黃陵一號煤礦主通風(fēng)機改造方案設(shè)計

黃宇

（中煤西安設(shè)計工程有限責(zé)任公司，陜西 西安710054）

礦井主通風(fēng)機是向井下輸送空氣的設(shè)備，負責(zé)將適量的新鮮空氣沿著設(shè)定的路線連續(xù)不斷地送入井下，滿足采煤工作面、掘進工作面、各硐室及井下其他用風(fēng)地點的需要，并將這些地點的污濁空氣連續(xù)不斷地排出井口，是礦井生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，關(guān)系著礦井的生產(chǎn)和井下工作人員的生命安全。如果通風(fēng)機停止運轉(zhuǎn)達一定時間，井下人員就必須撤出，礦井生產(chǎn)停止，故通風(fēng)機可靠性及風(fēng)機倒換的效率要求較高；礦井主通風(fēng)機的電耗平均約占煤礦電耗的8%～15%，故對其經(jīng)濟技術(shù)合理性也應(yīng)予以充分考慮。結(jié)合黃陵一號煤礦三號風(fēng)井通風(fēng)機改造項目，對礦井主通風(fēng)機改造方案進行分析討論。

1 概 況

黃陵一號煤礦位于陜西省黃陵縣城西北約25 km處，距店頭鎮(zhèn)1.5 km。礦井設(shè)計生產(chǎn)能力6.0 Mt/a。根據(jù)礦井生產(chǎn)規(guī)劃，四號風(fēng)井投入運行后，二號風(fēng)井將停止使用，礦井由三號、四號風(fēng)井回風(fēng)，其中，三號風(fēng)井主要承擔(dān)井下六、八盤區(qū)的通風(fēng)任務(wù)，并考慮最遠端服務(wù)至十三盤區(qū)北部邊界。三號風(fēng)井通風(fēng)風(fēng)量240 m3/s，通風(fēng)負壓初期（即礦井現(xiàn)狀）1 779.7 Pa，后期（即規(guī)劃后期）3 539.8 Pa。

三號風(fēng)井現(xiàn)有風(fēng)機為FBCDZ-8-№26型礦用防爆對旋軸流通風(fēng)機2臺，1用1備，通風(fēng)機露天放置，配套絞車式垂直進風(fēng)門及水平進風(fēng)門各2個，安裝于風(fēng)門間內(nèi)。由于該風(fēng)機服務(wù)年限較長（近20 a），日常運行時存在故障率高、噪音大、效率低（約為65%）等問題，且無法滿足礦井規(guī)劃后期風(fēng)量負壓要求，擬更換該風(fēng)機，并對三號風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)進行升級改造。

2 通風(fēng)機改造方案

依據(jù)國家發(fā)展改革委等部門2014年5月6日下發(fā)的《關(guān)于加強煤礦井下生產(chǎn)布局管理控制超強度生產(chǎn)的意見》（發(fā)改運行[2014]893號），我國煤礦新建或改擴建多采用FBCDZ系列防爆對旋軸流式通風(fēng)機和軸流式通風(fēng)機，如圖1所示。

圖1 通風(fēng)機實物Fig.1 Ventilators

（1）防爆對旋軸流式通風(fēng)機。該型通風(fēng)機安裝簡單方便，施工周期短。通風(fēng)機為直接反轉(zhuǎn)反風(fēng)，操作簡單。但通風(fēng)機電機安裝在風(fēng)機輪轂內(nèi)，葉片安裝在電動機軸上，故電動機散熱條件差，不便于維修，且須選用隔爆型電機，提高了整機造價。通風(fēng)機葉片角度可調(diào)范圍較窄，一般小于18°，實際應(yīng)用中多采用變頻調(diào)速技術(shù)提高通風(fēng)機工況調(diào)節(jié)范圍。通風(fēng)機工況曲線顯示通風(fēng)機效率最高可達85%，但實際運行平均效率在60%左右。

