下组煤延伸矿井通风机设备选型及验证

张永红

(阳煤集团阳煤二矿，山西 阳泉 045000)

0 引言

矿井通风是整个矿井安全生产的重要环节，矿井通风量及通风机需要严格按照规范要求进行确定及选型，微小的差别可能会影响到井下工人的安全、高效的生产和成本的投入。因此，正确对矿用主通风机进行选型设计，对矿山的节能降耗和安全高效生产，具有十分重要的意义。

某煤业为确保矿井正常的采掘接替问题，使矿井能够持续稳定的发展，进行了下组10号煤层延伸工作。本文根据该矿实际生产地质情况，采用理论计算分析的方法，验证原有通风机是否满足现有开采情况，为该矿通风设备选型提供了科学合理的建议。

1 矿井状况

某煤业现开采4、6号煤层，4号煤层平均厚度为1.27m，6号煤层平均厚度为1.14m。其中4号煤布置一个综采工作面，生产能力为60万t，6号煤布置一个综采工作面，生产能力为30万t，两个工作面共同保证矿井生产能力90万t/a。目前4号煤基本枯竭，剩余储量的服务年限不足1年。为确保矿井正常的采掘接替，使矿井能够持续稳定的发展，提高矿井的经济效益，该矿向省煤炭厅提出了延深开采10号煤层的申请并得到了批准，与6号煤层合理配采后，确定生产能力不变，仍为90万t/a。

矿井现通风方式采用中央分列式通风，主通风机的工作方式采用抽出式。严格根据规范要求进行矿井通风风量的计算，最终确定矿井总进风量为112m3/s。风量的具体分配如下：

(1)分配到6号煤层各用风地点：

回采工作面：8m3/s；掘进工作面：2×8=16m3/s；备用工作面：4m3/s；6号煤采区变电所：2m3/s；其它用风地点：12m3/s。6号煤层需风量为42m3/s。

(2)分配到10号煤层各用风地点：

回采工作面：28m3/s；掘进工作面：12m3/s；备用工作面：14m3/s；10号煤采区变电所：2m3/s；其它用风地点：14m3/s。10号煤层需风量为70m3/s。

2 矿井通风负压及等积孔计算

(1)矿井通风负压计算

选择矿井通风容易、困难两个时期最大的风路进行阻力计算，其计算公式如下：

h=∑αLPQ2/s3+hju

式中：h——矿井负压，Pa；L——井下巷道长度，m；α——通风摩擦阻力系数，kg·s2/m4；P——巷道净断面周长，m；Q——通过井巷的风量，m3/s。

本次设计局部阻力系数按15%计，经计算，矿井延深开采10号煤层，实现6与10号煤层配采时，容易时期通风总阻力为1395.2Pa；困难时期通风总阻力为1530.2Pa，可以满足规范要求。

(2)等积孔计算

式中：A—矿井等积孔，m2；Q—矿井总风量，m3/s；h—矿井负压，Pa。

经计算，通风容易时期等积孔为3.57m2，通风困难时期等积孔为3.41m2，矿井通风属小阻力通风矿井，矿井通风属容易通风程度。

3 风机选型计算

(1)设计依据

矿井通风风量：Q总=112m3/s；矿井通风容易时负压：hmin=1395.2Pa；矿井通风困难时负压：hmax=1530.2Pa；回风立井井口标高：+1015.49m。

(2)风机选型计算

①扇风机风量计算

通风机的风量：Q=KQ总=1.05×112=117.6m3/s

②确定扇风机所需全压：

Hmin=hmin+△h =1395.2+150=1545.2Pa；Hmax=hmax+△h =1530.2+150=1680.2Pa

式中：△h──通风设备阻力损失，△h=150Pa；因进、出风井井口标高基本相同，故不计自然风压。

依据通风机的风量和静压，本次设计选用原有的FBCDZ-8-NO24B型风机，配套电机为YBFe450S3-8，工作参数为：功率250KW×2，10KV，满足设计要求。

③扇风机的选择及工况点的确定：

最小、最大网路阻力系数的计算公式为：

通风机网路特征曲线方程：

Hmin=RminQ2=0.11Q2

Hmax=RmaxQ2=0.12Q2

将网路特性曲线方程置于所选风机性能曲线上，其交汇点即所求工况点(见图1)。

N1点：QNI=121.86m3/s θ=0o HN1=1667.3Pa ηN1=0.74

N2点：QN2=119.54m3/s θ=0o HN2=1744.1Pa ηN2=0.78

图1 扇风机FBCDZ-8-№24B性能曲线图

④预选电机

N1=KQ1H1÷(102×9.8η1ηc)=329.6kW

N2=KQ2H2÷(102×9.8η2ηc)=320.9kW

式中：K—备用系数，K的取值为1.2；ηc—传动效率，直接传动时，ηc=1。

容易时期、困难时期通风机叶片角度均为0°。

矿井已有的两台FBCDZ-8-№24B型风机，一台工作，一台备用。选用风机配套电机YBFe450S3-8，工作参数为：功率250kW×2，电压10kV，转速740r/min，确定能够满足矿井通风要求。

⑤通风机配电及监控

本通风机采用厂家配套异步防爆电动机，电动机额定功率为2×250kW，电压为10kV。

通风机变电所的配电控制利用已有的位于风井场地通风机旁建一座10kV 高压配电室，所内设KYN28-12(Z)型高压真空开关柜12台，内部配置有真空断路器，采用微机型综合保护装置进行保护与监测。通风机变电所的双回10kV电源采用LGJ-50mm2型钢芯铝绞线引自矿井35kV变电站10kV侧不同母线段，变电所内10kV和380V均采用单母线分段式接线方式，供电距离可达1000m。

4 反风措施

该通风机设备采用断电停机后电机反转的方式进行反风，反风风量大于正常风量的40%、反风功率小于额定功率，启动反风时间小于10min，满足有关规程、规范的要求。

通风容易时期：Q=72.1m3/s(正常风量的59.2%)；H=617.05Pa；η=47.5%；θ=0o

通风困难时期：Q=70.9m3/s(正常分量的59.3%)；H=644.70Pa；η=49.0%；θ=0o

反风工况点见图2。

图2 扇风机FBCDZ-8-№24B反风工况点

电动机反风容量：

通风容易时期：

通风困难时期：

5 结论

某煤业为确保矿井正常的采掘接替问题，使矿井能够持续稳定的发展，进行了下组10号煤层延伸工作。本文根据该矿实际生产地质情况，采用理论计算分析的方法，验证原有通风机是否满足现有开采情况，得出以下结论：

回风立井现安装2台FBCDZ-8-NO24B型对旋防爆抽出式轴流通风机，1台工作，1台备用。该风机风量范围为4320m3/min～9600m3/min；风压范围900Pa～3400Pa。选用风机配套电机YBFe450S3-8，功率为250kW×2，转速为740r/min，电压为10kV。经验算现有风机及电机功率能够满足矿井延深开采10号煤层时的矿井通风需要。

通过现场试用，已证明现有通风设备可以满足本次设计要求。