煤矿通风风量优化及设备选型浅析

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摘要：针对沙坪煤矿通风系统现状，通过对采煤、掘进、硐室、矿用防爆机车、备用面及其它地点需要风量的计算，得出矿井优化总需求风量。进一步对矿井相对容易和困难2个时期需风量、矿井负压等计算，根据通风机特性曲线和通风网路特性曲线，进行了主要通风机和电动机设备选型，并对矿井通风系统进行了优化改造，实现矿井主通风机安全运行，具有指导意义。

关键词：风量；计算；通风机；选型

1矿井概况

山西晋神沙坪煤业有限公司隶属山西省晋神能源有限责任公司，2004年根据山西省政府“资源整合，关小建大”的煤炭产业政策，由山西省煤炭运销总公司与原神华集团公司联合组建。沙坪煤业地处山西省河曲县城南30km，井田面积为22.59km2，核定生产能力为3.0Mt/a，批准开采8、9、10、11、12、13号煤层。该矿属瓦斯矿井，煤尘有爆炸性，煤层自燃倾向为自燃，瓦斯涌出量小，矿井风量较大。采用机械抽出式通风方法，分列式通风系统。

2矿井通风现状

该矿目前采用机械抽出式通风方式，中央分列式通风系统。主斜井、副平硐、排水平硐进风，回风斜井回风。回风井采用2台FBCDZ№27型轴流式通风机，功率为2×450kW。风量100~234m3/s，风压3300~1060Pa，叶片角度39/37°。现有回风井口位置不合适，排水平硐不适合继续使用，通风能力余量不足，主要通风机不具备现代化矿井要求，实测矿井通风阻力2015Pa，主要通风机处于不合理工况点运行，需要更换。

3矿井总需风量计算

3.1采煤工作面需风量计算

（1）按采煤工作面同时作业人数计算。式中：Q采为采煤工作面风量，m3/min；N为采煤工作面同时工作的最多人数，工作面正常工作人员50人，另考虑带班人员2人，计算交接班时最大人数为104人；4为每人需风量不小于4m3/min。（2）按气象条件计算。式中：Q采为采煤工作面风量，m3/min；v采为采煤工作面的适宜风速，m/s，取1.5m/s；S采为采煤工作面平均有效断面面积，m2，按最大和最小控顶有效断面的平均值计算为16.66m2；k采面高为采煤工作面采高调整系数，取1.2；k采面长为采煤工作面长度调整系数，取1.0；60为单位换算产生的系数；70%为有效通风断面系数。（3）按瓦斯涌出量计算。式中：Q采为采煤工作面风量，m3/min；q采为采煤工作面回风流中平均绝对瓦斯涌出量，m3/min，为1.05m3/min；k采为采煤工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，取1.7；100为按采煤工作面回风流中瓦斯浓度不超过1%的换算系数。按照《煤矿安全规程》，式（1）~式（3）计算的最大值1763.29m3/min，作为该采煤工作面风量，采煤工作面总需风量ΣQ采=1763.29m3/min。

3.2掘进工作面需风量计算

（1）按掘进工作面同时作业人数计算。式中：Q掘为掘进工作面风量，m3/min；N为掘进工作面同时工作的最多人数，按交接班时，两班考虑，最大人数为20人；4为每人需风量不小于4m3/min。（2）按瓦斯涌出量计算。式中：Q掘为掘进工作面风量，m3/min；q掘为掘进工作面绝对瓦斯涌出量，m3/min，为0.17m3/min；k掘为掘进工作面瓦斯涌出不均衡通风系数，取1.7；100为按掘进工作面回风流中瓦斯浓度不超过1%的换算系数。（3）按局部通风机最大额定吸风量计算。该矿掘进工作面配备2台FBD№6.3/2×30型局部通风机，一开一备，局部通风机吸入风量为330～520m3/min。式中：Q掘为掘进工作面风量，m3/min；Q掘通为掘进工作面局部通风机最大额定吸风量，m3/min，为520m3/min；I掘通为掘进工作面局部通风机同时通风台数，取1；S掘为掘进工作面局部通风机安装地点到回风口间巷道最大断面积，m2，为18.7m2；60为单位换算产生的系数；0.25为有瓦斯涌出允许的最低风速，m/s。按照《煤矿安全规程》，取式（4）~式（6）条件计算的最大值800.5m3/min，作为该掘进工作面需风量。全矿井现配备2个综掘队，每队2组综掘工作面交替掘进，考虑到矿井采掘接替时掘进巷道停掘不停风的原则，每队一个接替掘进工作面，能够满足矿井的正常接替，掘进工作面总需风量ΣQ掘=800.5×6=4803m3/min。

