龙峰煤业矿井通风装备选型研究_张鹏.pdf

龙峰煤业矿井通风装备选型研究张鹏，张宏伟（山西焦煤华晋焦煤龙峰煤业有限公司，山西汾阳032200）摘要：以龙峰煤业矿井通风系统为研究对象，在分析矿井风量分配方式的基础上分析了工作面回采、巷道掘进、独立通风硐室、矿井辅助运输系统及其他用风方面所需风量，通过理论分析确定通风设备为矿井提供的风量不低于 187.80 m3/s，总风压不低于 1 495.70 Pa，通风设备电机功率不低于 526.29 kW。结合矿井通风系统的设计实际情况，初步选用 FBCDZ-8-26/2315 kW 型矿用对旋轴流式通风机，为后期通风装备的选型提供参考。关键词：矿井通风系统通风机选型风量中图分类号：TD635文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）02-0055-03引言煤矿井下合理有效的通风是开采安全作业的前提，煤炭资源开采系统庞大复杂，井下作业人员相对较多，回采工作面、掘进工作面、运输及辅助运输等作业地点分散，保障不同地点、不同类型的作业所需的风量是矿井安全开采的关键1-3。龙峰煤矿为山西煤炭运销集团整合后的新建矿井，为保证工作面回采、巷道掘进、煤炭运输、材料辅助运输等过程中所需的合理风量，对矿井通风装备进行选型研究，为后期矿井安全通风系统的设计提供参考。1矿井通风系统新建的龙峰煤业矿井设计生产能力为 1.20Mt/年，前期准备开采 2 号煤层，该矿井风井数目为 3 个，其中主、副斜井进风，回风立井回风，服务于整个矿井，服务年限 31.8 年。矿井通风方式采用分列式，通风方法为机械抽出式。主要通风路线为主斜井、副斜井主运大巷、辅运大巷工作面运输顺槽、辅运顺槽回采工作面工作面回风顺槽回风大巷回风立井地面。2矿井风量分配及通风装备提供的风量分析通风装备为矿井提供的风量按矿井实际需求量确定，龙峰煤业为整合后的新建矿井，通风装备为矿井提供的风量主要用于工作面回采、巷道掘进、独立通风硐室、矿井辅助运输系统及其他用风，矿井所需风量按照回采工作面、备用回采工作面、掘进工作面、独立通风硐室、无轨胶轮运输及其他用风巷道等进行计算，如式（1）所示。Q=Kaq（Q采+Q备+Q掘+Q硐+Q胶+Q其他）.（1）式中：Q 为通风装备为矿井所提供的风量，m3/s；Q采为通风装备为综采工作面提供的风量，m3/s；Q备为通风装备为备用采煤工作面提供的风量，m3/s；Q掘为通风装备为掘进工作面提供的风量，m3/s；Q硐为通风装备为硐室提供的风量，m3/s；Q胶为通风装备为无轨胶轮车提供的风量，m3/s；Q其他为通风装备为井下其他地点提供的风量，m3/s；Kaq为通风装备通风系数，取 1.2。2.1通风装备为综采工作面提供的风量通风装备为综采工作面提供的风量根据工作面实际需要风量确定，与工作面气象条件、瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、作业人员等有关，并分别按照各因素进行计算，取其中最大值，备用采煤工作面需风量按正常生产工作面的 50%计算。各影响因素下工作面所需风量计算结果如表 1 所示。经计算，采煤工作面所需风量取最大值 Qcf=24m3/s，备用回采工作面需风量 Qsc=12 m3/s。2.2通风装备为掘进工作面提供的风量通风装备为掘进工作面提供的风量根据掘进工作面实际需要风量进行分析，分别按瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、人员以及局部通风机的实际吸风量等分别进行计算，取其中最大值。分别按照上述各因素分析，计算所需风量如下页表 2 所示。通过上述分析，单个掘进工作面的需风量为 11m3/s。龙峰煤业在一采区生产期间，配备 2 个回采巷道综合机械化掘进工作面，掘进工作面需风量为 22m3/s。二采区开拓延伸期间，矿井增加 2 个大巷掘进工作面，期间掘进工作面需风量共计为 44 m3/s。