矿井通风风量计算及通风设备选型研究

梁兴亮

（山西离柳焦煤集团兑镇煤矿，山西 孝义 032300）

引言

矿井通风是实现煤炭安全高效开采的基础，合理确定通风系统风量、通风路线等，可有效降低井下各作业点有害气体、粉尘等浓度[1-2]。随着生产时间增加，采掘范围以及采掘深度等不断增大，通风长度以及阻力等均有所增加，对地面回风井主要通风机提出更高要求[3-6]。山西某矿生产时间已超过30年，经过多次技改产能提升至300万t/年，随着生产能力增加，地面通风机出现运行工况不合理、能耗高等问题，为此，本文采用理论计算方法确定矿井生产期间风量并合理确定地面主要通风机，以期更好地促进矿井通风以及煤炭开采工作开展。

1 山西某矿通风系统概况

山西某矿为资源整合矿井，井田开采面积25.67 m2、设计产能300万t/年，开采8号、9号、12号等煤层。现阶段矿井生产集中在8号煤层，该煤层原始瓦斯含量在5.6 m3/t以内，具有自燃发火危险性。矿井通风系统为分列式，机械式通风。

矿井共有4个井筒（三进一回），即主斜井、排水平硐及副平硐进风、回风斜井回风。回风斜井地面布置的通风机型号为FBCDZNo27轴流式风机、叶片角39/27°，通风风压340～2 800 Pa、通风风量100～234 m3/s、配套电机功率2×450 kW，现场实测通风系统阻力为2 019 Pa。受到井下生产布局更改影响，矿井存在通风能力不足、主要通风机使用时间长且无法满足后续矿井用风需要。为此，本文依据井下生产情况，合理确定通风风量需要，并依据通风需要合理确定主要通风机型号及配套电机功率。

2 矿井通风风量计算

通风量需满足采掘作业面、机电硐室、防爆机车等需要[7-8]。

2.1 综采工作面需风量计算

2.1.1 按作业人员计算

按照综采工作面作业人员对需风量Q采1进行计算，具体公式为：

式中：N为综采面作业人员数量。

正常情况下综采工作面作业人员数量最多为52人，交接班时作业人员最多为104人，则按照人数计算得到综采工作面需风量Q采1=4×104=416 m3/min。

2.1.2 按气象条件确定

按照气象条件计算需风量Q采2，具体公式为：

式中：S采为采面有效通风断面积，m2；v采为采面适宜通风风速，m/s；k采高为开采高度调整系数；k斜长为采面斜长调整系数。

根据现场条件取S采=16.66m2、v采=1.5 m/s、k采高=1.2、k斜长=1.4。将上述参数带入式（2）求得Q采2=1 763.3 m3/min。

2.1.3 按瓦斯涌出量计算

按照开采的煤层瓦斯涌出量确定需风量Q采3，具体公式为：

式中：q采为瓦斯绝对涌出量，m3/min；k采为瓦斯涌出不均衡系数。

根据现场情况取q采=2.10 m3/min、k采=1.7，并将上述参数带入式（3）求得Q采3=357.0 m3/min。

经过上述计算得出，综采工作面正常生产时需风量为1 763.3 m3/min。

2.2 掘进需风量计算

掘进需风量可按现场作业人员、瓦斯涌出以及局部通风机吸风量等确定，并取计算结果最大值。

2.2.1 按作业人员计算

按作业人员计算需风量Q掘1，具体公式为：

式中：N为掘进工作面作业人员。

正常情况下掘进工作面人员控制在10人，若交接班时人数最多为20人，取N=20并带入式（4），求得Q掘1=80 m3/min。

2.2.2 按巷道瓦斯涌出量计算

教学信息化是一项长期而艰巨的任务，如何将现代信息技术有效地运用于教学中是每一位教师必须面对和思考的问题，教学模式转变的前提是思维模式的转变和教育理念的创新和改变，在引入信息技术的同时充分体现校本特色，以信息化教学促进教学质量的提高，进一步优化人才培养质量，为社会输送更多高素质人才。

