產能提升情況下礦井通風機的選型和能力核定

邊燕梅

（山西安標檢驗認證有限公司， 山西 太原 030031）

引言

礦井主通風機的選型直接關系到礦井生產、人員安全及耗電成本等一系列問題。根據《煤炭安全規程》的要求，通風機的選型必須根據煤礦正常生產的風量進行選擇，并嚴格按照要求進行風量的核定[1-2]。根據核算結果，提出風量規劃的意見及安全措施，將其作為現有通風條件下礦井安全生產的重要依據。

1 通風機選型的基本原則

通風機的選型應該嚴格遵循可靠性、適用性和經濟性三大原則。可靠性是指通風機的尺寸規格、臺數、安置方式都應符合相關規定，并且設備運行穩定，維修方便；適用性是指設備的選型需要滿足礦井不同階段的風量輸送，不僅要考慮到礦井初期，還應考慮到未來發展，要求可以服務于礦井整個開采階段；經濟性是指對風機的設備成本、運維成本、能耗情況進行綜合考慮，選取最經濟的風機方案。靈石某礦現將產能提升至90 萬t/年，對兩種常用的風機型號——FBCDZ№24 型礦用對旋軸流式通風機和G4-73-11型離心式通風機的優缺點進行對比，結果如下：

方案1：FBCDZ№24 型礦用對旋軸流式通風機采用對旋式結構，具有風機效率高、節能減噪等優點，最高裝置靜壓效率超過85%。該型號風機適用于風量變化小、阻力變化大的礦井[3]。風機有多種工況支持條件，當設備啟動時，閘門的開關狀態較容易控制，可選擇半開或全開模式，葉輪葉片安裝角的調節方法簡單且經濟。但風機是采用反轉反風進行風流的改變，雖操作簡單但穩定性較差。

方案2：G4-73-11 型離心式通風機同樣在工作效率、節能減噪和結構系統方面具有優勢。但該通風機尺寸較大，使用時需專門修建通風機房，且風機產生的風量小，適用于風量變化大、阻力變化小的礦井[4]。

通過上述兩種風機選型的對比發現，FBCDZ№24型礦用對旋軸流式通風機更適用于本礦井實際通風生產，因此以方案1 為通風設備選型的首選，即在回風立井井口安裝2 臺FBCDZ№24 型礦用對旋軸流式通風機，1 臺工作，另1 臺備用，配套電機功率2×185 kW，電壓380 V。備用通風機能夠在10 min 內啟動。風量范圍70~150 m3/s，風壓范圍2 625~2 750 Pa。

2 礦井需風量計算

本礦井設計能力為90 萬t/年，礦井絕對瓦斯涌出量為2.65 m3/min，相對瓦斯涌出量為1.38 m3/t；回采最大絕對瓦斯涌出量0.9 m3/min，掘進最大絕對瓦斯涌出量0.34 m3/min，鑒定為低瓦斯礦井，各工作面實際需風量計算如下[5]。

2.1 采煤工作面實際需風量

本礦井一采一掘，根據采掘計劃顯示，將開采100203 工作面，該工作面的最大需風量按氣象條件取值為最大需風量，計算公式見式（1）。

式中：Q采為采煤工作面實際需風量，m3/min；V采為采煤工作面的風速，取1.0 m/s；S采為采煤工作面的平均有效斷面積，取16.67 m2；K采高為采煤工作面采高調整系數，取1.1；K采長為采煤工作面長度調整系數，取1.1。

將相關數據代入式（1）得：Q采=831.8 m3/min。

2.2 掘進工作面實際需風量

每個掘進工作面實際需風量應按瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、工作人員、爆破后的有害氣體產生量以及局部通風機的實際吸風量取其中最大值而定。本礦井配備兩個順槽掘進工作面，并考慮備用一個停掘不停風掘進工作面。經分析，局部通風機的實際吸風量為掘進工作面最大需風量，按式（2）進行計算:

式中：Q掘為掘進工作面需風量，m3/min；Q局為局部通風機實際吸風量（根據礦方提供掘進面作業規程，掘進面局部通風機最大實際吸風量為450 m3/min）；0.25為有瓦斯涌出的巖巷、半煤巖巷和煤巷允許的最低風速；S掘為局部通風機安裝地點到回風口間的巷道最大斷面積，其中S運輸順槽=11.2 m2、S回風順槽=11.2 m2。

經計算：Q掘=Q運輸順槽與Q掘=Q回風順槽均為618 m3/min，考慮一個停掘不停風掘進工作面，風量同樣為618 m3/min，則掘進工作面實際需風量Q掘總計為1 854 m3/min。

2.3 獨立通風硐室的需風量

本礦井有獨立通風硐室3 個，即消防材料庫與兩個采區變電所，按經驗值需風量為60~140 m3/min，取配風量為120 m3/min，則獨立通風硐室需風量Q硐=120×3=360 m3/min。

2.4 其他用風巷道實際需風量

井下其他用風巷道ΣQ其他所需風量，按經驗公式取巷道總風量的5%進行計算，即式（3）：

經計算，ΣQ其他為137.1 m3/min。

2.5 礦井總需風量

礦井井下總需風量即為井下所有巷道需風量之和，但根據實際經驗需要超出該值20%（k 為需風系數），具體見式（5）：

經計算，礦井總需風量Q總為3 819.5 m3/min。

2.6 礦井通風能力計算

根據對礦井各用風地點的實際需風量的計算，FBCDZ№24 型礦用對旋軸流式通風機可滿足礦井5 000 m3/min 的通風能力。可安排1 個10 號煤綜采工作面、兩個順槽掘進工作面同時生產，同時滿足相關備用工作面、硐室及其他巷道的通風需要。

3 礦井通風能力驗證

礦井現有兩臺FBCDZ№24 型礦用對旋軸流式通風機，分別標注為1 號和2 號。正常生產時運行1 號主要通風機，目前礦井實際總進風5 204 m3/min，總回風5 256 m3/min，滿足井下需風量的要求。根據通風機性能曲線圖（圖1），1 號風機實際工況點M1 風量93.5 m3/s，風壓2 241.3 Pa，小于風壓曲線最高風壓2 625 Pa 的90%，風機軸功率250 kW，小于風機額定功率370 kW，靜壓效率31.2%。主要通風機的工況點處在風機性能曲線“駝峰”的右側，在合理工作范圍之內，整個工況運行穩定。

圖1 通風機性能曲線示意圖

4 結語

為確保煤礦產能提升后，通風系統安全可靠、供風充足，通過現場監測和理論計算對FBCDZ№24 型礦用對旋軸流式通風機進行了詳細工況統計。礦井主要通風機實際運行工況點處于安全、穩定、合理、可靠的范圍之內，主風機滿足礦井總需風量3 819.5 m3/min 的要求。采煤、掘進工作面均實現了獨立通風，并無串聯通風存在，可以滿足礦井90 萬t/年產能的需求。通過校驗計算及現場試用為其他相似礦井設備選型提供借鑒。