2.3通风装备为独立通风硐室提供的风量龙峰煤业在一采区生产期间，井下布置 1 座中央收稿日期：2022-06-22第一作者简介：张鹏（1990），男，本科，山西吕梁人，毕业于太原理工大学采矿工程专业，助理工程师，通风科技术员。总第 238 期2023 年第 2 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 238No.2，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.02.021影响因素所需风量/（m3 s-1）气象条件24.00瓦斯涌出量11.44二氧化碳涌出量1.77工作人员数量2.40风速3.70表 1通风装备为综采工作面提供的风量试验研究机械管理开发第 38 卷变电所兼采区变电所，独立通风需风量为 5 m3/s。在二采区生产期间，矿井增加 1 座采区变电所，独立通风需风量为 6 m3/s。通风机需要为独立通风硐室提供的风量为 6 m3/s。2.4通风机为无轨胶轮车提供的风量新设计的矿井井下辅助运输采用防爆无轨胶轮车，无轨胶轮车的供风量取 4.0 m3/（min kW）。按照井下工作面搬家时的无轨胶轮车总功率计算其供风量。一采区生产期间，本矿井最多共有 5 台胶轮车同时工作，分别为 WC5R 型生产指挥车 1 台（功率 45kW）、WC1.9E 型无轨胶轮材料车 1 台（功率 27 kW）、WC40Y 型支架搬运车 2 台（功率 50 kW）、EIMCOED40 SH 型支架铲运车 1 台（功率 75 kW）。同时运行的无轨胶轮车总功率为 247kW，所需风量为 16.5m3/s。二采区生产期间，矿井辅助运输路线较长，需增加 WC3J（B）型无轨胶轮客货两用车 1 台（功率 45kW）、WC5J 型无轨胶轮材料车 1 台（功率 45 kW）、EIMCOED40 SH 型支架铲运车 1 台（功率 75 kW），按8 台胶轮车同时工作，同时运行的无轨胶轮车总功率为 412 kW，所需风量为 28 m3/s。通风机为无轨胶轮车提供的风量为 44.5 m3/s。2.5其他用风地点需风量对于矿井其他用风地点的配风量，设计考虑行人、巷道维护及满足巷道最低风速等要求，取采煤、掘进、硐室及无轨胶轮车需风量之和的 10。2.6通风机为矿井所提供的的总风量根据上述分析，Q采=24.00 m3/s、Q备=12.00m3/s、Q掘=44.00m3/s、Q硐=11.00m3/s、Q胶=44.50m3/s、Q其他=13.55 m3/s，将各参数代入上页式（1）中，通风装备为矿井提供的风量 Q=178.86 m3/s。3通风设备风压分析矿井所需通风设备的通风风压等于矿井通风摩擦阻力，矿井主、副井进风井口标高为+900 m，井底标高分别为+660 m、+745 m，主井高差为 240 m、副井高差为 155 m，进风井口、井底标高差均小于 400 m；回风立井井口标高+935 m，与进风井口相差 35 m，回风立井垂深 209 m，因此，不考虑自然负压。井巷的通风摩擦阻力按式（2）计算4-5：hm=9.8LPQ2S3.（2）式中：hm为巷道通风摩擦阻力，Pa；为巷道通风摩擦阻力系数，kg s2/m4；L 为巷道长度，m；P 为巷道净周长，m；Q 为巷道通过风量，m3/s；S 为巷道净断面积，m2。根据储量计算及采掘接续计划，一采区服务年限为 24.1 年，二采区服务年限为 7.7 年。因此，在主通风机寿命期内（20 年），采掘活动主要集中在一采区。根据回采工作面接续，矿井通风容易时期为首采工作面(1105 工作面)投产时期，其主要通风线路为：副斜井井底车场西辅运大巷工作面运输顺槽回采工作面工作面回风顺槽回风大巷回风立井地面。通过对一采区西翼最远工作面与一采区东翼工作面通风路线的长短，确定一采区东翼工作面（1103工作面）属通风最困难时期，其主要通风线路为：副斜井井底车场西（东）辅运大巷工作面运输顺槽回采工作面工作面回风顺槽回风大巷回风立井地面。根据风量计算与分配，矿井所需通风量为 178.86m3/s，通风摩擦阻力为 1 495.7 Pa，因此总风压不低于1 495.7 Pa。