井下通風(fēng)、排水及壓縮空氣設(shè)備選型設(shè)計(jì)

邊志雄

（霍州煤電集團(tuán)洪洞億隆煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 洪洞 041600）

井下通風(fēng)與排水系統(tǒng)的可靠性是保證井下安全生產(chǎn)的重要因素之一，通風(fēng)與排水設(shè)備應(yīng)有足夠的能力，使得井下瓦斯含量、空氣含量、積水量保持在可控的安全范圍之內(nèi)，同時(shí)井下工作面需要使用壓縮空氣來(lái)提供動(dòng)力供采掘設(shè)備進(jìn)行作業(yè)，壓縮設(shè)備的選型對(duì)井下工作面設(shè)備的效率也有著重要影響。因此，有必要對(duì)井下通風(fēng)、排水、壓縮空氣設(shè)備進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，以使井下開(kāi)采達(dá)到安全高產(chǎn)的效果。

1 工程概況

霍州煤電集團(tuán)洪洞億隆煤業(yè)礦區(qū)面積6.0834km2，批采1號(hào)煤層。1號(hào)煤層位于山西組上部，上距K8砂巖間距為1.50～10.00m，平均4.75m，煤層厚度0.30～1.85m，平均1.48m，煤層頂板以粉砂巖、泥巖為主，底板以泥巖為主，為大部可采的穩(wěn)定煤層。礦井采用分區(qū)抽出式通風(fēng)方式，在+1100m井底水平設(shè)置礦井主排水泵房，排水管路沿軌道下山和主平硐敷設(shè)到地面，主平硐井口標(biāo)高+1365.00m。井下排水按要求處理后作為礦井生產(chǎn)用水。

2 通風(fēng)設(shè)備選型設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

礦井風(fēng)量：容易時(shí)期50m3/s。礦井負(fù)壓：容易時(shí)期443.33Pa，困難時(shí)期571.16Pa。通風(fēng)機(jī)FBCZ-6-No18B型已經(jīng)安裝使用。

2.2 設(shè)備選型方案比較

2.2.1 風(fēng)量、靜壓計(jì)算

風(fēng)量：Q=1.05×50=52.5m3/s。

靜壓：容易時(shí)期H1=433.33+20×9.8=640Pa；

困難時(shí)期H2=571.16+20×9.8=768Pa。

2.2.2 通風(fēng)機(jī)選型

選用FBCZ-6-№18A型軸流通風(fēng)機(jī)兩臺(tái)，該風(fēng)機(jī)已經(jīng)安裝并投入運(yùn)行，通風(fēng)機(jī)特性曲線見(jiàn)圖1。

通風(fēng)網(wǎng)路曲線方程：Hmin=0.2322Q2，Hmax=0.2786Q2。通風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況如下：容易時(shí)期，Q1=52.5m3/s，H1=640Pa，β1=24°，η1=80%，軸功率N1=42kW；困難時(shí)期，Q2=52.5m3/s，H2=763Pa，β2=25°，η2=76%，軸功率N2=53kW。

圖1 FBCZ-6-№18A型通風(fēng)機(jī)運(yùn)行特性曲線圖

2.2.3 年電耗計(jì)算

2.2.4 百萬(wàn)立方米帕功耗計(jì)算

容易時(shí)期：

困難時(shí)期：

2.3 反風(fēng)措施

通風(fēng)機(jī)反風(fēng)時(shí)的特性曲線見(jiàn)圖2，通風(fēng)機(jī)反風(fēng)時(shí)的風(fēng)量、負(fù)壓：

Q1=80m/s為正常風(fēng)量的58%，H1=580Pa，η1=61%。

Q2=80m/s為正常風(fēng)量的58%，H1=720Pa，η1=69%。

通風(fēng)機(jī)反風(fēng)時(shí)的電動(dòng)機(jī)功率：

2.4 通風(fēng)機(jī)電控形式

通風(fēng)機(jī)的電控設(shè)備選用RNB6090型低壓變頻柜2臺(tái)。在通風(fēng)機(jī)廣場(chǎng)設(shè)置6/0.4kV變電站，設(shè)置S11-M-200/6 6/0.4kV 型電力變壓器2臺(tái)、GGD2型低壓配電柜5臺(tái)向通風(fēng)機(jī)、風(fēng)門蝶閥、照明及黃泥灌漿站分配電源。

圖2 FBCZ-6-№18A型通風(fēng)機(jī)反風(fēng)特性曲線圖

3 排水設(shè)備

3.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

礦井正常涌水量52.5m3/h，礦井最大涌水量61.9m3/h，排水高度279m。

3.2 設(shè)備選型

3.2.1 水泵的選擇

選用MD155-67×5型礦用離心式排水泵3臺(tái)。

3.2.2 排水管路

（1）排水管徑

（2）壁厚計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，排水管路選用Φ194×8型無(wú)縫鋼管二趟，吸水管選用Φ273×8型無(wú)縫鋼管。

3.2.3 管網(wǎng)曲線方程

（1）排水管揚(yáng)程損失

新管：Haf=60m；舊管：1.7×60=102m。

（2）吸水管中揚(yáng)程損失

Hsf=0.2m。

3.2.4 水泵運(yùn)行特性曲線和工況點(diǎn)

