矿用通风机设备选型设计及应用

刘 伟

（山西平舒煤业有限公司通风部， 山西 晋中 045400）

引言

矿井风机是保障井下安全生产的主要通风机械，属一级负荷，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、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。一般在设计煤矿矿井设备时，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[1-2]。

1 矿井状况

山西某矿矿产资源丰富，开采技术条件较好，生产能力可达1.2 Mt/年。该矿现开采2号煤层二采区，采用倾斜长壁采煤方法。目前矿井共划分为2个采区，其中一采区已回采完毕，正在开采二采区，井下共布置一个回采工作面和两个掘进工作面。矿井采用中央分列式通风，通风方法为机械抽出式通风。该矿已有的主通风机是型号为FBCDZ-6-No18B型的风机，其风量范围为49.2～76 m3/s，风压范围为1 085～3 100 Pa。经简单计算，矿井总需风量为85 m3/s，该风机风量已不能满足该矿的通风要求。因此，需对主通风机进行重新选型，以便为矿井日后的安全高效生产提供一定的保障[3]。

2 矿井通风风压及等积孔计算

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，最终矿井总进风量取85 m3/s，其中主斜井进风量为30 m3/s，副斜井进风量为40 m3/s，行人斜井进风量为15 m3/s。

2.1 风阻h

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：

式中：H为矿井阻力，mmH2O；L为井巷长度，m；α为摩擦阻力系数；P指井巷净断面周长，m；Q为通过井巷的风量，为85 m3/s。S为井巷净断面积，m2；R为井巷摩擦风阻，容易时期取0.025 9 N·s2/m8，困难时期取0.029 7 N·s2/m8；h局为局部通风阻力，容易时期取值为28.044mmH2O，困难时期取值为32.154mmH2O。

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。经计算，矿井通风容易时期的通风总阻力为215.001 mmH2O，换算后为2 107.00 Pa；矿井通风困难时期的通风总阻力为246.514mmH2O，换算后为2415.84Pa。

2.2 等积孔面积A

式中：A为矿井等积孔面积，m2；Q为矿井总风量，m3/s；h为通风总阻力，Pa，分为容易时期和困难时期，对应的等积孔也分为容易时期和困难时期。则计算 A容易为 2.2 m2；A困难为 2.05 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Q

式中：Qf为主要通风机通风量，m3/s；Q总为矿井总需风量，m3/s；k为通风设备漏风系数，取1.1。经计算得Qf=93.5 m3/s。

3.2 确定扇风机所需全压H

式中：△h为通风设备阻力损失（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；hmin与hmax分别为容易时间和困难时间的风阻，2.1节可知hmin=2 107.0 Pa，hmax=2 415.8 Pa。经计算得 Hmin=2 257.0 Pa，Hmax=2 565.8 Pa。

根据通风机的风量和静压，本次设计选用FBCDZ-6-NO21B型风机，配套电机为YBFe355-6，功率 280 kW×2，660 V。

3.3 扇风机选择及工况点

最大、最小网路阻力系数：Rmin=0.258；Rmax=0.293。

风机网路特性征曲线方程：Hmin=Rmin=0.258；Hmax=Rmax=0.293。

将网路特性曲线方程置于所选风机性能曲线上，其交点即所求工况点，见图1。选择两台FBCDZ-6-NO21B型风机，一台工作，一台备用。

图1 扇风机FBCDZ-6-№21B性能曲线图

3.4 预选电机

式中：K为备用系数，取1.2；ηc为传动效率，直接传动时，ηc取 1；η1、η2为通风机工作效率。容易时期叶片角度为46°/38°，困难时期通风机叶片角度46°/38°。设计选用两台FBCDZ-6-№21B型风机，一台工作，一台备用。选用风机配套电机YBFe355-6，功率为 280 kW×2，转速为 980 r/min，电压为660 V，能够满足矿井通风要求[4]。

4 通风机配电、监控及反风措施

本通风机采用厂家配套异步防爆电动机，电动机额定功率为2×280 kW，电压为660 V。

风井场地建有通风机变电所，现状为两回6 kV电源均引自矿井35 kV变电站6 kV侧不同母线段，架空线型号为LGJ-120 mm2，长约2.3 km，变电所设有12台KYN28-12Z型户内金属铠装移开式开关设备，安装2台S9-315/6 6/0.69 kV 315 kVA油浸式动力变压器，低压配电安装有6台GGD2型交流低压固定式开关柜。

本次主通风机更换，设备电机功率增大，已有变电所供电能力不足，需对变电所进行改造。本次选型设计利用已有两回电源，线路电压损失为1.56%，能够满足供电要求。更换2台变压器，新选2台S11-800/66/0.69kV 800kVA油浸式动力变压器，变压器至低压配电柜上线改为母线桥架上线方式。鉴于主通风机设备电机功率较大，直接启停控制困难，设计采用一拖一变频调速实现风机软启动。经试用，完全可以满足该矿通风的要求。通风机在线监控系统的主要功能有：实时监测通风系统参数、通风机性能参数、电机电气参数、轴承温度、电机振动、数据管理、报表管理、性能测试、远程通讯等[5-6]。

该通风机设备采用断电停机后电机反转的方式进行反风，反风风量大于正常风量的40%、反风功率小于额定功率，启动反风时间小于10 min，满足有关规程、规范的要求。

5 结论

本次设计选用两台FBCDZ-6-No21B型轴流式风机，一台工作，一台备用，配用YBFe355-6型防爆电动机，功率为2×280kW、电压为660 V、转速为980 r/min、风量 65-130 m3/s、负压 1 300～4 141 Pa。该矿井更换主通风机后通风良好，为矿井日后的生产提供了保障。