肖利民，李義杰

某金屬礦山主通風機工況優(yōu)化調(diào)節(jié)研究

肖利民，李義杰

(長沙礦山研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012)

針對某金屬礦山現(xiàn)有主通風機通風量不足的運行情況，為提高礦井通風量，挖掘主通風機潛力，通過采用改變風機風壓特性曲線調(diào)節(jié)法來優(yōu)化主通風機的工況。經(jīng)對主通風機調(diào)整葉片安裝角至40°的工況進行分析，得出在更換主通風機原有電動機后，即可實現(xiàn)顯著增大主通風機風量的目的，為指導礦山優(yōu)化改造現(xiàn)有主通風機提供了可靠的依據(jù)。

主通風機;通風系統(tǒng);風量;金屬礦山

某金屬礦山采礦生產(chǎn)能力為115.5×104t/a。通過測定西風井主通風機風量實測值為163.4 m3/s，該礦井實際年產(chǎn)萬噸耗風量僅1.42 m3/s，說明現(xiàn)有主通風機供風量已偏小。且隨著礦山向深部延深，以及井下柴油鏟運機的使用，急需通過增大礦井通風量來改善井下生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境。但更換新的主通風機不但工期長，影響井下生產(chǎn)，而且投資大。因此，為節(jié)約投資、縮短工期，盡量減少因改造或更換主扇對井下生產(chǎn)的影響，有必要對礦山現(xiàn)有主通風機性能進行研究和分析，充分挖掘其潛力，對主通風機進行局部優(yōu)化，以提高礦井總通風量，保證礦井通風安全。

1 主通風機性能測定

該礦主通風機安裝在西風井井口，主通風機型號為DK-8-No28，配YF355 kW-8P型電機，電機功率2×355 kW。目前風機葉片安裝角為35°，主扇裝置性能檢測結(jié)果如表1所示，主扇靜壓特性曲線見圖1。

表1 DK-8-No28型風機性能檢測結(jié)果

根據(jù)檢測結(jié)果，計算得出主通風機效率為77.89%，大于70%，說明主通風機目前運行工況及性能為正常。但鑒于本礦井下生產(chǎn)任務重，同時作業(yè)的工作面?zhèn)€數(shù)多，井下實際總需風量已增加至168.85 m3/s，若繼續(xù)保持主通風機在目前工況下運行的話，將無法提供足夠的新鮮風流用于井下各工作面的通風。

圖1 DK-8-No28型通風機靜壓特性曲線

2 主通風機優(yōu)化調(diào)節(jié)

2.1 風機工況點調(diào)節(jié)方法

在礦井通風系統(tǒng)中，有效的風機工況點調(diào)節(jié)方法主要有：改變礦井風阻特性曲線調(diào)節(jié)法和改變扇風機風壓特性曲線調(diào)節(jié)法兩大類[1-2]。

2.1.1 改變礦井風阻特性曲線調(diào)節(jié)法

當風機風壓特性曲線不變時，改變礦井的總風阻，工況點沿風機特性曲線移動。該類調(diào)節(jié)法主要措施如下。

（1）減少或增大礦井總風阻，對應增加風量或減少風量。在礦井主要進、回風段采取刷幫、增加并聯(lián)通風井巷、縮短風路、更換支護方式、減少局部阻力等措施來減少總風阻。該種調(diào)節(jié)方法優(yōu)點主要是風機運轉(zhuǎn)費用較低；缺點是工程量和工程費用較大，工期長。

（2）增加或減少礦井外部漏風通道。該種調(diào)節(jié)方法主要是方便簡單、經(jīng)濟，但可調(diào)節(jié)幅度較小。

2.1.2 改變風機風壓特性曲線調(diào)節(jié)法

當?shù)V井總風阻不變，改變風機風壓特性曲線，工況點沿風阻特性曲線移動。該類調(diào)節(jié)法主要分為以下2點。

（1）改變?nèi)~片安裝角度或葉片數(shù)來增減風量。目前，礦用軸流式通風機一般都能夠通過調(diào)節(jié)葉片安裝角度來調(diào)節(jié)風量。對于有些軸流風機還可以改變?nèi)~片數(shù)改變風機的特性。但改變?nèi)~片數(shù)時，須按廠家說明書規(guī)定進行。

（2）改變風機轉(zhuǎn)速。目前一般通過改變電動機轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。為風機配備變頻電機，即可實現(xiàn)調(diào)速，改變風機特性。

2.2 調(diào)節(jié)方法選擇

該礦井已生產(chǎn)多年，要通過改變礦井風阻特性曲線來增大通風量，主要可采用刷大總的進、回風巷道斷面、新掘并聯(lián)通風井巷等措施。這些措施要新增較大的工程量和工程費用，且施工周期長。尤其是在關(guān)鍵的進、回風巷道施工時，對礦山正常生產(chǎn)存在影響。目前DK-8-No28型主通風機已配備有變頻電動機。本次測定時，已調(diào)至最大頻率50 Hz運行，轉(zhuǎn)速已調(diào)至上限。故現(xiàn)狀情況下，已不能再通過調(diào)大轉(zhuǎn)速來增加風量。經(jīng)對比，本次將通過調(diào)節(jié)風機葉片安裝角來校核現(xiàn)有風機工況，并分析其能否實現(xiàn)增大風量的目的[3-4]。

