煤礦通風風量優化及設備選型淺析

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摘要：針對沙坪煤礦通風系統現狀，通過對采煤、掘進、硐室、礦用防爆機車、備用面及其它地點需要風量的計算，得出礦井優化總需求風量。進一步對礦井相對容易和困難2個時期需風量、礦井負壓等計算，根據通風機特性曲線和通風網路特性曲線，進行了主要通風機和電動機設備選型，并對礦井通風系統進行了優化改造，實現礦井主通風機安全運行，具有指導意義。

關鍵詞：風量；計算；通風機；選型

1礦井概況

山西晉神沙坪煤業有限公司隸屬山西省晉神能源有限責任公司，2004年根據山西省政府“資源整合，關小建大”的煤炭產業政策，由山西省煤炭運銷總公司與原神華集團公司聯合組建。沙坪煤業地處山西省河曲縣城南30km，井田面積為22.59km2，核定生產能力為3.0Mt/a，批準開采8、9、10、11、12、13號煤層。該礦屬瓦斯礦井，煤塵有爆炸性，煤層自燃傾向為自燃，瓦斯涌出量小，礦井風量較大。采用機械抽出式通風方法，分列式通風系統。

2礦井通風現狀

該礦目前采用機械抽出式通風方式，中央分列式通風系統。主斜井、副平硐、排水平硐進風，回風斜井回風?；仫L井采用2臺FBCDZ№27型軸流式通風機，功率為2×450kW。風量100~234m3/s，風壓3300~1060Pa，葉片角度39/37°。現有回風井口位置不合適，排水平硐不適合繼續使用，通風能力余量不足，主要通風機不具備現代化礦井要求，實測礦井通風阻力2015Pa，主要通風機處于不合理工況點運行，需要更換。

3礦井總需風量計算

3.1采煤工作面需風量計算

（1）按采煤工作面同時作業人數計算。式中：Q采為采煤工作面風量，m3/min；N為采煤工作面同時工作的最多人數，工作面正常工作人員50人，另考慮帶班人員2人，計算交接班時最大人數為104人；4為每人需風量不小于4m3/min。（2）按氣象條件計算。式中：Q采為采煤工作面風量，m3/min；v采為采煤工作面的適宜風速，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算為16.66m2；k采面高為采煤工作面采高調整系數，取1.2；k采面長為采煤工作面長度調整系數，取1.0；60為單位換算產生的系數；70%為有效通風斷面系數。（3）按瓦斯涌出量計算。式中：Q采為采煤工作面風量，m3/min；q采為采煤工作面回風流中平均絕對瓦斯涌出量，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量系數，取1.7；100為按采煤工作面回風流中瓦斯濃度不超過1%的換算系數。按照《煤礦安全規程》，式（1）~式（3）計算的最大值1763.29m3/min，作為該采煤工作面風量，采煤工作面總需風量ΣQ采=1763.29m3/min。

3.2掘進工作面需風量計算

（1）按掘進工作面同時作業人數計算。式中：Q掘為掘進工作面風量，m3/min；N為掘進工作面同時工作的最多人數，按交接班時，兩班考慮，最大人數為20人；4為每人需風量不小于4m3/min。（2）按瓦斯涌出量計算。式中：Q掘為掘進工作面風量，m3/min；q掘為掘進工作面絕對瓦斯涌出量，m3/min，為0.17m3/min；k掘為掘進工作面瓦斯涌出不均衡通風系數，取1.7；100為按掘進工作面回風流中瓦斯濃度不超過1%的換算系數。（3）按局部通風機最大額定吸風量計算。該礦掘進工作面配備2臺FBD№6.3/2×30型局部通風機，一開一備，局部通風機吸入風量為330～520m3/min。式中：Q掘為掘進工作面風量，m3/min；Q掘通為掘進工作面局部通風機最大額定吸風量，m3/min，為520m3/min；I掘通為掘進工作面局部通風機同時通風臺數，取1；S掘為掘進工作面局部通風機安裝地點到回風口間巷道最大斷面積，m2，為18.7m2；60為單位換算產生的系數；0.25為有瓦斯涌出允許的最低風速，m/s。按照《煤礦安全規程》，取式（4）~式（6）條件計算的最大值800.5m3/min，作為該掘進工作面需風量。全礦井現配備2個綜掘隊，每隊2組綜掘工作面交替掘進，考慮到礦井采掘接替時掘進巷道停掘不停風的原則，每隊一個接替掘進工作面，能夠滿足礦井的正常接替，掘進工作面總需風量ΣQ掘=800.5×6=4803m3/min。

