黃宇

（中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，陜西 西安710054）

礦井主通風(fēng)機(jī)是向井下輸送空氣的設(shè)備，負(fù)責(zé)將適量的新鮮空氣沿著設(shè)定的路線連續(xù)不斷地送入井下，滿足采煤工作面、掘進(jìn)工作面、各硐室及井下其他用風(fēng)地點(diǎn)的需要，并將這些地點(diǎn)的污濁空氣連續(xù)不斷地排出井口，是礦井生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，關(guān)系著礦井的生產(chǎn)和井下工作人員的生命安全。如果通風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)一定時(shí)間，井下人員就必須撤出，礦井生產(chǎn)停止，故通風(fēng)機(jī)可靠性及風(fēng)機(jī)倒換的效率要求較高；礦井主通風(fēng)機(jī)的電耗平均約占煤礦電耗的8%～15%，故對(duì)其經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理性也應(yīng)予以充分考慮。結(jié)合黃陵一號(hào)煤礦三號(hào)風(fēng)井通風(fēng)機(jī)改造項(xiàng)目，對(duì)礦井主通風(fēng)機(jī)改造方案進(jìn)行分析討論。

1 概 況

黃陵一號(hào)煤礦位于陜西省黃陵縣城西北約25 km處，距店頭鎮(zhèn)1.5 km。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力6.0 Mt/a。根據(jù)礦井生產(chǎn)規(guī)劃，四號(hào)風(fēng)井投入運(yùn)行后，二號(hào)風(fēng)井將停止使用，礦井由三號(hào)、四號(hào)風(fēng)井回風(fēng)，其中，三號(hào)風(fēng)井主要承擔(dān)井下六、八盤(pán)區(qū)的通風(fēng)任務(wù)，并考慮最遠(yuǎn)端服務(wù)至十三盤(pán)區(qū)北部邊界。三號(hào)風(fēng)井通風(fēng)風(fēng)量240 m3/s，通風(fēng)負(fù)壓初期（即礦井現(xiàn)狀）1 779.7 Pa，后期（即規(guī)劃后期）3 539.8 Pa。

三號(hào)風(fēng)井現(xiàn)有風(fēng)機(jī)為FBCDZ-8-№26型礦用防爆對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)2臺(tái)，1用1備，通風(fēng)機(jī)露天放置，配套絞車(chē)式垂直進(jìn)風(fēng)門(mén)及水平進(jìn)風(fēng)門(mén)各2個(gè)，安裝于風(fēng)門(mén)間內(nèi)。由于該風(fēng)機(jī)服務(wù)年限較長(zhǎng)（近20 a），日常運(yùn)行時(shí)存在故障率高、噪音大、效率低（約為65%）等問(wèn)題，且無(wú)法滿足礦井規(guī)劃后期風(fēng)量負(fù)壓要求，擬更換該風(fēng)機(jī)，并對(duì)三號(hào)風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。

2 通風(fēng)機(jī)改造方案

依據(jù)國(guó)家發(fā)展改革委等部門(mén)2014年5月6日下發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)煤礦井下生產(chǎn)布局管理控制超強(qiáng)度生產(chǎn)的意見(jiàn)》（發(fā)改運(yùn)行[2014]893號(hào)），我國(guó)煤礦新建或改擴(kuò)建多采用FBCDZ系列防爆對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)和軸流式通風(fēng)機(jī)，如圖1所示。

圖1 通風(fēng)機(jī)實(shí)物Fig.1 Ventilators

（1）防爆對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)。該型通風(fēng)機(jī)安裝簡(jiǎn)單方便，施工周期短。通風(fēng)機(jī)為直接反轉(zhuǎn)反風(fēng)，操作簡(jiǎn)單。但通風(fēng)機(jī)電機(jī)安裝在風(fēng)機(jī)輪轂內(nèi)，葉片安裝在電動(dòng)機(jī)軸上，故電動(dòng)機(jī)散熱條件差，不便于維修，且須選用隔爆型電機(jī)，提高了整機(jī)造價(jià)。通風(fēng)機(jī)葉片角度可調(diào)范圍較窄，一般小于18°，實(shí)際應(yīng)用中多采用變頻調(diào)速技術(shù)提高通風(fēng)機(jī)工況調(diào)節(jié)范圍。通風(fēng)機(jī)工況曲線顯示通風(fēng)機(jī)效率最高可達(dá)85%，但實(shí)際運(yùn)行平均效率在60%左右。