H新=56.8+0.000501Q2

H舊=56.8+0.000851Q2

水泵運(yùn)行工況特性曲線見(jiàn)圖3。

圖3 MD155-67×5型水泵單級(jí)運(yùn)行特性曲線圖

工況點(diǎn)：新管Q1=148m3/h，H1=68×5=340m，η1=74%

舊管Q2=132m3/h，H2=72×5=360m，η2=77%

3.2.5 電動(dòng)機(jī)選型計(jì)算

電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算

選用YB23553-2型防爆電動(dòng)機(jī)，每臺(tái)水泵配1臺(tái)。

3.2.6 排水能力

正常涌水時(shí)排水時(shí)間為12.3h，最大涌水時(shí)排水時(shí)間為7h。主排水系統(tǒng)見(jiàn)圖4。

圖4 主排水系統(tǒng)圖

3.2.7 年電耗

噸水百米電耗：

3.3 配電及控制

主變電所以6kV電壓向3臺(tái)220kW主排水泵供電。

4 壓縮空氣設(shè)備

4.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

本礦井井下礦井用氣設(shè)備情況如下：

氣腿式鑿巖機(jī) ：ZY-24型2臺(tái)，每臺(tái)耗氣量2.8m3/min；

風(fēng)鎬：G-10型4臺(tái)，每臺(tái)耗氣量1.2m3/min；

錨桿打眼機(jī)：MGJ-Ⅱ型3臺(tái)，每臺(tái)耗氣量3.1m3/min；

砼噴射機(jī)：轉(zhuǎn)子Ⅱ型2臺(tái)，每臺(tái)耗氣量5～8m3/min。

4.2 壓縮空氣站位置設(shè)置

壓縮空氣站位置選擇方案：目前國(guó)內(nèi)常用的有地面固定式壓縮空氣站及井下移動(dòng)式壓縮空氣站兩種布置方案。根據(jù)國(guó)家安全監(jiān)管總局文件要求，在地面設(shè)置空壓機(jī)房，與制氮機(jī)房聯(lián)合建筑，壓風(fēng)管由平硐敷設(shè)到井下。

4.3 礦井總用氣量計(jì)算

礦井總用氣量計(jì)算如下：

（1）按井下最大班人數(shù)的用氣量

（2）井下各掘進(jìn)工作面用氣總量

Q2=1.2×1.15×1.04×(2.8×1+1.2×3×0.9+3.1×3×0.9+8）=31.8m3/min

式中：

1.2-管路漏風(fēng)系數(shù)；

1.15-風(fēng)動(dòng)工具機(jī)械磨損耗氣量增加系數(shù)；

1.04-海拔高度修正系數(shù)。

4.4 空氣壓縮機(jī)設(shè)備選型方案

選用風(fēng)冷式螺桿空氣壓縮機(jī)可以節(jié)省水冷系統(tǒng)一套設(shè)備，節(jié)約用水，故選用螺桿式空氣壓縮機(jī)。其與傳統(tǒng)活塞式壓縮機(jī)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見(jiàn)表1。

4.5 空氣壓縮設(shè)備選型

根據(jù)礦井總用氣量為41.2m3/min，地面空壓站選用SRC-330SA型螺桿式空壓機(jī)2臺(tái)，礦井地面設(shè)ZSN-400D型制氮機(jī)400m3/h兩臺(tái)，配套空氣壓縮機(jī)，110kW，風(fēng)冷一臺(tái)，與礦井空氣壓縮機(jī)布置在同一機(jī)房?jī)?nèi)；地面空壓機(jī)采用聯(lián)合控制，根據(jù)用氣量的變化操控相應(yīng)數(shù)量的設(shè)備，起到節(jié)能降耗作用。

表1 壓風(fēng)設(shè)備選型比較表

4.6 配電與控制

礦井配備250kW、380V空壓機(jī)2臺(tái)，110kW、380V制氮機(jī)2臺(tái)。壓風(fēng)機(jī)、制氮機(jī)安裝在同一廠房?jī)?nèi)。從變電所6kV高壓不同母線段以YJV22-3.6/6 3×25型電纜各引接一回6kV電源為2臺(tái)壓風(fēng)機(jī)的電源。從變電所0.4kV低壓不同母線段以VV22-0.6/1 3×95+1×50型電纜各引接一回0.4kV電源為2臺(tái)制氮機(jī)的電源。壓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)設(shè)備采用壓風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠配套的起動(dòng)設(shè)備。制氮機(jī)選用JJR1115型軟啟動(dòng)器起動(dòng)。壓風(fēng)機(jī)、制氮機(jī)的風(fēng)冷電機(jī)的電源從制氮機(jī)的二回低壓電源各分接一回。設(shè)置一臺(tái)XL-21型低壓動(dòng)力配電箱向壓風(fēng)機(jī)、制氮機(jī)的風(fēng)冷電機(jī)分配低壓電源。

5 結(jié)論

（1）依據(jù)井下通風(fēng)方式及瓦斯含量對(duì)井下通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行了選型設(shè)計(jì)，主要包括電動(dòng)機(jī)的選型、年耗電量的計(jì)算，并給出了進(jìn)行反風(fēng)時(shí)的通風(fēng)機(jī)工作特性以及通風(fēng)機(jī)的電控形式。

（2）對(duì)井下排水設(shè)備和壓縮空氣設(shè)備進(jìn)行了選型設(shè)計(jì)，主要包括水泵的選擇、排水管路、電動(dòng)機(jī)、排水能力驗(yàn)算、壓縮空氣站位置、壓縮設(shè)備選型、配電與控制等。