（2）軸流式通風(fēng)機。該型通風(fēng)機電動機為外置電機，電動機散熱條件好，便于維修，但需加建電動機遮雨棚或電機間。通風(fēng)機有短軸布置和長軸布置兩種布置形式，可靈活適應(yīng)風(fēng)井場地條件。通風(fēng)機亦可直接反轉(zhuǎn)反風(fēng)。通風(fēng)機葉片調(diào)節(jié)范圍大，為40°～50°，特性曲線覆蓋范圍較廣，可配套動葉可調(diào)系統(tǒng)實時調(diào)節(jié)風(fēng)機角度，能較好適應(yīng)煤礦井下不斷變化的通風(fēng)環(huán)境。曲線顯示通風(fēng)機效率可達87%，也可配套電動機變頻控制系統(tǒng)進一步提高通風(fēng)機工況調(diào)節(jié)范圍。

根據(jù)黃陵一號煤礦礦井規(guī)劃通風(fēng)風(fēng)量負壓及國內(nèi)大型煤礦常用通風(fēng)機應(yīng)用案例，提出3種通風(fēng)機改造方案。

方案一：三號風(fēng)井井口附近安裝2臺FBCDZ№36型防爆對旋軸流式通風(fēng)機，1臺工作，1臺備用，通風(fēng)機轉(zhuǎn)速580 r/min；每臺通風(fēng)機配套YBF型風(fēng)機專用隔爆變頻電動機2臺，功率2×900 kW，電壓10 kV，同步轉(zhuǎn)速600 r/min；風(fēng)機電動機采用變頻調(diào)速技術(shù)。

方案二：三號風(fēng)井井口附近安裝2臺GAF

26.5型軸流式通風(fēng)機，1臺工作，1臺備用，通風(fēng)機轉(zhuǎn)速990 r/min；每臺通風(fēng)機配套Y型變頻電動機1臺，功率1 600 kW，電壓10 kV，同步轉(zhuǎn)速1 000 r/min；風(fēng)機電動機采用變頻調(diào)速技術(shù)。

方案三：三號風(fēng)井井口附近安裝2臺GAF 26.5型軸流式通風(fēng)機，1臺工作，1臺備用，通風(fēng)機轉(zhuǎn)速990 r/min；每臺通風(fēng)機配套Y型電動機1臺，功率1 600 kW，電壓10 kV，同步轉(zhuǎn)速1 000 r/min。

上述3個方案經(jīng)濟對比見表1。

表1 通風(fēng)機選型方案對比Table 1 Comparison of fan selection scheme

由表1可知，由于防爆對旋軸流式通風(fēng)機運行效率較低，運行年電費有較大劣勢，故此次通風(fēng)機改造選型方案推薦采用GAF型軸流式通風(fēng)機。根據(jù)黃陵一號礦井生產(chǎn)規(guī)劃，井下開拓至規(guī)劃后期約為9～10 a，綜合考慮設(shè)備投資及運行費用，此次改造方案通風(fēng)機選型推薦采用方案二，通風(fēng)機更換利用部分原有基礎(chǔ)及軌道，不建通風(fēng)機房，電動機采用長軸布置形式，充分利用原有場地。

3 風(fēng)門改造方案

三號風(fēng)井風(fēng)門間內(nèi)裝有絞車式垂直進風(fēng)門及水平進風(fēng)門各2個，目前工作情況良好，運行時略有卡頓，但由于設(shè)計時間較早，風(fēng)門運行方式為手動控制，故此次改造對風(fēng)門更換方式提出如下3種方案。

方案一：繼續(xù)利用現(xiàn)有風(fēng)門。

方案二：拆除現(xiàn)有風(fēng)門，在現(xiàn)有風(fēng)門位置安裝旋葉式垂直風(fēng)門及旋葉式水平風(fēng)門，并配套不停風(fēng)倒機系統(tǒng)。

