礦井通風風量計算及通風設備選型研究

梁興亮

（山西離柳焦煤集團兌鎮煤礦，山西 孝義 032300）

引言

礦井通風是實現煤炭安全高效開采的基礎，合理確定通風系統風量、通風路線等，可有效降低井下各作業點有害氣體、粉塵等濃度[1-2]。隨著生產時間增加，采掘范圍以及采掘深度等不斷增大，通風長度以及阻力等均有所增加，對地面回風井主要通風機提出更高要求[3-6]。山西某礦生產時間已超過30年，經過多次技改產能提升至300萬t/年，隨著生產能力增加，地面通風機出現運行工況不合理、能耗高等問題，為此，本文采用理論計算方法確定礦井生產期間風量并合理確定地面主要通風機，以期更好地促進礦井通風以及煤炭開采工作開展。

1 山西某礦通風系統概況

山西某礦為資源整合礦井，井田開采面積25.67 m2、設計產能300萬t/年，開采8號、9號、12號等煤層。現階段礦井生產集中在8號煤層，該煤層原始瓦斯含量在5.6 m3/t以內，具有自燃發火危險性。礦井通風系統為分列式，機械式通風。

礦井共有4個井筒（三進一回），即主斜井、排水平硐及副平硐進風、回風斜井回風。回風斜井地面布置的通風機型號為FBCDZNo27軸流式風機、葉片角39/27°，通風風壓340～2 800 Pa、通風風量100～234 m3/s、配套電機功率2×450 kW，現場實測通風系統阻力為2 019 Pa。受到井下生產布局更改影響，礦井存在通風能力不足、主要通風機使用時間長且無法滿足后續礦井用風需要。為此，本文依據井下生產情況，合理確定通風風量需要，并依據通風需要合理確定主要通風機型號及配套電機功率。

2 礦井通風風量計算

通風量需滿足采掘作業面、機電硐室、防爆機車等需要[7-8]。

2.1 綜采工作面需風量計算

2.1.1 按作業人員計算

按照綜采工作面作業人員對需風量Q采1進行計算，具體公式為：

式中：N為綜采面作業人員數量。

正常情況下綜采工作面作業人員數量最多為52人，交接班時作業人員最多為104人，則按照人數計算得到綜采工作面需風量Q采1=4×104=416 m3/min。

2.1.2 按氣象條件確定

按照氣象條件計算需風量Q采2，具體公式為：

式中：S采為采面有效通風斷面積，m2；v采為采面適宜通風風速，m/s；k采高為開采高度調整系數；k斜長為采面斜長調整系數。

根據現場條件取S采=16.66m2、v采=1.5 m/s、k采高=1.2、k斜長=1.4。將上述參數帶入式（2）求得Q采2=1 763.3 m3/min。

2.1.3 按瓦斯涌出量計算

按照開采的煤層瓦斯涌出量確定需風量Q采3，具體公式為：

式中：q采為瓦斯絕對涌出量，m3/min；k采為瓦斯涌出不均衡系數。

根據現場情況取q采=2.10 m3/min、k采=1.7，并將上述參數帶入式（3）求得Q采3=357.0 m3/min。

經過上述計算得出，綜采工作面正常生產時需風量為1 763.3 m3/min。

2.2 掘進需風量計算

掘進需風量可按現場作業人員、瓦斯涌出以及局部通風機吸風量等確定，并取計算結果最大值。

2.2.1 按作業人員計算

按作業人員計算需風量Q掘1，具體公式為：

式中：N為掘進工作面作業人員。

正常情況下掘進工作面人員控制在10人，若交接班時人數最多為20人，取N=20并帶入式（4），求得Q掘1=80 m3/min。

2.2.2 按巷道瓦斯涌出量計算

教學信息化是一項長期而艱巨的任務，如何將現代信息技術有效地運用于教學中是每一位教師必須面對和思考的問題，教學模式轉變的前提是思維模式的轉變和教育理念的創新和改變，在引入信息技術的同時充分體現校本特色，以信息化教學促進教學質量的提高，進一步優化人才培養質量，為社會輸送更多高素質人才。