（2）軸流式通風(fēng)機(jī)。該型通風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)為外置電機(jī)，電動(dòng)機(jī)散熱條件好，便于維修，但需加建電動(dòng)機(jī)遮雨棚或電機(jī)間。通風(fēng)機(jī)有短軸布置和長(zhǎng)軸布置兩種布置形式，可靈活適應(yīng)風(fēng)井場(chǎng)地條件。通風(fēng)機(jī)亦可直接反轉(zhuǎn)反風(fēng)。通風(fēng)機(jī)葉片調(diào)節(jié)范圍大，為40°～50°，特性曲線覆蓋范圍較廣，可配套動(dòng)葉可調(diào)系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)角度，能較好適應(yīng)煤礦井下不斷變化的通風(fēng)環(huán)境。曲線顯示通風(fēng)機(jī)效率可達(dá)87%，也可配套電動(dòng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)進(jìn)一步提高通風(fēng)機(jī)工況調(diào)節(jié)范圍。

根據(jù)黃陵一號(hào)煤礦礦井規(guī)劃通風(fēng)風(fēng)量負(fù)壓及國(guó)內(nèi)大型煤礦常用通風(fēng)機(jī)應(yīng)用案例，提出3種通風(fēng)機(jī)改造方案。

方案一：三號(hào)風(fēng)井井口附近安裝2臺(tái)FBCDZ№36型防爆對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)，1臺(tái)工作，1臺(tái)備用，通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速580 r/min；每臺(tái)通風(fēng)機(jī)配套YBF型風(fēng)機(jī)專(zhuān)用隔爆變頻電動(dòng)機(jī)2臺(tái)，功率2×900 kW，電壓10 kV，同步轉(zhuǎn)速600 r/min；風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)。

方案二：三號(hào)風(fēng)井井口附近安裝2臺(tái)GAF

26.5型軸流式通風(fēng)機(jī)，1臺(tái)工作，1臺(tái)備用，通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速990 r/min；每臺(tái)通風(fēng)機(jī)配套Y型變頻電動(dòng)機(jī)1臺(tái)，功率1 600 kW，電壓10 kV，同步轉(zhuǎn)速1 000 r/min；風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)。

方案三：三號(hào)風(fēng)井井口附近安裝2臺(tái)GAF 26.5型軸流式通風(fēng)機(jī)，1臺(tái)工作，1臺(tái)備用，通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速990 r/min；每臺(tái)通風(fēng)機(jī)配套Y型電動(dòng)機(jī)1臺(tái)，功率1 600 kW，電壓10 kV，同步轉(zhuǎn)速1 000 r/min。

上述3個(gè)方案經(jīng)濟(jì)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 通風(fēng)機(jī)選型方案對(duì)比Table 1 Comparison of fan selection scheme

由表1可知，由于防爆對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率較低，運(yùn)行年電費(fèi)有較大劣勢(shì)，故此次通風(fēng)機(jī)改造選型方案推薦采用GAF型軸流式通風(fēng)機(jī)。根據(jù)黃陵一號(hào)礦井生產(chǎn)規(guī)劃，井下開(kāi)拓至規(guī)劃后期約為9～10 a，綜合考慮設(shè)備投資及運(yùn)行費(fèi)用，此次改造方案通風(fēng)機(jī)選型推薦采用方案二，通風(fēng)機(jī)更換利用部分原有基礎(chǔ)及軌道，不建通風(fēng)機(jī)房，電動(dòng)機(jī)采用長(zhǎng)軸布置形式，充分利用原有場(chǎng)地。

3 風(fēng)門(mén)改造方案

三號(hào)風(fēng)井風(fēng)門(mén)間內(nèi)裝有絞車(chē)式垂直進(jìn)風(fēng)門(mén)及水平進(jìn)風(fēng)門(mén)各2個(gè)，目前工作情況良好，運(yùn)行時(shí)略有卡頓，但由于設(shè)計(jì)時(shí)間較早，風(fēng)門(mén)運(yùn)行方式為手動(dòng)控制，故此次改造對(duì)風(fēng)門(mén)更換方式提出如下3種方案。

方案一：繼續(xù)利用現(xiàn)有風(fēng)門(mén)。

方案二：拆除現(xiàn)有風(fēng)門(mén)，在現(xiàn)有風(fēng)門(mén)位置安裝旋葉式垂直風(fēng)門(mén)及旋葉式水平風(fēng)門(mén)，并配套不停風(fēng)倒機(jī)系統(tǒng)。