按照掘进巷道瓦斯涌出计算需风量Q掘2，具体计算公式为：

式中：q掘为掘进期间绝对瓦斯涌出量，m3/min；k掘为瓦斯涌出不均衡系数。

根据现场情况取q掘=0.34 m3/min、k掘=1.7，将上述参数带入式（5）求得Q掘2=57.8 m3/min。

2.2.3 按局部通风机吸风量确定

掘进用FBDNo6.3/2×30局部通风机、配合1 000 mm直径风筒供风，局部通风机一用一备，风量330～520 m3/min。按吸风量计算需风量Q掘3：

式中：Q掘通为通风机吸风量，m3/min；I掘通为通风机同时工作数；S掘为掘进断面，m2。

根据现场实际条件，取Q掘通=520 m3/min、I掘通=1、S掘=18.7 m2，将上述参数带入式（6）求得Q掘3=800.5 m3/min。

经过上述计算得出，掘进巷道正常生产时需风量为800.5 m3/min。矿井共有2个掘进队，1个掘进队负责3个巷道（1个已掘、1个正掘以及1个接替掘进巷道），掘进工作接替及停掘期间不停止供风，则巷道掘进总需风量为Q掘=6×800.5=4 803 m3/min。

2.3 防爆机车需风量

式中：ni为井下i点位置布置防爆机车数量；Pi为井下i位置机车功率，kW；Ki为配风系数，1台、2台、3台取值分别为1、0.75、0.5。

根据井下胶轮车布置情况，计算得Q车=2 080.8 m3/min。

2.4 独立硐室需风量

井下有变电所、避难硐室等，上述硐室均需要独立通风。具体风量计算时可依据硐室内设备装机功率确定，井下硐室装机功率共计3 780 kW，中央变电所、7采区采区变电所及8采区变电硐室装机功率分别为2×315 kW、2×630 kW、2×（315+630）kW，机电硐室需要风量可通过下述公式计算：

式中：W硐为硐室内装机功率，取3 780 kW；θ硐为发热系数，取0.04；ρ为硐室空气密度，取1.2 kg/m3；Cp为空气定压比热，取1.006 kJ/（kg·K）；△t为硐室进、回风流温差，取3～5℃。

依据井下情况计算得到Q硐1=1 888.8 m3/min，其他硐室需风量Q硐2=240 m3/min，井下硐室总需风量Q硐=2 128.8 m3/min。

2.5 备用采面及其他巷道需风量

备用采面需风量按照采面风量50%计算，具体备用采面需风量Q备=881.7 m3/min，其他巷道需风量按照Q其=1200 m3/min计算。

2.6 矿井总需风量

矿井各位置需风量计算结果见表1。

表1 各位置需风量计算结果 m3/min

矿井总需风量为采掘工作面、机电硐室等井下各位置需风量总和，具体可通过下述公式计算：

式中：k矿通为通风系数，取值1.3。

经过计算求得Q总=16 714.9 m3/min=278.6 m3/s。

3 主要通风设备选型

通过计算得出矿井总需风量为278.6 m3/s，在通风容易以及通风困难时通风负压hmin、hmax分别为1 651.4 Pa、2 136.2 Pa。

考虑到通风期间存在一定漏风情况，则选用的主要通风机供风量可通过下述公式计算：

式中：K为漏风系数，取1.05。则主要通风机供风量应超过2 91.9 m3/s。

矿井通风容易以及困难时主要通风机提供风压Hmin、Hmax计算公式分别为：

式中：△h为主要通风机通风阻力损失，取值150 Pa。计算得到Hmin、Hmax分别为1 801.4 Pa、2 286.2 Pa。

依据生产时通风机提供风量以及风压需要，并结合其他矿井主要通风机使用情况，选择采用FBCDZ-12-No38B风机，提供的风压范围为1 050～3 800 Pa、风量范围为192～416 m3/s，风压及风量均可满足通风需要。配套采用的电机为YBFe900S2-12，额定电压为10 kV、功率为2×800 kW、电机转速为490 r/min。具体选用的通风机性能曲线如下页图1所示。

4 结语

图1 通风机性能曲线

根据现场实际情况并结合相关要求对矿井总需风量进行计算，计算得到总需风量为278.6 m3/s，在通风容易以及通风困难时通风风压分别为1 651.4 Pa、2 136.2 Pa。确定采用的主要通风机提供风量应大于291.9 m3/s、风压应超过2 286.2 Pa，最终选择采用FBCDZ-12-No38B风机、配套电机为YBFe900S2-12。选用的主要通风机可满足矿井整个生命周期通风需要，同时电机采用变频控制可实现无极调速，降低主要通风机能耗。