矿井主要通风机节能研究

邵燕飞

（山西潞安能化生产服务公司，山西 长治 046204）

工业领域碳达峰行动是我国提出的实现“碳达峰”的十大行动之一，结合智慧矿山的生产与建设，矿山领域也正推动着绿色低碳发展[1]。矿井主要通风机其主要作用是进行新鲜空气的供给、保障人员的呼吸与稀释用风地点的有毒有害气体等[2]。根据常村煤矿工作面生产衔接计划，现有王村回风井主要通风机不能满足用风量的要求。结合通风系统现状提出调整对比方案，并利用通风网络解算选择最优方案。

1 矿井通风机变频调速节能原理

在通风机的选型方面，必须保障各矿井所配备的主要通风机的富裕量，一般普遍的做法是在调节风量时，通过调节风门控制耗能从而达到降低风量的目标，但是这种做法并不经济。经过变频调速后，在所需控制风量减少时，只要对变频器的频率进行相应调节，电机的转速就会随着变化相应下降。

结合流体力学相关知识，P=Q×H，其中，P是对应的功率；Q为经过的流量；H为对应的压力。流量、压力和功率与转速的关系如公式（1）～（3）所示。

因此，利用变频器来调节风机的转速时，一般来说可以获得良好的节能效果。如图1 所示为通风机变频器相应的压力-流量等曲线图[3]。

图1 中曲线n1为风机初始状态下的风压H-风量Q曲线，R1为其对应的风阻特性曲线。

图1 主要通风机风压H-风量Q 曲线

假设当前风机工况点在A位置，该位置目前效率最高。由A向x轴和y轴作垂线，得到的矩形面积即为当前的轴功率。若根据煤矿生产衔接计划安排，目标降低风量由Q1降至Q2，如果通过调节风门控制，会使阻力特性曲线由R1变为R2，风压将会由H1增加到H2，此时工况点为B。由B向x轴和y轴作垂线，得到的矩形面积即为调节风门后的轴功率。对比调节前后的轴功率，可以发现这种调节方法对节能的效果并不明显。

另一种方法引入变频技术，目标降低风量由Q1降至Q2，将转速由n1变为n2，调节后风压将会由H1减少到H3，此时工况点变为C。由C向x轴和y轴作垂线，得到的矩形面积即为调转速后的轴功率，可以发现比目前工况下和调节风门的情况下的节能效果要好。变频节能其内涵是由调速引起的流量变化来实现的。

2 工程现场实际应用分析

2.1 矿井通风系统简介

常村煤矿通风方式为混合式。其中，中央回风井、西坡回风井和王村回风井担负回风任务。中央回风井主要通风机担负21、S1、S2、S3及N 翼采区通风任务，通风机型号为AGF606-4.0-2.4-2，电机额定功率为4000 kW，现阶段排风量454.33 m3/s；西坡回风井主要通风机主要担负S5、S6 采区通风任务，通风机型号与电机额定功率与中央回风井保持一致，现阶段排风量364.83 m3/s；王村风井主要通风机主要担负22、23 采区及470 北翼通风任务，通风机型号为AGF606-4.0-2.0-2，电机额定功率为4500 kW，现阶段排风量505.48 m3/s。

未来根据矿井生产、通风规划，计划投运花垴进、回风井，目前花垴回风井并未承担回风任务，作为进风井使用。

图2 常村煤矿风井结构布置图

2.2 方案对比分析

当前情况下常村煤矿王村回风井参数见表1。

表1 王村回风井通风系统的测定误差表

由表1 能看出王村主要通风机在允许范围内还有提升空间，还能继续增大风量。预计王村回风井增加3000 m3/min 风量，利用通风网络解算软件对下列各方案进行预测分析。

（1）方案一：王村主要通风机直接调风

当前系统王村回风井主要通风机风量为30 330 m3/min，风机负压为2620 Pa。方案一直接对王村主要通风机进行调整，在现有风量基础上提升3000 m3/min。经过网络解算结果为：主要通风机风量能够达到目标33 330 m3/min，但是王村回风井通风机负压变为3140 Pa，增加了520 Pa。

（2）方案二：通风系统降阻后，再调节主要通风机

方案二首先采取措施对通风系统进行降阻，通过井下两处位置的调整，以期实现整体降阻。两处位置具体调整措施如下：2311 回风联巷风量增加800 m3/min，2203 皮顺回风通道增加800 m3/min 风量。经过网络解算结果为：王村回风井主要通风机风量变为30 630 m3/min，风机负压为2570 Pa，与当前通风系统相比总风量增加了300 m3/min，负压降低了50 Pa。

经过通风系统降阻后，再对王村主要通风机调整，在现有风量基础上提升3000 m3/min。经过网络解算结果为：主要通风机风量达到目标值33 330 m3/min，风机负压变为3070 Pa，与方案一相比负压降低了70 Pa，总阻力有所下降，有利于主要通风机运行。

（3）方案三：增加花垴风井进风量、系统降阻，再调节主要通风机

目前花垴进、回风井共进风量为10 970 m3/min，在现有基础上增加3000 m3/min。经过网络解算结果为：花垴进、回风井总进风量变为13 970 m3/min，王村风井主要通风机负压变为2525 Pa，同比降低了95 Pa。此时，王村风井回风量变为30 870 m3/min，同当前通风系统增加了540 m3/min。

系统降阻：花垴风井进风量提高后，对井下三处位置进行调整实现整体降阻。三处位置具体调整措施如下：2311 回风联巷风量增加800 m3/min，25采区1#充电硐室风门打开，2203 皮顺回风通道增加800 m3/min 风量。模拟结果为：王村主要通风机风量变为31 200 m3/min，风机负压为2470 Pa，与目前通风系统相比负压降低了150 Pa。

主要通风机调风：实现整体降阻后，进行王村主要通风机调风，将王村主要通风机风量调至33 330 m3/min。模拟结果为：王村主要通风机负压变为2940 Pa，与当前通风系统相比负压增加了320 Pa。不同调节方法计算结果见表2。

表2 不同调节方法计算结果

由表2 可知，在三种调节方法下调节后的风量相同，方案三增加花垴进风量、系统降阻，再调节主要通风机后风机的频率最低，频率为43.9 Hz。同时，此时的轴功率为最低的1633 kW，实现了功耗的最小化。

3 分析结果

本文针对常村煤矿现场实际情况，通过对不同优化方案的通风网络解算，选择出最优方案，在该方案下实现了优化后的功耗最小，具有较高的经济效益。