為28.044mmH2O，困難時期取值為32.154mmH2O。

本次風(fēng)機(jī)選型對礦井通風(fēng)容易時期和困難時期分別進(jìn)行了阻力計算，局部阻力系數(shù)按15%計。經(jīng)計算，礦井通風(fēng)容易時期的通風(fēng)總阻力為215.001 mmH2O，換算后為2 107.00 Pa；礦井通風(fēng)困難時期的通風(fēng)總阻力為246.514mmH2O，換算后為2415.84Pa。

2.2 等積孔面積A

式中：A為礦井等積孔面積，m2；Q為礦井總風(fēng)量，m3/s；h為通風(fēng)總阻力，Pa，分為容易時期和困難時期，對應(yīng)的等積孔也分為容易時期和困難時期。則計算 A容易為 2.2 m2；A困難為 2.05 m2。

由上可知，礦井通風(fēng)容易時期和困難時期的等積孔均大于2 m2，礦井通風(fēng)阻力屬小阻力礦井，礦井通風(fēng)難易程度屬容易。

3 風(fēng)機(jī)選型計算

3.1 扇風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q

式中：Qf為主要通風(fēng)機(jī)通風(fēng)量，m3/s；Q總為礦井總需風(fēng)量，m3/s；k為通風(fēng)設(shè)備漏風(fēng)系數(shù)，取1.1。經(jīng)計算得Qf=93.5 m3/s。

3.2 確定扇風(fēng)機(jī)所需全壓H

式中：△h為通風(fēng)設(shè)備阻力損失（包括風(fēng)硐損失），取150 Pa；hz為自然風(fēng)壓，因進(jìn)、出風(fēng)井井口標(biāo)高相差不大，故不計自然風(fēng)壓；hmin與hmax分別為容易時間和困難時間的風(fēng)阻，2.1節(jié)可知hmin=2 107.0 Pa，hmax=2 415.8 Pa。經(jīng)計算得 Hmin=2 257.0 Pa，Hmax=2 565.8 Pa。

根據(jù)通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和靜壓，本次設(shè)計選用FBCDZ-6-NO21B型風(fēng)機(jī)，配套電機(jī)為YBFe355-6，功率 280 kW×2，660 V。

3.3 扇風(fēng)機(jī)選擇及工況點

最大、最小網(wǎng)路阻力系數(shù)：Rmin=0.258；Rmax=0.293。

風(fēng)機(jī)網(wǎng)路特性征曲線方程：Hmin=Rmin=0.258；Hmax=Rmax=0.293。

將網(wǎng)路特性曲線方程置于所選風(fēng)機(jī)性能曲線上，其交點即所求工況點，見圖1。選擇兩臺FBCDZ-6-NO21B型風(fēng)機(jī)，一臺工作，一臺備用。

圖1 扇風(fēng)機(jī)FBCDZ-6-№21B性能曲線圖

3.4 預(yù)選電機(jī)

式中：K為備用系數(shù)，取1.2；ηc為傳動效率，直接傳動時，ηc取 1；η1、η2為通風(fēng)機(jī)工作效率。容易時期葉片角度為46°/38°，困難時期通風(fēng)機(jī)葉片角度46°/38°。設(shè)計選用兩臺FBCDZ-6-№21B型風(fēng)機(jī)，一臺工作，一臺備用。選用風(fēng)機(jī)配套電機(jī)YBFe355-6，功率為 280 kW×2，轉(zhuǎn)速為 980 r/min，電壓為660 V，能夠滿足礦井通風(fēng)要求[4]。

4 通風(fēng)機(jī)配電、監(jiān)控及反風(fēng)措施

本通風(fēng)機(jī)采用廠家配套異步防爆電動機(jī)，電動機(jī)額定功率為2×280 kW，電壓為660 V。

風(fēng)井場地建有通風(fēng)機(jī)變電所，現(xiàn)狀為兩回6 kV電源均引自礦井35 kV變電站6 kV側(cè)不同母線段，架空線型號為LGJ-120 mm2，長約2.3 km，變電所設(shè)有12臺KYN28-12Z型戶內(nèi)金屬鎧裝移開式開關(guān)設(shè)備，安裝2臺S9-315/6 6/0.69 kV 315 kVA油浸式動力變壓器，低壓配電安裝有6臺GGD2型交流低壓固定式開關(guān)柜。

本次主通風(fēng)機(jī)更換，設(shè)備電機(jī)功率增大，已有變電所供電能力不足，需對變電所進(jìn)行改造。本次選型設(shè)計利用已有兩回電源，線路電壓損失為1.56%，能夠滿足供電要求。更換2臺變壓器，新選2臺S11-800/66/0.69kV 800kVA油浸式動力變壓器，變壓器至低壓配電柜上線改為母線橋架上線方式。鑒于主通風(fēng)機(jī)設(shè)備電機(jī)功率較大，直接啟?？刂评щy，設(shè)計采用一拖一變頻調(diào)速實現(xiàn)風(fēng)機(jī)軟啟動。經(jīng)試用，完全可以滿足該礦通風(fēng)的要求。通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能有：實時監(jiān)測通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)、通風(fēng)機(jī)性能參數(shù)、電機(jī)電氣參數(shù)、軸承溫度、電機(jī)振動、數(shù)據(jù)管理、報表管理、性能測試、遠(yuǎn)程通訊等[5-6]。

該通風(fēng)機(jī)設(shè)備采用斷電停機(jī)后電機(jī)反轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行反風(fēng)，反風(fēng)風(fēng)量大于正常風(fēng)量的40%、反風(fēng)功率小于額定功率，啟動反風(fēng)時間小于10 min，滿足有關(guān)規(guī)程、規(guī)范的要求。

5 結(jié)論

本次設(shè)計選用兩臺FBCDZ-6-No21B型軸流式風(fēng)機(jī)，一臺工作，一臺備用，配用YBFe355-6型防爆電動機(jī)，功率為2×280kW、電壓為660 V、轉(zhuǎn)速為980 r/min、風(fēng)量 65-130 m3/s、負(fù)壓 1 300～4 141 Pa。該礦井更換主通風(fēng)機(jī)后通風(fēng)良好，為礦井日后的生產(chǎn)提供了保障。