煤礦通風(fēng)風(fēng)量?jī)?yōu)化及設(shè)備選型淺析

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摘要：針對(duì)沙坪煤礦通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，通過(guò)對(duì)采煤、掘進(jìn)、硐室、礦用防爆機(jī)車(chē)、備用面及其它地點(diǎn)需要風(fēng)量的計(jì)算，得出礦井優(yōu)化總需求風(fēng)量。進(jìn)一步對(duì)礦井相對(duì)容易和困難2個(gè)時(shí)期需風(fēng)量、礦井負(fù)壓等計(jì)算，根據(jù)通風(fēng)機(jī)特性曲線和通風(fēng)網(wǎng)路特性曲線，進(jìn)行了主要通風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)設(shè)備選型，并對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改造，實(shí)現(xiàn)礦井主通風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行，具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：風(fēng)量；計(jì)算；通風(fēng)機(jī)；選型

1礦井概況

山西晉神沙坪煤業(yè)有限公司隸屬山西省晉神能源有限責(zé)任公司，2004年根據(jù)山西省政府“資源整合，關(guān)小建大”的煤炭產(chǎn)業(yè)政策，由山西省煤炭運(yùn)銷(xiāo)總公司與原神華集團(tuán)公司聯(lián)合組建。沙坪煤業(yè)地處山西省河曲縣城南30km，井田面積為22.59km2，核定生產(chǎn)能力為3.0Mt/a，批準(zhǔn)開(kāi)采8、9、10、11、12、13號(hào)煤層。該礦屬瓦斯礦井，煤塵有爆炸性，煤層自燃傾向?yàn)樽匀?，瓦斯涌出量小，礦井風(fēng)量較大。采用機(jī)械抽出式通風(fēng)方法，分列式通風(fēng)系統(tǒng)。

2礦井通風(fēng)現(xiàn)狀

該礦目前采用機(jī)械抽出式通風(fēng)方式，中央分列式通風(fēng)系統(tǒng)。主斜井、副平硐、排水平硐進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)斜井回風(fēng)?；仫L(fēng)井采用2臺(tái)FBCDZ№27型軸流式通風(fēng)機(jī)，功率為2×450kW。風(fēng)量100~234m3/s，風(fēng)壓3300~1060Pa，葉片角度39/37°?，F(xiàn)有回風(fēng)井口位置不合適，排水平硐不適合繼續(xù)使用，通風(fēng)能力余量不足，主要通風(fēng)機(jī)不具備現(xiàn)代化礦井要求，實(shí)測(cè)礦井通風(fēng)阻力2015Pa，主要通風(fēng)機(jī)處于不合理工況點(diǎn)運(yùn)行，需要更換。

3礦井總需風(fēng)量計(jì)算

3.1采煤工作面需風(fēng)量計(jì)算

（1）按采煤工作面同時(shí)作業(yè)人數(shù)計(jì)算。式中：Q采為采煤工作面風(fēng)量，m3/min；N為采煤工作面同時(shí)工作的最多人數(shù)，工作面正常工作人員50人，另考慮帶班人員2人，計(jì)算交接班時(shí)最大人數(shù)為104人；4為每人需風(fēng)量不小于4m3/min。（2）按氣象條件計(jì)算。式中：Q采為采煤工作面風(fēng)量，m3/min；v采為采煤工作面的適宜風(fēng)速，m/s，取1.5m/s；S采為采煤工作面平均有效斷面面積，m2，按最大和最小控頂有效斷面的平均值計(jì)算為16.66m2；k采面高為采煤工作面采高調(diào)整系數(shù)，取1.2；k采面長(zhǎng)為采煤工作面長(zhǎng)度調(diào)整系數(shù)，取1.0；60為單位換算產(chǎn)生的系數(shù)；70%為有效通風(fēng)斷面系數(shù)。（3）按瓦斯涌出量計(jì)算。式中：Q采為采煤工作面風(fēng)量，m3/min；q采為采煤工作面回風(fēng)流中平均絕對(duì)瓦斯涌出量，m3/min，為1.05m3/min；k采為采煤工作面瓦斯涌出不均勻的備用風(fēng)量系數(shù)，取1.7；100為按采煤工作面回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛炔怀^(guò)1%的換算系數(shù)。按照《煤礦安全規(guī)程》，式（1）~式（3）計(jì)算的最大值1763.29m3/min，作為該采煤工作面風(fēng)量，采煤工作面總需風(fēng)量ΣQ采=1763.29m3/min。

