煤礦主通風機更換選型與通風能力的核定

王瑞林

（山西寧武德盛煤業有限公司， 山西 寧武 036700）

引言

煤礦的主通風機是通風系統的核心設備，對于保障井下安全生產意義重大。可靠的通風設備可以為煤礦解決很多安全問題，例如稀釋瓦斯和粉塵的濃度，為作業人員提供新鮮風流等。但隨著通風設備的老化，將逐漸產生設備功耗高、噪聲偏大、通風效果減弱的影響[1-2]。因此當主通風機功率、風量無法滿足礦井通風需要時，需要對舊的通風設備進行重新選型更換。本文對礦井需風量、通風機經濟性、功能性進行了綜合的考慮，選擇FBCDZ 系列防爆軸流抽出式對旋主扇風機。

FBCDZ 型通風機在我國礦區有很多的應用案例，具有設備穩定性強、結構布局占用空間小的優點，但安裝調試較為復雜，一旦安裝方法不當或精準度不夠，就有可能產生機電故障或通風機無法正常工作。為了確保安裝過程對礦井生產影響較小，就必須要精準、迅速地進行安裝作業。

1 礦井通風條件

由德盛煤業井田的開拓布置可看出，礦井通風系統采用為中央分列式，主斜井和副斜井進風，回風立井回風。目前所布置的采區為兩掘一采，掘進工作面的通風方式為壓入式通風。經判定，該礦井為低瓦斯礦井，煤層中以吸附瓦斯為主并且煤塵具有爆炸性。

目前礦井主斜井、副斜井的工業場地配套設施齊全，回風立井已安裝有2 臺功率2×160 kW 型號為FBCDZ№25 型防爆軸流式通風機。其風量64~142 m3/s，風壓600~2 266 Pa。現運行風量6 900 m3/min，運行靜壓1 300 Pa，該風機2012 年2 月出廠，已經過多次維修。礦井總需風量為133 m3/s=7 854 m3/min。另外，附加15%的局部阻力，計算2 號煤層現回采20107 工作面負壓為933 Pa，5 號煤層現回采50205工作面負壓為1 817 Pa。

由于井田所處的煤層埋藏較淺，預計隨著井田深部煤層開采強度增大，瓦斯涌出量將有所增加，并且對通風線路也進行了調整，因此需要更換主要通風機，以確保礦井的安全生產。

2 通風設備的選型

在不影響原配采設計正常采掘接替的情況下，為了使礦井201、502 采區盡快形成有效的“二進一回”通風系統。德盛煤業將決定更換主通風機，并在跟換后布置2 個順槽掘進工作面與2 個回風下山掘進工作面，分別為502 采區50206 回風順槽、運輸順槽掘進工作面，202 采區、503 回風下山掘進工作面。對通風路線進行了調整。

2 號煤層20107 回采工作面：地面新風→主、副斜井→2 號煤層材料大巷/膠帶大巷→201 采區集中材料下山→201 采區運輸巷→20107 運輸順槽→20107 回采工作面→20107 回風順槽→20107 回風繞道→201 采區回風巷→2 號回風大巷→回風立井→地面；

5 號煤層50205 回采工作面：地面新風→主、副斜井→5 號煤層材料大巷/膠帶大巷→5# 煤集中運輸下山→502 采區運輸巷→50205 運輸順槽→50205 回采工作面→50205 回風順槽→502 采區回風巷→503 采區回風下山→5 號回風大巷→回風立井→地面。

2.1 風機所需風量及負壓

1）礦井所需風量QK=133 m3/s，新風機供風量Q應滿足式（1）的計算要求：

式中：K 為外部漏風系數，專用風井取1.05。

經計算，新風機供風量應大于139.65 m3/s。

2）風機需要的全壓H 為礦井負壓和通風設備阻力損失，見式（2）：

式中：h 為礦井回風負壓，取1 817 Pa；△h 為通風設備阻力損失，取150 Pa。

將相應數據代入式（2），風機需要的全壓H 結算結果為1 967 Pa。

2.2 通風機選擇

根據礦井所需風量及負壓和工業場地的規模，同樣設計維持采用FBCDZ 系列風機，但需要增大風機扇葉型號，因此確定選取FBCDZ№27 型對旋式軸流風機兩臺為德盛煤礦新的主風機設備[3]。該風機風量103~200 m3/s，風壓1 200~4 200 Pa，其中一臺工作、另一臺備用，可滿足礦井通風要求，其中風機網絡阻力系數R=0.125 6，通風特性曲線見圖1。

