特約撰稿人：山東能源臨礦集團王樓煤礦呂鳳新

礦井主通風(fēng)系統(tǒng)改造帶來雙重效果

特約撰稿人：山東能源臨礦集團王樓煤礦呂鳳新

安全是永恒的主題， 更是人類社會文明的標(biāo)志，主通風(fēng)系統(tǒng)是礦山企業(yè)的重中之重，而礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)劣不僅制約著礦井的生產(chǎn)能力，也直接影響著礦井的經(jīng)濟效益；通過改造礦井通風(fēng)系統(tǒng)，不僅可以增加礦井的總進風(fēng)量，提高礦井的生產(chǎn)能力，解決礦井高溫濕熱問題，而且能降低電耗，提高經(jīng)濟效益。我礦結(jié)合礦井生產(chǎn)發(fā)展實際，擬定方案，對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進行了改造優(yōu)化。本文系統(tǒng)介紹了王樓煤礦通風(fēng)系統(tǒng)改造的必要性，該礦注重新技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，選用新型高效的節(jié)能風(fēng)機，采用變頻控制技術(shù)，達到通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能降耗的目的， 滿足礦井安全生產(chǎn)的需要。

增大礦井風(fēng)量迫在眉睫

王樓煤礦位于山東省濟寧市以南，距濟寧市25km。礦井于2004年9月3日開工建設(shè)， 2007年7月1日建成投產(chǎn)。設(shè)計生產(chǎn)能力0.90Mt/a，2013年核定生產(chǎn)能力1.30Mt/a， 礦井現(xiàn)采用中央并列抽出式通風(fēng)，副井進風(fēng)，主井回風(fēng)。主通風(fēng)機房安裝2臺BDK618Ⅱ-8-№28對旋式軸流通風(fēng)機，一臺運轉(zhuǎn)，一臺備用，配備電機功率2×450kW，轉(zhuǎn)速740r/min。礦井主要通風(fēng)機系南陽防爆集團股份有限公司生產(chǎn)，2006年1月出廠，額定流量為14280 m3/min，風(fēng)壓力為4850Pa。2015年7月實測，總進風(fēng)量為8828 m3/min，總回風(fēng)量為9364 m3/min，總排風(fēng)量為10284 m3/min，有效風(fēng)量為8261 m3/min，有效風(fēng)量率為93.57%，外部漏風(fēng)率為8.94%，負(fù)壓3150pa，礦井等積孔為3.63m2。

礦井主要通風(fēng)機于2006年1月安裝運行，已經(jīng)正常運行近10年。隨著礦井開采的延伸，開采水平已達-1150米，其煤巖體溫度分別為41.6℃、44.9℃，采區(qū)進風(fēng)流溫度已達30多度，高溫濕熱災(zāi)害已嚴(yán)重影響到礦井的正常生產(chǎn)，且通風(fēng)線路已達13320米，礦井通風(fēng)阻力越來越大，現(xiàn)有主要通風(fēng)機的通風(fēng)能力已不能滿足礦井安全生產(chǎn)需求，根據(jù)礦井采場接續(xù)情況，目前礦井需風(fēng)量為9636 m3/min，中長期規(guī)劃（5～10年）礦井需風(fēng)量為10098m3/min，現(xiàn)有主要通風(fēng)機風(fēng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。

礦井為二級熱害礦井，采掘工作面的風(fēng)流溫度達30℃～32℃，礦井高溫濕熱已嚴(yán)重影響到礦井的安全、效益、采掘工作面的生產(chǎn)效率及井下員工的身心健康。據(jù)統(tǒng)計，在礦井6～9月份高溫季節(jié)，掘進工作面效率降低約50%，回采工作面效率降低約1/3。手、腳、肌體腐爛、中暑現(xiàn)象時有發(fā)生，員工出勤率難以保障。增大礦井風(fēng)量迫在眉睫。

因此，需要對主要通風(fēng)機進行技術(shù)升級改造。通風(fēng)降溫是礦井解決高溫?zé)岷Φ闹饕椒ㄖ?，增大礦井采掘工作面的風(fēng)量，可改善工作環(huán)境，有效降低工作面的溫度，為職工提供較為舒適的環(huán)境，提高全礦井風(fēng)量和員工的積極性，提高工作效率，確保安全生產(chǎn)，為礦井穩(wěn)產(chǎn)增效、減虧增盈、節(jié)支增收打下堅實的基礎(chǔ)。