3.3矿用防爆机车需风量计算

该矿18301工作面辅运顺槽同时工作1台5t无轨胶轮车（功率为75kW/台），18302工作面辅运顺槽同时工作2台3t无轨胶轮车（功率为45kW/台），大巷及其它地方同时工作4台5t无轨胶轮车（功率为45kW/台）和4台3t无轨胶轮车（功率为45kW/台），同时，在掘进工作面配风时已按局部通风机的最大吸风量进行了配风，风量大于胶轮车需风量，故计算时不考虑掘进工作面机车需风量。式中：ΣQ车为风量矿用防爆机车需风量，m3/min；ni为第i个地点胶轮车的台数；Pi为第i个地点胶轮车的功率，kW；Ki为配风系数，第i个地点使用1台胶轮车时，Ki为1；第i个地点使用2台胶轮车时，Ki为0.75；第i个地点使用3台及以上胶轮车时，Ki为0.5；4为每1马力每分钟应供给的最低风量，m3/min；1.36为千瓦与马力的换算关系。

3.4硐室需风量计算

该矿独立通风硐室有，中央变电所、避难硐室联巷、182盘区变电所、183盘区移变硐室采用独立通风，需风量按照硐室中运行机电设备发热量计算。通风硐室设备总功率为3780kW，其中中央变电所设备功率为2×315kW，182盘区变电所设备功率为2×630kW，183盘区移变硐室设备功率为2×（315+630）kW。其它硐室需风量约240m3/min，硐室总需风量ΣQ硐=1888.8+240=2128.8m3/min。3.5备用工作面需风量计算备用工作面需风量按采煤工作面总需风量的50%计算。3.6其他巷道需风量计算根据《山西省煤矿通风能力核定报告编制导则》的标准要求，“90万t/处以下矿井不应小于300m3/min，90万t/处以上矿井不应小于600m3/min”，该矿8号煤层分为8上号煤层与8下号煤层，其他巷道总需风量估算为ΣQ其=2×600=1200m3/min。3.7矿井总需风量矿井总需风量按采煤、掘进、硐室及其它地点需要风量总和计算。

4主要通风机设备选型分析

4.1风机所需风量及负压

按照上述矿井总需风量计算为278.58m3/s，取280m3/s。通风相对容易时期，矿井通风最小负压hmin=1651.4Pa，通风困难时期，矿井通风最大负压hmax=2136.2Pa。（1）所需主要通风机风量。式中：K为外部漏风系数，专用风井取1.05。（2）所需主要通风机风压。通风相对容易时期：通风困难时期：式中：△h为通风设备阻力损失，取150Pa。

4.2通风机选型

根据矿井所需风量及负压，选取FBCDZ-12-№38B型对旋式轴流风机2台（一开一备），风量192~416m3/s，风压1050~3800Pa，可满足矿井通风要求，如图1所示。（1）风机工况点确定。矿井通风网络阻力系数：矿井通风网络特性曲线方程：根据作出2条网络特性曲线，将工作点确定为图中的M1、M2两点。M1点（初期工况点参数即容易时期）：M2点（末期工况点参数即困难时期）：（2）风机电机功率。前后期功率比N1/N2=0.88＞0.6，所以供初期和末期使用的电机选用同一型号电机，电动机容量Nd=1.1×N2=1.1×1047.40=1152.14kW查FBCDZ-12-№38B型轴流式通风机的配套电动机型号为YBFe900S2-12两台，功率800×2kW，电压10kV，转速490r/min。

5结论

（1）通过计算并依据《煤矿安全规程》，从6个方面计算了沙坪煤矿通风需风量，确定沙坪煤矿通风总需风量为280m3/s。（2）根据风量及负压要求，沙坪煤矿主要通风机选择FBCDZ-12-№38B型对旋式轴流风机2台(一开一备)，通风机的配套电动机型号为YBFe900S2-12两台，功率800×2kW，电压10kV，转速490r/min。

作者:苗云 单位:山西晋神沙坪煤业有限公司