3.2掘進(jìn)工作面需風(fēng)量計(jì)算

（1）按掘進(jìn)工作面同時(shí)作業(yè)人數(shù)計(jì)算。式中：Q掘?yàn)榫蜻M(jìn)工作面風(fēng)量，m3/min；N為掘進(jìn)工作面同時(shí)工作的最多人數(shù)，按交接班時(shí)，兩班考慮，最大人數(shù)為20人；4為每人需風(fēng)量不小于4m3/min。（2）按瓦斯涌出量計(jì)算。式中：Q掘?yàn)榫蜻M(jìn)工作面風(fēng)量，m3/min；q掘?yàn)榫蜻M(jìn)工作面絕對(duì)瓦斯涌出量，m3/min，為0.17m3/min；k掘?yàn)榫蜻M(jìn)工作面瓦斯涌出不均衡通風(fēng)系數(shù)，取1.7；100為按掘進(jìn)工作面回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛炔怀^(guò)1%的換算系數(shù)。（3）按局部通風(fēng)機(jī)最大額定吸風(fēng)量計(jì)算。該礦掘進(jìn)工作面配備2臺(tái)FBD№6.3/2×30型局部通風(fēng)機(jī)，一開(kāi)一備，局部通風(fēng)機(jī)吸入風(fēng)量為330～520m3/min。式中：Q掘?yàn)榫蜻M(jìn)工作面風(fēng)量，m3/min；Q掘通為掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)最大額定吸風(fēng)量，m3/min，為520m3/min；I掘通為掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)同時(shí)通風(fēng)臺(tái)數(shù)，取1；S掘?yàn)榫蜻M(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)安裝地點(diǎn)到回風(fēng)口間巷道最大斷面積，m2，為18.7m2；60為單位換算產(chǎn)生的系數(shù)；0.25為有瓦斯涌出允許的最低風(fēng)速，m/s。按照《煤礦安全規(guī)程》，取式（4）~式（6）條件計(jì)算的最大值800.5m3/min，作為該掘進(jìn)工作面需風(fēng)量。全礦井現(xiàn)配備2個(gè)綜掘隊(duì)，每隊(duì)2組綜掘工作面交替掘進(jìn)，考慮到礦井采掘接替時(shí)掘進(jìn)巷道停掘不停風(fēng)的原則，每隊(duì)一個(gè)接替掘進(jìn)工作面，能夠滿足礦井的正常接替，掘進(jìn)工作面總需風(fēng)量ΣQ掘=800.5×6=4803m3/min。

3.3礦用防爆機(jī)車(chē)需風(fēng)量計(jì)算

該礦18301工作面輔運(yùn)順槽同時(shí)工作1臺(tái)5t無(wú)軌膠輪車(chē)（功率為75kW/臺(tái)），18302工作面輔運(yùn)順槽同時(shí)工作2臺(tái)3t無(wú)軌膠輪車(chē)（功率為45kW/臺(tái)），大巷及其它地方同時(shí)工作4臺(tái)5t無(wú)軌膠輪車(chē)（功率為45kW/臺(tái)）和4臺(tái)3t無(wú)軌膠輪車(chē)（功率為45kW/臺(tái)），同時(shí)，在掘進(jìn)工作面配風(fēng)時(shí)已按局部通風(fēng)機(jī)的最大吸風(fēng)量進(jìn)行了配風(fēng)，風(fēng)量大于膠輪車(chē)需風(fēng)量，故計(jì)算時(shí)不考慮掘進(jìn)工作面機(jī)車(chē)需風(fēng)量。式中：ΣQ車(chē)為風(fēng)量礦用防爆機(jī)車(chē)需風(fēng)量，m3/min；ni為第i個(gè)地點(diǎn)膠輪車(chē)的臺(tái)數(shù)；Pi為第i個(gè)地點(diǎn)膠輪車(chē)的功率，kW；Ki為配風(fēng)系數(shù)，第i個(gè)地點(diǎn)使用1臺(tái)膠輪車(chē)時(shí)，Ki為1；第i個(gè)地點(diǎn)使用2臺(tái)膠輪車(chē)時(shí)，Ki為0.75；第i個(gè)地點(diǎn)使用3臺(tái)及以上膠輪車(chē)時(shí)，Ki為0.5；4為每1馬力每分鐘應(yīng)供給的最低風(fēng)量，m3/min；1.36為千瓦與馬力的換算關(guān)系。