圖1 FBCDZ№27 型主通風機性能曲線

2.3 電動機的選擇

電動機的軸功率是電動機輸入給風機的功率，其計算見式（3）：

式中：K'為傳動系數，取1.1；Q 為風機風量，取139.65 m3/s；H 為風機風壓，取1 967 Pa；η 為風機在全壓時的效率，取0.8。

經計算電動機軸功率為377.7 kW。查FBCDZ-8-№27B 型軸流式通風機的配套電動機型號為YBFe560M1-8 兩臺，功率2×400 kW，電壓10 kV，轉速740 r/min，可以滿足風機需求。

2.4 風機供配電及控制

原風機房10 kV 配電室雙電源是由礦井變電所引進的。供電線路采用LJ-50 架空線（2×0.8 km）。兩回線路不共桿架設。任一回線路均能保證風機的正常運行。風機房配電室內設有14 臺XGN2－12 箱型金屬封閉式開關柜，風機雙電源經高壓固態軟啟動裝置配給對旋風機電機。更換風機后維持原供電電源線路不變，以10 kV 進行供電。根據以上計算，FBCDZ№27型風機供電需配備10 臺KYN28A-12 風機電動機的轉速控制，根據實際需風量（139.65 m3/s）、風速等參數對電機的轉速進行合理配置的調節。

供電室保護方面需采用微機綜合保護裝置對開關柜進行保護，并且各開關柜的每一保護功能單元可以做到與通信管理機直接管控，利用主控計算機通過RS485 通信接口進行通信，實現遠程遙控的各項功能。

按開關柜的功能不同，主要功能可以劃分為：

1）過負荷、低電壓保護、三段電流保護、斷路器合；

2）設備位置的監視監控，并支持信息的可調性；

3）遠程遙控（遙信、遙測）的功能，多元測量技術耦合等。

設立在通風機值班室內的微機在線監測預警系統可以做到對風機入口、電流、電壓、靜壓、全壓靜壓效率、風量、電機功率、風機軸承溫度、風機振動強烈度、電機繞組溫度、風機開停信號等參數的實時監測，同時可以通過通信接口將數據信息傳至礦井調度中心進行管控，實現風機房的無人化管理，保證進行風量充足、線路穩定以及設備的可靠運行。

3 風機場地的選擇

經過初步測算，更換后的風機對場地要求并沒有大幅提高，風機安置于原場地即可實現礦井90 萬t/年的生產要求。礦井回風立井工業場地布置有回風立井、風機房、風道、風井配電室、安全出口通道等設施，位于井田中部，由于現有工業場地已形成，本次設計對現有工業場地不進行重新布置。但通風機房通風機較高的噪聲，影響到周圍環境，要按照《工業企業廠界環境噪聲排放標準》二類標準的要求，采取相關控制措施，減小噪聲，以減弱對周圍環境的影響。同時為了確保井口免受洪水的影響，必須要保證雨季順利排洪。

4 結語

從德盛煤礦開拓方案可以看出，202、503 采區回風下山建成后，礦井現生產201、502 采區與202、503采區均可形成有效的“二進一回”的通風系統。德盛煤礦選擇了兩臺FBCDZ№27 型對旋式軸流風機（一用一備），對提高礦井通風系統的穩定性、可靠性和安全性有很大的幫助，解決了采區集中材料下山專用巷風量不足的問題。同時，能夠有效降低通風阻力，簡化通風系統，保證通風機效率，達到現代化礦井建設要求，即在線監測、遠程控制、無人值守。