方案三：保持現(xiàn)有風(fēng)門(mén)系統(tǒng)不變，在拆除現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)后在風(fēng)道接口處安裝旋葉式垂直風(fēng)門(mén)及風(fēng)機(jī)測(cè)試風(fēng)筒，并配套不停風(fēng)倒機(jī)系統(tǒng)。

上述3個(gè)方案經(jīng)濟(jì)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 風(fēng)門(mén)改造方案對(duì)比Table 2 Comparison of damper renovation scheme

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，現(xiàn)有風(fēng)門(mén)系統(tǒng)完成倒換風(fēng)機(jī)操作時(shí)間約為6～8 min，能滿足《煤礦安全規(guī)程》（2016）要求。經(jīng)多個(gè)礦井調(diào)研后得知，安裝有不停風(fēng)倒機(jī)系統(tǒng)的通風(fēng)機(jī)站，風(fēng)機(jī)倒換時(shí)先啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)并打開(kāi)其配套水平風(fēng)門(mén)，待備用風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，開(kāi)啟垂直風(fēng)門(mén)，使備用風(fēng)機(jī)接入井下通風(fēng)系統(tǒng)，在此過(guò)程中，同時(shí)關(guān)閉工作風(fēng)機(jī)的垂直風(fēng)門(mén)，開(kāi)啟工作風(fēng)機(jī)水平風(fēng)門(mén)，最后關(guān)閉工作風(fēng)機(jī)及其配套水平風(fēng)門(mén)，完成風(fēng)機(jī)倒換作業(yè)。風(fēng)機(jī)倒換過(guò)程耗時(shí)約為40～100 s，倒換過(guò)程中井下不停風(fēng)，僅出現(xiàn)輕微風(fēng)量波動(dòng)，能有效降低井下瓦斯積聚可能性，有利于礦井通風(fēng)安全，故此次改造中建議更換配套不停風(fēng)倒機(jī)系統(tǒng)的旋葉式風(fēng)門(mén)。

由于原有風(fēng)門(mén)澆筑于風(fēng)道內(nèi)，拆除原有風(fēng)門(mén)需鑿除已有風(fēng)道，工程量較大，故此次改造中風(fēng)門(mén)改造方案建議采用方案三，保持現(xiàn)有風(fēng)門(mén)系統(tǒng)不變，在風(fēng)道接口處新安裝風(fēng)門(mén)及不停風(fēng)倒機(jī)系統(tǒng)。

4 通風(fēng)機(jī)改造成果分析

黃陵一號(hào)煤礦三號(hào)風(fēng)井通風(fēng)機(jī)已完成改造近1 a，目前通風(fēng)機(jī)運(yùn)行風(fēng)量為245 m/s2，負(fù)壓約2 100 Pa，通風(fēng)機(jī)效率由原風(fēng)機(jī)的65%提高到83%以上，在礦井改造后初期每年即可節(jié)約電能約200×104kW·h。按工業(yè)用電0.6元/kW·h計(jì)，每年可節(jié)約電費(fèi)120萬(wàn)元；按每節(jié)約1 kW·h電能相當(dāng)于減少1 kgCO2排放量計(jì)，每年可減少CO2排放量約2 000 t，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

5 結(jié) 論

綜合此次通風(fēng)機(jī)改造方案設(shè)計(jì)，可得以下結(jié)論。

（1）對(duì)旋軸流式和軸流式通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)區(qū)別較大，各有優(yōu)缺點(diǎn)，兩種風(fēng)機(jī)均能滿足礦井通風(fēng)要求，綜合考慮下，軸流式通風(fēng)機(jī)葉片角度調(diào)節(jié)范圍大，對(duì)礦井初、后期不同風(fēng)量負(fù)壓適應(yīng)性更強(qiáng)，礦井通風(fēng)改造時(shí)可優(yōu)先考慮選用軸流式通風(fēng)機(jī)。

（2）生產(chǎn)礦井改造中初、后期通風(fēng)風(fēng)量負(fù)壓跨度較大的，應(yīng)采用變頻調(diào)速技術(shù)降低通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使通風(fēng)機(jī)始終運(yùn)行于高效區(qū)工況范圍內(nèi)，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

（3）不停風(fēng)倒機(jī)系統(tǒng)操作方便可靠，提高了通風(fēng)機(jī)倒換過(guò)程的效率和安全性，同時(shí)提高了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的智能化水平，是風(fēng)機(jī)倒換系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，在煤礦主通風(fēng)機(jī)改造中應(yīng)優(yōu)先考慮。