3.3礦用防爆機車需風量計算

該礦18301工作面輔運順槽同時工作1臺5t無軌膠輪車（功率為75kW/臺），18302工作面輔運順槽同時工作2臺3t無軌膠輪車（功率為45kW/臺），大巷及其它地方同時工作4臺5t無軌膠輪車（功率為45kW/臺）和4臺3t無軌膠輪車（功率為45kW/臺），同時，在掘進工作面配風時已按局部通風機的最大吸風量進行了配風，風量大于膠輪車需風量，故計算時不考慮掘進工作面機車需風量。式中：ΣQ車為風量礦用防爆機車需風量，m3/min；ni為第i個地點膠輪車的臺數；Pi為第i個地點膠輪車的功率，kW；Ki為配風系數，第i個地點使用1臺膠輪車時，Ki為1；第i個地點使用2臺膠輪車時，Ki為0.75；第i個地點使用3臺及以上膠輪車時，Ki為0.5；4為每1馬力每分鐘應供給的最低風量，m3/min；1.36為千瓦與馬力的換算關系。

3.4硐室需風量計算

該礦獨立通風硐室有，中央變電所、避難硐室聯巷、182盤區變電所、183盤區移變硐室采用獨立通風，需風量按照硐室中運行機電設備發熱量計算。通風硐室設備總功率為3780kW，其中中央變電所設備功率為2×315kW，182盤區變電所設備功率為2×630kW，183盤區移變硐室設備功率為2×（315+630）kW。其它硐室需風量約240m3/min，硐室總需風量ΣQ硐=1888.8+240=2128.8m3/min。3.5備用工作面需風量計算備用工作面需風量按采煤工作面總需風量的50%計算。3.6其他巷道需風量計算根據《山西省煤礦通風能力核定報告編制導則》的標準要求，“90萬t/處以下礦井不應小于300m3/min，90萬t/處以上礦井不應小于600m3/min”，該礦8號煤層分為8上號煤層與8下號煤層，其他巷道總需風量估算為ΣQ其=2×600=1200m3/min。3.7礦井總需風量礦井總需風量按采煤、掘進、硐室及其它地點需要風量總和計算。

4主要通風機設備選型分析

4.1風機所需風量及負壓

按照上述礦井總需風量計算為278.58m3/s，取280m3/s。通風相對容易時期，礦井通風最小負壓hmin=1651.4Pa，通風困難時期，礦井通風最大負壓hmax=2136.2Pa。（1）所需主要通風機風量。式中：K為外部漏風系數，專用風井取1.05。（2）所需主要通風機風壓。通風相對容易時期：通風困難時期：式中：△h為通風設備阻力損失，取150Pa。

4.2通風機選型

根據礦井所需風量及負壓，選取FBCDZ-12-№38B型對旋式軸流風機2臺（一開一備），風量192~416m3/s，風壓1050~3800Pa，可滿足礦井通風要求，如圖1所示。（1）風機工況點確定。礦井通風網絡阻力系數：礦井通風網絡特性曲線方程：根據作出2條網絡特性曲線，將工作點確定為圖中的M1、M2兩點。M1點（初期工況點參數即容易時期）：M2點（末期工況點參數即困難時期）：（2）風機電機功率。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選用同一型號電機，電動機容量Nd=1.1×N2=1.1×1047.40=1152.14kW查FBCDZ-12-№38B型軸流式通風機的配套電動機型號為YBFe900S2-12兩臺，功率800×2kW，電壓10kV，轉速490r/min。

5結論

（1）通過計算并依據《煤礦安全規程》，從6個方面計算了沙坪煤礦通風需風量，確定沙坪煤礦通風總需風量為280m3/s。（2）根據風量及負壓要求，沙坪煤礦主要通風機選擇FBCDZ-12-№38B型對旋式軸流風機2臺(一開一備)，通風機的配套電動機型號為YBFe900S2-12兩臺，功率800×2kW，電壓10kV，轉速490r/min。

作者:苗云 單位:山西晉神沙坪煤業有限公司