产能提升情况下矿井通风机的选型和能力核定

边燕梅

（山西安标检验认证有限公司， 山西 太原 030031）

引言

矿井主通风机的选型直接关系到矿井生产、人员安全及耗电成本等一系列问题。根据《煤炭安全规程》的要求，通风机的选型必须根据煤矿正常生产的风量进行选择，并严格按照要求进行风量的核定[1-2]。根据核算结果，提出风量规划的意见及安全措施，将其作为现有通风条件下矿井安全生产的重要依据。

1 通风机选型的基本原则

通风机的选型应该严格遵循可靠性、适用性和经济性三大原则。可靠性是指通风机的尺寸规格、台数、安置方式都应符合相关规定，并且设备运行稳定，维修方便；适用性是指设备的选型需要满足矿井不同阶段的风量输送，不仅要考虑到矿井初期，还应考虑到未来发展，要求可以服务于矿井整个开采阶段；经济性是指对风机的设备成本、运维成本、能耗情况进行综合考虑，选取最经济的风机方案。灵石某矿现将产能提升至90 万t/年，对两种常用的风机型号——FBCDZ№24 型矿用对旋轴流式通风机和G4-73-11型离心式通风机的优缺点进行对比，结果如下：

方案1：FBCDZ№24 型矿用对旋轴流式通风机采用对旋式结构，具有风机效率高、节能减噪等优点，最高装置静压效率超过85%。该型号风机适用于风量变化小、阻力变化大的矿井[3]。风机有多种工况支持条件，当设备启动时，闸门的开关状态较容易控制，可选择半开或全开模式，叶轮叶片安装角的调节方法简单且经济。但风机是采用反转反风进行风流的改变，虽操作简单但稳定性较差。

方案2：G4-73-11 型离心式通风机同样在工作效率、节能减噪和结构系统方面具有优势。但该通风机尺寸较大，使用时需专门修建通风机房，且风机产生的风量小，适用于风量变化大、阻力变化小的矿井[4]。

通过上述两种风机选型的对比发现，FBCDZ№24型矿用对旋轴流式通风机更适用于本矿井实际通风生产，因此以方案1 为通风设备选型的首选，即在回风立井井口安装2 台FBCDZ№24 型矿用对旋轴流式通风机，1 台工作，另1 台备用，配套电机功率2×185 kW，电压380 V。备用通风机能够在10 min 内启动。风量范围70~150 m3/s，风压范围2 625~2 750 Pa。

2 矿井需风量计算

本矿井设计能力为90 万t/年，矿井绝对瓦斯涌出量为2.65 m3/min，相对瓦斯涌出量为1.38 m3/t；回采最大绝对瓦斯涌出量0.9 m3/min，掘进最大绝对瓦斯涌出量0.34 m3/min，鉴定为低瓦斯矿井，各工作面实际需风量计算如下[5]。

2.1 采煤工作面实际需风量

本矿井一采一掘，根据采掘计划显示，将开采100203 工作面，该工作面的最大需风量按气象条件取值为最大需风量，计算公式见式（1）。

式中：Q采为采煤工作面实际需风量，m3/min；V采为采煤工作面的风速，取1.0 m/s；S采为采煤工作面的平均有效断面积，取16.67 m2；K采高为采煤工作面采高调整系数，取1.1；K采长为采煤工作面长度调整系数，取1.1。

将相关数据代入式（1）得：Q采=831.8 m3/min。

2.2 掘进工作面实际需风量

每个掘进工作面实际需风量应按瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、工作人员、爆破后的有害气体产生量以及局部通风机的实际吸风量取其中最大值而定。本矿井配备两个顺槽掘进工作面，并考虑备用一个停掘不停风掘进工作面。经分析，局部通风机的实际吸风量为掘进工作面最大需风量，按式（2）进行计算:

式中：Q掘为掘进工作面需风量，m3/min；Q局为局部通风机实际吸风量（根据矿方提供掘进面作业规程，掘进面局部通风机最大实际吸风量为450 m3/min）；0.25为有瓦斯涌出的岩巷、半煤岩巷和煤巷允许的最低风速；S掘为局部通风机安装地点到回风口间的巷道最大断面积，其中S运输顺槽=11.2 m2、S回风顺槽=11.2 m2。

经计算：Q掘=Q运输顺槽与Q掘=Q回风顺槽均为618 m3/min，考虑一个停掘不停风掘进工作面，风量同样为618 m3/min，则掘进工作面实际需风量Q掘总计为1 854 m3/min。

2.3 独立通风硐室的需风量

本矿井有独立通风硐室3 个，即消防材料库与两个采区变电所，按经验值需风量为60~140 m3/min，取配风量为120 m3/min，则独立通风硐室需风量Q硐=120×3=360 m3/min。

2.4 其他用风巷道实际需风量

井下其他用风巷道ΣQ其他所需风量，按经验公式取巷道总风量的5%进行计算，即式（3）：

经计算，ΣQ其他为137.1 m3/min。

2.5 矿井总需风量

矿井井下总需风量即为井下所有巷道需风量之和，但根据实际经验需要超出该值20%（k 为需风系数），具体见式（5）：

经计算，矿井总需风量Q总为3 819.5 m3/min。

2.6 矿井通风能力计算

根据对矿井各用风地点的实际需风量的计算，FBCDZ№24 型矿用对旋轴流式通风机可满足矿井5 000 m3/min 的通风能力。可安排1 个10 号煤综采工作面、两个顺槽掘进工作面同时生产，同时满足相关备用工作面、硐室及其他巷道的通风需要。

3 矿井通风能力验证

矿井现有两台FBCDZ№24 型矿用对旋轴流式通风机，分别标注为1 号和2 号。正常生产时运行1 号主要通风机，目前矿井实际总进风5 204 m3/min，总回风5 256 m3/min，满足井下需风量的要求。根据通风机性能曲线图（图1），1 号风机实际工况点M1 风量93.5 m3/s，风压2 241.3 Pa，小于风压曲线最高风压2 625 Pa 的90%，风机轴功率250 kW，小于风机额定功率370 kW，静压效率31.2%。主要通风机的工况点处在风机性能曲线“驼峰”的右侧，在合理工作范围之内，整个工况运行稳定。

图1 通风机性能曲线示意图

4 结语

为确保煤矿产能提升后，通风系统安全可靠、供风充足，通过现场监测和理论计算对FBCDZ№24 型矿用对旋轴流式通风机进行了详细工况统计。矿井主要通风机实际运行工况点处于安全、稳定、合理、可靠的范围之内，主风机满足矿井总需风量3 819.5 m3/min 的要求。采煤、掘进工作面均实现了独立通风，并无串联通风存在，可以满足矿井90 万t/年产能的需求。通过校验计算及现场试用为其他相似矿井设备选型提供借鉴。