方案三：保持現(xiàn)有風(fēng)門系統(tǒng)不變，在拆除現(xiàn)有通風(fēng)機后在風(fēng)道接口處安裝旋葉式垂直風(fēng)門及風(fēng)機測試風(fēng)筒，并配套不停風(fēng)倒機系統(tǒng)。

上述3個方案經(jīng)濟對比見表2。

表2 風(fēng)門改造方案對比Table 2 Comparison of damper renovation scheme

經(jīng)現(xiàn)場測試，現(xiàn)有風(fēng)門系統(tǒng)完成倒換風(fēng)機操作時間約為6～8 min，能滿足《煤礦安全規(guī)程》（2016）要求。經(jīng)多個礦井調(diào)研后得知，安裝有不停風(fēng)倒機系統(tǒng)的通風(fēng)機站，風(fēng)機倒換時先啟動備用風(fēng)機并打開其配套水平風(fēng)門，待備用風(fēng)機運轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，開啟垂直風(fēng)門，使備用風(fēng)機接入井下通風(fēng)系統(tǒng)，在此過程中，同時關(guān)閉工作風(fēng)機的垂直風(fēng)門，開啟工作風(fēng)機水平風(fēng)門，最后關(guān)閉工作風(fēng)機及其配套水平風(fēng)門，完成風(fēng)機倒換作業(yè)。風(fēng)機倒換過程耗時約為40～100 s，倒換過程中井下不停風(fēng)，僅出現(xiàn)輕微風(fēng)量波動，能有效降低井下瓦斯積聚可能性，有利于礦井通風(fēng)安全，故此次改造中建議更換配套不停風(fēng)倒機系統(tǒng)的旋葉式風(fēng)門。

由于原有風(fēng)門澆筑于風(fēng)道內(nèi)，拆除原有風(fēng)門需鑿除已有風(fēng)道，工程量較大，故此次改造中風(fēng)門改造方案建議采用方案三，保持現(xiàn)有風(fēng)門系統(tǒng)不變，在風(fēng)道接口處新安裝風(fēng)門及不停風(fēng)倒機系統(tǒng)。

4 通風(fēng)機改造成果分析

黃陵一號煤礦三號風(fēng)井通風(fēng)機已完成改造近1 a，目前通風(fēng)機運行風(fēng)量為245 m/s2，負壓約2 100 Pa，通風(fēng)機效率由原風(fēng)機的65%提高到83%以上，在礦井改造后初期每年即可節(jié)約電能約200×104kW·h。按工業(yè)用電0.6元/kW·h計，每年可節(jié)約電費120萬元；按每節(jié)約1 kW·h電能相當(dāng)于減少1 kgCO2排放量計，每年可減少CO2排放量約2 000 t，取得了可觀的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。

5 結(jié) 論

綜合此次通風(fēng)機改造方案設(shè)計，可得以下結(jié)論。

（1）對旋軸流式和軸流式通風(fēng)機結(jié)構(gòu)區(qū)別較大，各有優(yōu)缺點，兩種風(fēng)機均能滿足礦井通風(fēng)要求，綜合考慮下，軸流式通風(fēng)機葉片角度調(diào)節(jié)范圍大，對礦井初、后期不同風(fēng)量負壓適應(yīng)性更強，礦井通風(fēng)改造時可優(yōu)先考慮選用軸流式通風(fēng)機。

（2）生產(chǎn)礦井改造中初、后期通風(fēng)風(fēng)量負壓跨度較大的，應(yīng)采用變頻調(diào)速技術(shù)降低通風(fēng)機轉(zhuǎn)速，使通風(fēng)機始終運行于高效區(qū)工況范圍內(nèi)，達到節(jié)能減排的目的。

（3）不停風(fēng)倒機系統(tǒng)操作方便可靠，提高了通風(fēng)機倒換過程的效率和安全性，同時提高了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的智能化水平，是風(fēng)機倒換系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，在煤礦主通風(fēng)機改造中應(yīng)優(yōu)先考慮。