3.4硐室需風(fēng)量計(jì)算

該礦獨(dú)立通風(fēng)硐室有，中央變電所、避難硐室聯(lián)巷、182盤(pán)區(qū)變電所、183盤(pán)區(qū)移變硐室采用獨(dú)立通風(fēng)，需風(fēng)量按照硐室中運(yùn)行機(jī)電設(shè)備發(fā)熱量計(jì)算。通風(fēng)硐室設(shè)備總功率為3780kW，其中中央變電所設(shè)備功率為2×315kW，182盤(pán)區(qū)變電所設(shè)備功率為2×630kW，183盤(pán)區(qū)移變硐室設(shè)備功率為2×（315+630）kW。其它硐室需風(fēng)量約240m3/min，硐室總需風(fēng)量ΣQ硐=1888.8+240=2128.8m3/min。3.5備用工作面需風(fēng)量計(jì)算備用工作面需風(fēng)量按采煤工作面總需風(fēng)量的50%計(jì)算。3.6其他巷道需風(fēng)量計(jì)算根據(jù)《山西省煤礦通風(fēng)能力核定報(bào)告編制導(dǎo)則》的標(biāo)準(zhǔn)要求，“90萬(wàn)t/處以下礦井不應(yīng)小于300m3/min，90萬(wàn)t/處以上礦井不應(yīng)小于600m3/min”，該礦8號(hào)煤層分為8上號(hào)煤層與8下號(hào)煤層，其他巷道總需風(fēng)量估算為ΣQ其=2×600=1200m3/min。3.7礦井總需風(fēng)量礦井總需風(fēng)量按采煤、掘進(jìn)、硐室及其它地點(diǎn)需要風(fēng)量總和計(jì)算。

4主要通風(fēng)機(jī)設(shè)備選型分析

4.1風(fēng)機(jī)所需風(fēng)量及負(fù)壓

按照上述礦井總需風(fēng)量計(jì)算為278.58m3/s，取280m3/s。通風(fēng)相對(duì)容易時(shí)期，礦井通風(fēng)最小負(fù)壓hmin=1651.4Pa，通風(fēng)困難時(shí)期，礦井通風(fēng)最大負(fù)壓hmax=2136.2Pa。（1）所需主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)量。式中：K為外部漏風(fēng)系數(shù)，專(zhuān)用風(fēng)井取1.05。（2）所需主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓。通風(fēng)相對(duì)容易時(shí)期：通風(fēng)困難時(shí)期：式中：△h為通風(fēng)設(shè)備阻力損失，取150Pa。

4.2通風(fēng)機(jī)選型

根據(jù)礦井所需風(fēng)量及負(fù)壓，選取FBCDZ-12-№38B型對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)2臺(tái)（一開(kāi)一備），風(fēng)量192~416m3/s，風(fēng)壓1050~3800Pa，可滿足礦井通風(fēng)要求，如圖1所示。（1）風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)確定。礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)阻力系數(shù)：礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)特性曲線方程：根據(jù)作出2條網(wǎng)絡(luò)特性曲線，將工作點(diǎn)確定為圖中的M1、M2兩點(diǎn)。M1點(diǎn)（初期工況點(diǎn)參數(shù)即容易時(shí)期）：M2點(diǎn)（末期工況點(diǎn)參數(shù)即困難時(shí)期）：（2）風(fēng)機(jī)電機(jī)功率。前后期功率比N1/N2=0.88＞0.6，所以供初期和末期使用的電機(jī)選用同一型號(hào)電機(jī)，電動(dòng)機(jī)容量Nd=1.1×N2=1.1×1047.40=1152.14kW查FBCDZ-12-№38B型軸流式通風(fēng)機(jī)的配套電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YBFe900S2-12兩臺(tái)，功率800×2kW，電壓10kV，轉(zhuǎn)速490r/min。

5結(jié)論

（1）通過(guò)計(jì)算并依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》，從6個(gè)方面計(jì)算了沙坪煤礦通風(fēng)需風(fēng)量，確定沙坪煤礦通風(fēng)總需風(fēng)量為280m3/s。（2）根據(jù)風(fēng)量及負(fù)壓要求，沙坪煤礦主要通風(fēng)機(jī)選擇FBCDZ-12-№38B型對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)2臺(tái)(一開(kāi)一備)，通風(fēng)機(jī)的配套電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YBFe900S2-12兩臺(tái)，功率800×2kW，電壓10kV，轉(zhuǎn)速490r/min。

作者:苗云 單位:山西晉神沙坪煤業(yè)有限公司