4矿井通风设备选型4.1风量与风压根据上述分析，矿井各用风地点所需通风设备提供的风量不低于 178.86 m3/s，考虑通风装备在为矿井提供风流时，会出现一定的风量损失，取漏风系数为1.05，则通风设备提供的风量不低于 187.80 m3/s。所需总风压不低于 1 495.70 Pa，考虑通风设备在实际工作过程中风道、风硐通风设备的阻力损失及消音器损失，取损失量为 300 Pa，则通风装备所提供的风压不低于 1 795.70 Pa。4.2通风设备电动机功率通风机所需电机功率为：N=KHQ1 0000.850.98.（3）式中：K 为通风装备电机储备系数，取 1.3；Q 为通风装备为矿井所提供的风量，取 187.80 m3/s；H 为风机工况点负压，取 1 795.7 Pa。将相关参数代入式（3）得：N=526.29 kW。根 据 以 上 计 算，通 风 机 的 电 动 机 选 用YBF560M1-8 隔爆型三相异步电动机，功率为 2315kW，电压为 10 kV，转速为 740 r/min。经上述分析，结合龙峰煤业矿井通风系统的设计实际情况，初步选用 FBCDZ-8-26/2315 kW 型矿用对旋轴流式通风机，布置两台，一台工作，一台备影响因素所需风量/（m3 s-1）局部瓦斯涌出量0.66二氧化碳涌出量3.40局部通风机吸风量11.00工作人员数量1.40风速3.80表 2通风装备为掘进工作面提供的风量562023 年第 2 期用。通过调整风机叶片角度及变频运行来适应矿井通风负压的变化，使风机始终工作在高效率区内。每台风机配不停风倒机系统 1 套，每套系统包含插板风门、立式旋叶风门、水平测试风门各 1 台，设置于风机入口集流器前，通过控制风门实现两台风机的倒换工作，由于冬季寒冷，每道风门设有电加热装置，风机扩散器最低点设有冷凝水泄水口，并每班清理。通风机房内安装有水柱计、电流表、电压表、轴承温度计等仪表，风道内安装有监测风门位置、风道内负压的传感器，传感器的信号纳入矿井安全监测监控系统，装有直通矿调度的电话，此外，通风机控制室内设通风机在线监测装置 1 套，对通风机运行中风量、风压等参数进行实时监测。5结语本文在分析龙峰煤业矿井通风系统的基础上，通过理论分析对矿井通风装备的主要参数进行了研究，初步确定使用 FBCDZ-8-26/2315 kW 型矿用对旋轴流式通风机，后期应根据实际情况进一步分析论证，将最终确定使用的通风装备安装于矿井在回风立井上出口附近，采用露天安装方式，平行布置，通风机直接与导风硐连接，确保后期同装备的安全高效作业。参考文献1王国法.高效综合机械化采煤成套技术装备M.徐州：中国矿业大学出版社，2008.2张超.矿井主通风机状态监测与故障预警系统研发D.西安：西安科技大学，2020.3许继秀.矿用主风机安全运转保障系统分析研究D.青岛：山东科技大学，2020.4刘浩宇.赵庄矿多煤层配采分区通风系统优化研究J.山东煤炭科技，2015（12）：76-80.5张慧杰，汪东，孙星，等.走向高抽巷抽采瓦斯关键技术J.煤矿安全，2016，47（1）：74-77.（编辑：王慧芳）Research on Selection of Ventilation Equipment in Longfeng Coal MineZhang Peng,Zhang Hongwei（Shanxi Coking Coal Huajin Longfeng coal industry Co.,Ltd.,Xiaoyi Shanxi 032300）Abstract:Taking Longfeng Coal Mine Ventilation System as the research background,on the basis of analyzing the air volume distributionmethod in the mine,the air volume required for working face mining,roadway excavation,in