風(fēng)機改造勢在必行

王樓煤礦原風(fēng)機采用對旋風(fēng)機，風(fēng)機型號為BDK618 II-8-No28，風(fēng)機轉(zhuǎn)速為740rpm， 風(fēng)機配置兩臺，一用一備，風(fēng)機采用變頻調(diào)節(jié)。

對旋風(fēng)機的結(jié)構(gòu)如下圖，其結(jié)構(gòu)設(shè)計比較簡單，流道設(shè)計不合理，從而對風(fēng)機性能影響也很大，因此，對旋風(fēng)機的效率比較低。長期以來，關(guān)于對旋裝置風(fēng)機效率的說法不一，效率相差50%左右，分歧極大（圖1）。

圖1

為了摸清對旋風(fēng)機的效率，特地進行了風(fēng)機的性能測試，測試的結(jié)果如下：測試結(jié)果表明，風(fēng)機的效率只有62.7%，比較低。測試的工況點見曲線圖，測試時風(fēng)機的轉(zhuǎn)速已經(jīng)是最高轉(zhuǎn)速740r/min（表1）。

表1

從上圖可以看出，該風(fēng)機的理論效率應(yīng)該在85%左右，但實際測試結(jié)果表明該風(fēng)機的效率只有62.7%，相差約22%。通過其它現(xiàn)場的對旋風(fēng)機的性能測試，結(jié)果表明實測效率平均低于理論效率26%左右，見下圖，王樓現(xiàn)場的測試結(jié)果與其他現(xiàn)場的測試結(jié)果基本一致。

因此，對旋風(fēng)機的實際效率非常低，風(fēng)機的節(jié)能改造空間很大。

另外，目前的對旋風(fēng)機已經(jīng)滿足不了井下通風(fēng)的需要，原因是隨著井下巷道的延伸，系統(tǒng)阻力增加，風(fēng)機的流量減少，就使用的對旋風(fēng)機而言，井下風(fēng)量的不足實質(zhì)上是由于風(fēng)阻的增加造成的，而風(fēng)機的出力已經(jīng)是最大，所以目前的風(fēng)機已經(jīng)滿足不了井下通風(fēng)的需求，風(fēng)機改造勢在必行。

風(fēng)機改造方案論證

經(jīng)過技術(shù)論證，風(fēng)機的改造采用整機更換的方案，改造后可帶來雙重效果：一是高效節(jié)能，二是提高風(fēng)機的出力。

經(jīng)過調(diào)研，決定采用高效率的AN軸流風(fēng)機替代現(xiàn)有的對旋風(fēng)機，與對旋風(fēng)機相比，AN軸流風(fēng)機的效率高，而且高效區(qū)范圍寬，具有很好的節(jié)能效果，是煤礦主抽風(fēng)機的最佳產(chǎn)品。下圖2中，紅色為對旋風(fēng)機的性能曲線，黑色的是AN軸流風(fēng)機的性能曲線，通過比較可以明顯看出軸流風(fēng)機的高效區(qū)范圍比對旋風(fēng)機大很多。

根據(jù)王樓礦井下通風(fēng)的需求，新風(fēng)機的參數(shù)如下：

容易期：風(fēng)量Q1=183.3m2/s，負(fù)壓P1=3900Pa；

困難期：風(fēng)量Q2=200 m2/s， 負(fù)壓P2=4700Pa。

通過技術(shù)方案的比較，選用豪頓公司的AN系列礦用軸流風(fēng)機，該系列礦井通風(fēng)機是豪頓公司的最新產(chǎn)品，代表了目前世界通風(fēng)設(shè)備先進技術(shù)；采用反轉(zhuǎn)返風(fēng)，返風(fēng)量較大，返風(fēng)時間較短；風(fēng)機性能按國際最高標(biāo)準(zhǔn)考核，無負(fù)偏差，曲線準(zhǔn)確性高；結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，全壓效率較高，制造質(zhì)量好，維護量??；能在現(xiàn)場方便地更換葉片，對葉輪進行大中修，能確保備用風(fēng)機的安全性；該廠制造的軸流通風(fēng)機應(yīng)用情況良好，設(shè)備可靠性高，其設(shè)在國內(nèi)的制造廠有制造大型通風(fēng)機的豐富經(jīng)驗。