按照掘進巷道瓦斯涌出計算需風量Q掘2，具體計算公式為：

式中：q掘為掘進期間絕對瓦斯涌出量，m3/min；k掘為瓦斯涌出不均衡系數。

根據現場情況取q掘=0.34 m3/min、k掘=1.7，將上述參數帶入式（5）求得Q掘2=57.8 m3/min。

2.2.3 按局部通風機吸風量確定

掘進用FBDNo6.3/2×30局部通風機、配合1 000 mm直徑風筒供風，局部通風機一用一備，風量330～520 m3/min。按吸風量計算需風量Q掘3：

式中：Q掘通為通風機吸風量，m3/min；I掘通為通風機同時工作數；S掘為掘進斷面，m2。

根據現場實際條件，取Q掘通=520 m3/min、I掘通=1、S掘=18.7 m2，將上述參數帶入式（6）求得Q掘3=800.5 m3/min。

經過上述計算得出，掘進巷道正常生產時需風量為800.5 m3/min。礦井共有2個掘進隊，1個掘進隊負責3個巷道（1個已掘、1個正掘以及1個接替掘進巷道），掘進工作接替及停掘期間不停止供風，則巷道掘進總需風量為Q掘=6×800.5=4 803 m3/min。

2.3 防爆機車需風量

式中：ni為井下i點位置布置防爆機車數量；Pi為井下i位置機車功率，kW；Ki為配風系數，1臺、2臺、3臺取值分別為1、0.75、0.5。

根據井下膠輪車布置情況，計算得Q車=2 080.8 m3/min。

2.4 獨立硐室需風量

井下有變電所、避難硐室等，上述硐室均需要獨立通風。具體風量計算時可依據硐室內設備裝機功率確定，井下硐室裝機功率共計3 780 kW，中央變電所、7采區采區變電所及8采區變電硐室裝機功率分別為2×315 kW、2×630 kW、2×（315+630）kW，機電硐室需要風量可通過下述公式計算：

式中：W硐為硐室內裝機功率，取3 780 kW；θ硐為發熱系數，取0.04；ρ為硐室空氣密度，取1.2 kg/m3；Cp為空氣定壓比熱，取1.006 kJ/（kg·K）；△t為硐室進、回風流溫差，取3～5℃。

依據井下情況計算得到Q硐1=1 888.8 m3/min，其他硐室需風量Q硐2=240 m3/min，井下硐室總需風量Q硐=2 128.8 m3/min。

2.5 備用采面及其他巷道需風量

備用采面需風量按照采面風量50%計算，具體備用采面需風量Q備=881.7 m3/min，其他巷道需風量按照Q其=1200 m3/min計算。

2.6 礦井總需風量

礦井各位置需風量計算結果見表1。

表1 各位置需風量計算結果 m3/min

礦井總需風量為采掘工作面、機電硐室等井下各位置需風量總和，具體可通過下述公式計算：

式中：k礦通為通風系數，取值1.3。

經過計算求得Q總=16 714.9 m3/min=278.6 m3/s。

3 主要通風設備選型

通過計算得出礦井總需風量為278.6 m3/s，在通風容易以及通風困難時通風負壓hmin、hmax分別為1 651.4 Pa、2 136.2 Pa。

考慮到通風期間存在一定漏風情況，則選用的主要通風機供風量可通過下述公式計算：

式中：K為漏風系數，取1.05。則主要通風機供風量應超過2 91.9 m3/s。

礦井通風容易以及困難時主要通風機提供風壓Hmin、Hmax計算公式分別為：

式中：△h為主要通風機通風阻力損失，取值150 Pa。計算得到Hmin、Hmax分別為1 801.4 Pa、2 286.2 Pa。

依據生產時通風機提供風量以及風壓需要，并結合其他礦井主要通風機使用情況，選擇采用FBCDZ-12-No38B風機，提供的風壓范圍為1 050～3 800 Pa、風量范圍為192～416 m3/s，風壓及風量均可滿足通風需要。配套采用的電機為YBFe900S2-12，額定電壓為10 kV、功率為2×800 kW、電機轉速為490 r/min。具體選用的通風機性能曲線如下頁圖1所示。

4 結語

圖1 通風機性能曲線

根據現場實際情況并結合相關要求對礦井總需風量進行計算，計算得到總需風量為278.6 m3/s，在通風容易以及通風困難時通風風壓分別為1 651.4 Pa、2 136.2 Pa。確定采用的主要通風機提供風量應大于291.9 m3/s、風壓應超過2 286.2 Pa，最終選擇采用FBCDZ-12-No38B風機、配套電機為YBFe900S2-12。選用的主要通風機可滿足礦井整個生命周期通風需要，同時電機采用變頻控制可實現無極調速，降低主要通風機能耗。