煤矿通风机设备选型设计及应用*

张丽华

(柳林县煤炭工业局， 山西 吕梁　033300)

0　引　言

矿井通风是整个矿井安全生产的重要环节，主通风机运行正常与否、运转效率的高低，直接关系到矿井的高效生产、劳动人员的生命安全、设备的电力消耗及开采的生产成本。因此，应该严格按照煤炭安全生产规程，遵守煤矿井下安全通风量及风速的规定，选择通风机。一般在煤矿矿井设备设计时，通风机的容量按煤矿生产后期的用风量进行选择。由于传统风机的控制方式，使得风机长期处于全功率下运行，造成大量电能浪费。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。针对曹家山煤矿进行风机选型设计，通过计算矿井通风参数，选择合适的风机型号。

1　矿井状况

曹家山煤矿位于柳林国家规划矿区柳林南区东北部，生产能力为0.9 Mt/a。矿井内可采煤层有4号、8上号、9号、10号煤层，4号煤顶板底板均为为泥岩、砂质泥岩。9号煤层顶底板均为泥岩。8上号煤层顶板为石灰岩，底板为泥岩。10号煤层顶板为泥岩、砂质泥岩，底板为泥岩。

矿井现开采8上号、9号煤，以主水平一采区和二采区进行配采，主水平一采区8上号煤层布置有两个80102掘进工作面，主水平二采区布置有一个90201综采工作面。矿井以9号煤层和8上号煤层配采，达到矿井的90万吨/年的生产能力。矿井为低瓦斯矿井，矿井采用中央并列式通风系统，主、副斜井进风，回风立井回风。矿井通风方式采用机械抽出式。现对本矿井进行通风量计算，选择合适的矿用主通风机。

2　矿井通风风压及等积孔计算

本矿井主斜井井口标高为+890.995 m，副斜井井口标高为+890.995 m，回风立井井口标高为+915.835 m，进、出风井井口的最大标高差为24.84 m，在150 m范围以内; 主斜井垂深为143.305 m，副斜井垂深为141.695 m，回风立井垂深131.835 m，垂深均小于400 m，因此本矿井不需要计算矿井的自然风压。

根据《煤矿安全规程》和《煤炭工业矿井设计规范》规定，按井下同时工作的最多人数和用风地点实际需要风量的总和分别计算，并选取其中最大值。计算过程不加赘述，经计算，矿井总需风量为110 m3/s，设计主斜井进风50 m3/s，副斜井进风60 m3/s，回风立井回风110 m3/s。将矿井总进风量分配到井下各用风地点，具体配风详见表1。

2.1　风　阻

选择矿井通风最容易和最困难的两个时期通风阻力最大的风路分别进行阻力计算，其计算公式如下：

矿井通风负压采用下式计算：

H=∑αLPQ2/s3+h1=∑RQ2+h1

(1)

式中：H为矿井通风总阻力，Pa；α为井巷摩擦阻力系数，N·s2/m4；L为井巷长度，m；P为井巷净断面周长，m；Q为通过井巷的风量，m3/s；s为井巷净断面面积，m2；h1为局部阻力，h1=15%·H，Pa。

经计算，通风容易时期负压为817.11 Pa，通风困难时期负压为2 026.93 Pa。本次风机选型对矿井通风容易时期和困难时期分别进行了阻力计算，局部阻力系数按15%计。

表1　矿井通风用风点风量分配表

2.2　等积孔

等积孔计算：

(2)

式中：A指矿井等积孔，m2；Q为矿井总风量，m3/s；h为负压，Pa。

经计算，矿井通风容易时期等积孔为6.20 m2，通风困难时期等积孔为3.22 m2。

由上可知，矿井通风容易时期和困难时期的等积孔均大于2 m2，矿井通风阻力属小阻力矿井，矿井通风难易程度属容易。

3　风机选型计算

3.1　扇风机风量计算

Qf=kQ=110×1.1=121 (m3/s)

(3)

式中：Qf为主要通风机通风量，m3/s；Q为矿井总需风量，m3/s；k为通风设备漏风系数，取1.1。

3.2　确定扇风机所需全压

Hmin=hmin+Δh-hz=817.11+150

=967.11 (Pa)

(4)

Hmax=hmax+Δh+hz=2 026.93+150

=2 176.93 (Pa)

(5)

式中：Δh指通风设备阻力损失(包括风硐损失)，取150 Pa；hz为自然风压；因进、出风井井口标高相差不大，故不计自然风压。

FBCDZ№28型风机两台，一台工作，一台备用。每台风机均配2台YBF630-8型电机, 功率400 kW×2,电压10 kV, 转速740 r/min。矿井8上号煤层与9号煤层配采，井下需风量、通风负压发生变化，需对现有通风设备进行校验。

3.3　校验计算

(1) 通风机设备需要产生的风量和风压

① 通风机需要产生的风量

QB=kQ1=115.50 m3/s

(6)

式中：k为通风设备的漏风系数，k=1.05。

② 通风机需要产生的负压

HX=hk+hzh+hzr+hxs+hd

(7)

式中：HX为主通风机必需负压(Pa)；hk为矿井计算负压(Pa)；hzh为通风装置及风道阻力损失(Pa)取200 Pa；hzr为矿井自然风压(Pa)，若hk已计入，则hzr为零；hxs为消声装置阻力损失(Pa)由厂家提供，取100 Pa；hd为扩散器的动压损失(Pa)。

通风容易时期：Hmin=1 117.11 Pa；通风困难时期：Hmax=2 326.93 Pa。

根据所需风量和负压，现有FBCDZ№28型矿用防爆对旋轴流式通风机2台，其中一台工作，一台备用；每台风机配套2台YBF630-8型矿用隔爆型电动机,功率400 kW×2,电压10 kV, 转速740 r/min。容易时期通风设备单机运行，困难时期正常运行；可以满足要求。

(2) 管网阻力系数的计算

通风容易期等效网络风阻：R容易=0.083 74

风困难期等效网络风阻：R困难=0.174 43

(3) 通风网络特性方程式

通风容易期H=0.08374Q2

风困难期H=0.17443Q2

根据图1中通风机特性曲线，得风机运行工况点M1、M2。运行工况点的参数见表2。

图1　通风网络特性曲线图

表2　风机运行工况点的参数表

4　电动机功率计算

电动机功率：

(8)

式中：ηc为传动效率，取ηc=0.98；K为电动机富裕系数，取K=1.3。

容易时期电机功率：Nmin=223.76 kW

困难时期电机功率：Nmax=497.21 kW

经计算每台风机配套2台YBF630-8型电机, 功率400 kW×2,电压10 kV, 转速740 r/min。单、双机运行都满足要求。

经矿井试用，已证明现有通风设备可以满足本次设计要求。

5　结　论

根据以上理论分析计算及校验，对曹家山煤矿风机进行选型设计，得到以下结论：

矿井总进风量为110 m3/s；矿井通风容易时期的通风总阻力为817.11 Pa；矿井通风困难时期的通风总阻力为2 026.93 Pa；容易时期和困难时期的等积孔均大于2 m2，矿井通风阻力属小阻力矿井，矿井通风难易程度属容易；本次设计选用两台FBCDZ№28型风机，一台工作，一台备用，每台风机均配2台YBF630-8型电机，功率400 kW×2，电压10 kV，转速740 r/min。

通过校验计算及现场试用，已证明现有通风设备可以满足本次设计要求。