通风机的技术改造及工程应用效果

黄汉斌

（山煤集团煤业管理有限公司晋东南分公司， 山西 长子 046699）

0 引言

通风机为煤矿生产中通风系统的关键设备，其承担着改善工作面现场瓦斯浓度、粉尘浓度以及温湿度指标的关键任务，为工作面工作人员和设备提供一个相对稳定、安全且舒适的工作环境。随着工作面开采的不断深入和开采效率的不断提升，通风系统的老化导致工作面通风系统无法满足其实际生产需求，主要表现为风量不足和风阻增大等问题。同时，通风机的转速无法根据需风量实时自适应控制所导致的能耗增大问题，也是当前急需解决的问题[1-5]。本文将结合实际生产从上述两个层面对通风机进行技术改造，并对改造实施效果进行评估。

1 通风机现状分析

工作面所配套通风机需要与其瓦斯涌出、生产能力等情况相匹配。本文所研究煤矿瓦斯的相对涌出量为12.92 m3/t，瓦斯的绝对涌出量为46.73 m3/t。根据相关标准，可以判定为该煤矿属于高瓦斯矿井。目前，该煤矿共配置有两个掘进工作面、一个综放采煤工作面和一个开拓工况；该煤矿当前采用两翼对角抽出式通风方式，共配套有2 个通风机，分别位于东风井和北风井。其中，北风井的通风机主要负责煤矿中部区域和西翼采区的通风任务；东风井的通风机主要负责煤矿东翼采区的通风任务。本文重点对东风井的通风机进行技术改造，东风井当前所配套通风机的具体参数如表1 所示。

表1 东风井通风机具体参数

由于种种原因，该型通风机在实际生产中的实际供风量仅为74 m3/s，对应的负压为2 320 Pa。目前，东风井通风机运行现状总结如下：

1）通风机的实际供风量小于工作面的实际需风量，而且对应的风流速度也低于《煤炭安全规程》的标准，导致工作面瓦斯浓度、粉尘浓度以及温湿度等指标超限，不仅影响工作人员的身体健康，而且严重威胁工作面的安全生产。

2）目前，通风机采用直接启动的方式进行控制，不仅故障率高，而且在实际应用中存在不稳定的情况和电能浪费严重的问题。

鉴于此，本文对东风井通风机从增大通风量和改善控制方式两个方面对其进行技术改造，并对工程应用效果进行验证。

2 通风机的技术改造

针对工作面现场需风量大于供风量的问题，对工作面的风量进行重新核算并配套相匹配的通风机；针对改善控制方面，拟采用变频调速技术对其进行改造。

2.1 通风机的重新选型

通风机选型的主要依据为工作面的实际需风量、通风阻力以及风量的分配原则等。

2.1.1 工作面需风量的核算

东翼采区包括采煤工作面、掘进工作面、硐室以及其他等几方面。为保证所选型的通风机能够满足工作面的通风量要求，需要对上述所有方面的需风量进行核算。以采煤工作面为例，其需风量包括采煤机开采本身所需的风量、涌出瓦斯所需的风量以及工作人员所需风量三部分，分别核算如下：

2.1.1.1 采煤开采的需风量核算

采煤机开采时为降低工作面的粉尘浓度且保证其温湿度指标满足要求，其需风量Q1计算如式（1）所示。

式中：v1为采煤工作面所规定的风速，取2 m/s；S1为采煤工作面的有效通风断面面积，取10 m2。

将上述参数代入式（1）中，得出采煤工作面的需风量为600 m3/min；东翼采区共有两个采煤工作面，得出东翼采区采煤工作面需风量为1 200 m3/min。

2.1.1.2 工作面瓦斯涌出的需风量核算

东翼采区共有一个综放工作面，其对应瓦斯涌出的需风量Q2计算如式（2）所示。

式中：q2为综放工作面的瓦斯绝对涌出量，设定工作面瓦斯的抽放效率为35%，取20.2 m3/min×75%=15.15 m3/min；K2为综放工作面瓦斯涌出的不均匀系数，取值为1.2。

将上述参数代入式（2），得出综放工作面瓦斯涌出量的需风量为1 576.6 m3/min。

2.1.1.3 按照工作面人员数量的需风量核算

根据标准，要求工作面每位工作人员的通风量不少于4 m3/min；结合实际生产，工作面每次最多工作人员的数量为50 人。则，得出按照工作人员的总需风量为4 m3/min×50=200 m3/min。

2.1.1.4 综合需风量

在上述三种计算原则下，工作面的需风量应按照瓦斯涌出量核算。得出：采煤工作面的需风量暂定为1 600 m3/min；备用工作面的需风量按照采煤工作面的50%核算，则采煤工作面的实际需风量为1 600 m3/min+1 600 m3/min×50%=2 400 m3/min。

同理，得出掘进工作面、硐室以及其他巷道的需风量如表2 所示。

表2 东翼采区各工作面巷道的需风量统计

综合计算得出：考虑到1.1 倍的余量，得出东翼采区的实际需风量为100.1 m3/s。

2.1.2 通风机的选型结果

根据上述工作面的通风量需求，为东翼采区重新配套通风机，具体型号为FBCDZ-8-No.27；配套数量为两台，采用一用一备的使用原则。FBCDZ-8-No.27型通风机具体参数如表3 所示。

表3 FBCDZ-8-No.27 通风机关键参数

2.2 通风机变频调速技术改造

变频调速是当前重点解决煤矿生产中“大马拉小车”造成电能严重浪费问题的关键技术。该技术已经相对成熟，本节重点根据所配套的通风机完成变频器的选型，所选型变频器的关键参数如表4 所示。

表4 变频器关键参数

3 工程应用效果

将重新选型的通风机在东翼采区实施后，对工作面的风量改善情况进行分析。对改造前后各个工作面的风速、瓦斯浓度以及温度等指标进行对比，对比结果如表5 所示。

表5 通风机技术改造前后效果对比

由表5 可知，对通风机进行重新选型后，各个工作面的风速均得到提升，瓦斯浓度得到明显降低，温度更适应工作人员工作。

4 结语

通风机为煤矿综采工作面通风系统的关键设备，随着工作面的不断深入和通风系统的老化，工作面通风系统主要面临风量不足、控制方式落后的问题。为解决上述问题，本文结合实践生产对东翼采区通风机进行重新选型，并提出采用变频调速技术对其控制系统进行改造。实践表明：通风机技术改造后，现场的风速、瓦斯浓度以及温度均优于改造前的对应指标，达到了改造效果。