2.3 主通風機優(yōu)化調(diào)節(jié)及分析

根據(jù)表1和圖1可知，礦山現(xiàn)有的DK-8-No28型主通風機目前葉片安裝角度為35°，陰影區(qū)域為該風機的合理工作范圍，往上還有40°、45°兩個葉片安裝角度。從圖1來看，將該風機葉片安裝角度調(diào)整至40°，能夠顯著提高礦井回風量。為此，須對西風井實際回風量、通風阻力進行計算，然后在風機特性曲線圖上做礦井風阻R曲線，以確定風機工況點和電機功率[5-6]。

考慮到礦山實際情況，經(jīng)按排塵風速計算礦井需風量，箕斗主井裝礦系統(tǒng)需風量為14.57 m3/s，該風量由空氣幕壓入箕斗井，然后排至地表；剩余須經(jīng)西風井排至地表的風量為154.28 m3/s。通過對礦井通風阻力進行計算，得出礦井在容易時期、困難時期的通風總阻力分別為1775.89，2289.27 Pa。依據(jù)計算出的西風井回風量和礦井通風阻力，對現(xiàn)有DK-8-No28型主通風機進行工況校核，詳見表2和圖2。

表2 主通風機工況參數(shù)校核計算結(jié)果

圖2 DK-8-No28型通風機工況調(diào)節(jié)特性曲線

根據(jù)表2，計算出容易時期風阻1=0.062769、困難時期2=0.079078。然后在DK-8-No28型主通風機的靜壓特性曲線圖上繪制出各時期的風阻特性曲線，詳見圖2。風阻特性曲線與40°葉片角的交點即為工況點。M1點為容易時期工況點、M2點為夏季工況點。兩工況點的風量、風壓、電機功率詳見表3。

表3 M1、M2工況點參數(shù)

根據(jù)表3，M1需要的電機功率為810.03 kW，M2需要的電機功率為785.55 kW?？梢?，將主通風機葉片角調(diào)至40°后，該風機現(xiàn)配備的YF355 kW-8P型電動機（額定功率為2×355 kW）已不能滿足需要。為增大主通風機風量，須更換現(xiàn)有的電動機；經(jīng)匹配選型，可選用YSP500-8型變頻電機，功率2×450 kW。

根據(jù)礦山實際情況，本次采取更換電動機和改變風機葉片角度的調(diào)節(jié)方法，能夠盡快實現(xiàn)增大礦井通風量的目的，最低可增加風量至194.0 m3/s，較目前實測風量增大30.6 m3/s?？鄢L機裝置漏風量（漏風系數(shù)1.1～1.15），在通風困難時期還可為礦井提供168.7～176.4 m3/s的通風量，大于需要從西風井排出的實際需風量154.28 m3/s。說明，針對主通風機采取更換電機和調(diào)整葉片安裝角度的辦法，能夠較大幅度提高礦井通風量，使主通風機具有了較好的富余能力；并提高了礦井的應急通風能力，能夠滿足礦井因生產(chǎn)任務加重，井下作業(yè)面增多時的通風需要[7-8]。即使在現(xiàn)階段正常生產(chǎn)情況下，不需要增加礦井通風量時，還可以通過變頻，來改變風機轉(zhuǎn)速，控制主通風機通風量在合適范圍內(nèi)，從而保證風機在高效、節(jié)能狀態(tài)下運行。

3 結(jié) 語

針對某金屬礦山現(xiàn)有的DK-8-No28型主通風機采取更換電動機和改變風機葉片角度的調(diào)節(jié)方法，實現(xiàn)了增大礦井通風量的目的，提高了礦井應急通風能力，為指導礦山優(yōu)化改造現(xiàn)有主通風機提供了可靠的依據(jù)。相比更換一臺新的風機或其他調(diào)節(jié)方法，本次采用的調(diào)節(jié)方法更加經(jīng)濟和方便，更換電機和調(diào)整風機葉片角均能夠在較短的時間內(nèi)完成，可安排在礦井檢修期間進行，將風機改造工作對礦井生產(chǎn)的影響降至最低。

[1] 吳 超.礦井通風與空氣調(diào)節(jié)[M].長沙:中南大學出版社,2008:102- 104.

[2] 胡漢華,吳 超,李茂楠.地下工程通風與空調(diào)[M].長沙:中南大學出版社,2005:75-77.

[3] 陶樹銀,熊正明,程 哲,劉菊紅.金屬礦山礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2012,32(2):58-60.

[4] 周志楊,王海寧,苑 棟,晏江波,梁啟超.礦井通風動力系統(tǒng)的共性問題分析與優(yōu)化實踐[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2016,36(6):13-17.

[5] 于勵民,馬小平,任中華,嚴栓柱.礦井主通風機不停風倒機控制的研究與實現(xiàn)[J].工礦自動化,2010(9):133-137.

[6] 鄒德蘊,謝興華,薛慶軍.礦井主通風機性能曲線建?；貧w分析方法[J].礦業(yè)研究與開發(fā),1999,19(3):16-18.

[7] 王建亮.主通風機高壓變頻調(diào)速改造[J].煤礦機械,2009,30(6):144- 145.

[8] 嚴乃緒,張應平,陳有燎.大紅山銅礦風機集控總體實施技術(shù)研究[J].采礦技術(shù),2008,8(5):75-76.

(2019-06-19)

肖利民(1982—)，男，湖南衡陽人，高級工程師，主要從事礦井通風與安全設(shè)計研究工作，Email：xiao-cimr@ foxmail.com。