該風(fēng)機的葉片可以停機調(diào)節(jié)，采用葉片粗調(diào)，轉(zhuǎn)速細(xì)調(diào)的方式使風(fēng)機在容易期和困難期的效率都在高效區(qū)運行，從而達到節(jié)能的目的。

新風(fēng)機的型號為AN2660/1600，電機功率為1400kW。風(fēng)機的性能曲線如下圖3所示：

通過上圖可以看出，對于困難期和容易期，葉片角度都是60度， 通過改變風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，使困難期和容易期的風(fēng)機效率均在85%以上。

風(fēng)機技改效果明顯

風(fēng)機的改造采用整機更換模式，逐臺更換。先把備用的對旋風(fēng)機停機拆除，根據(jù)新風(fēng)機的要求修改基礎(chǔ)，待基礎(chǔ)固化后，安裝新的風(fēng)機。豪頓的風(fēng)機采用模塊化設(shè)計，現(xiàn)場安裝非常方便，整個施工、調(diào)試在一個月內(nèi)完成。

在2016年初已經(jīng)完成改造了一臺風(fēng)機，風(fēng)機運行非常好，風(fēng)機振動很小，振動值在0.5mm/s，目前該風(fēng)機已經(jīng)正式投入運行，風(fēng)機更換后，井下風(fēng)量由140m3/s 提高到了180m3/s，而且風(fēng)量穩(wěn)定，大大改善了井下的通風(fēng)條件，為煤礦的安全生產(chǎn)提供了保障。

圖2 上圖為中國西部一煤礦的通風(fēng)機實例，風(fēng)量236 m2/s，負(fù)壓1172Pa

圖3

改造后的風(fēng)機還進行了性能測試，測試結(jié)果如下表2：

測試時風(fēng)機轉(zhuǎn)速為990r/min（由于變頻器故障，無法調(diào)頻改變轉(zhuǎn)速），測試結(jié)果表明風(fēng)機效率為83%，比原來對旋風(fēng)機的62.7%大大提高，達到了節(jié)能的預(yù)期效果。測試工況點如下圖4：

圖4

根據(jù)目前的井下阻力，風(fēng)機還有一定的節(jié)能空間，可以通過調(diào)節(jié)頻率達到節(jié)能的目的，如前面的性能曲線所述，如果調(diào)節(jié)頻率到900r/ min， 風(fēng)機的效率會由83%提高到87%左右。

從測試的結(jié)果看，豪頓AN礦用軸流風(fēng)機的實際效率達到了設(shè)計值，根據(jù)第三方的測試數(shù)據(jù)，豪頓風(fēng)機的實際效率與理論效率基本一致，這就說明豪頓AN風(fēng)機的實際節(jié)能效果很好。

節(jié)能情況分析

新風(fēng)機的軸功率為930.6kW，按照對旋風(fēng)機62.7% 的效率，如果達到同樣的風(fēng)壓、風(fēng)量，對旋風(fēng)機的軸功率應(yīng)該為930.6X83%/62.7%=1232kW。

如果按每年運行8000小時，每度電0.487元計算，每年的節(jié)能費用為：

(1232-930.6)X8000X0.487= 117.4萬元

可以看出，豪頓礦用AN風(fēng)機效率比對旋風(fēng)機高很多，節(jié)能效果非常明顯。

王樓煤礦對旋風(fēng)機的改造，目前看來是非常成功的，通過采用豪頓AN風(fēng)機替代對旋風(fēng)機，達到了以下目的：

1.豪頓AN礦用風(fēng)機效率高，對比對旋風(fēng)機，節(jié)能效果非常明顯，在兩年內(nèi)就可以收回初投資，在國家節(jié)能減排的大背景下，對旋風(fēng)機的節(jié)能改造很有意義。

2.改造后的風(fēng)機性能提高，解決了井下風(fēng)量不足的問題，為煤礦的安全生產(chǎn)提供了保證。

表2