摘" 要：本文以淮北礦業(yè)集團(tuán)某煤礦為例，對壓風(fēng)系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和問題進(jìn)行說明，據(jù)此提出有針對性的改進(jìn)和優(yōu)化措施，為煤礦綠色低碳發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：壓風(fēng)系統(tǒng)；提升系統(tǒng)；排水系統(tǒng)；通風(fēng)系統(tǒng)

壓風(fēng)系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)過程中除開采系統(tǒng)外的主要用能單元和工序，占到煤礦開采總用能的80%以上，該四大系統(tǒng)運(yùn)行能效的高低，對煤礦單位產(chǎn)品能耗有著重要影響，是實(shí)現(xiàn)《煤炭井工開采單位產(chǎn)品能源消耗限額》（GB29444-2012）中能耗先進(jìn)值的有效著力點(diǎn)?；幢钡V業(yè)集團(tuán)現(xiàn)有生產(chǎn)礦井16對，在建礦井1對，年產(chǎn)商品煤約為2300萬噸，部分礦井投用時(shí)間較長，隨著時(shí)代的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，最初設(shè)計(jì)的配套系統(tǒng)已逐漸落后，需要根據(jù)使用現(xiàn)狀，進(jìn)行有針對性的優(yōu)化和改善。借助淮北礦業(yè)集團(tuán)開展節(jié)能低碳發(fā)展管理路徑及具體實(shí)施措施研究的契機(jī)，以淮北礦業(yè)集團(tuán)下屬某煤業(yè)為具體對象，提出相應(yīng)的井工開采煤礦機(jī)電設(shè)備節(jié)能低碳路徑探索方向。

1.各系統(tǒng)使用現(xiàn)狀

1.1壓風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

該煤礦地面壓風(fēng)站有4臺300kW英格索蘭空壓機(jī)，額定排氣量48m3/min，額定排氣壓力0.7MPa，均為2008年采購，存在以下問題：

（1）性能衰減，增加了運(yùn)行能耗?？諌簷C(jī)的性能會隨著空壓機(jī)的使用年限逐漸衰減，增加了單位體積空氣的耗電量。

（2）定頻運(yùn)行，增加了卸載頻次。空壓機(jī)可以根據(jù)井下用氣量進(jìn)行開啟臺數(shù)的調(diào)整，但無法做到實(shí)時(shí)調(diào)整供氣量，造成卸載情況經(jīng)常發(fā)生，無法適應(yīng)日益提高的精細(xì)化管理要求。

（3）壓力不足，增加了設(shè)備負(fù)荷。壓縮空氣通過管道輸送到井下設(shè)備，隨著作業(yè)面的延伸，最末端的供氣壓力明顯低于壓縮空氣儲罐的出口壓力，為保障井下設(shè)備正常運(yùn)行，要求空壓站的運(yùn)行壓力不斷提高，增加了設(shè)備負(fù)荷。

（4）余熱排空，增加了能量浪費(fèi)?？諌簷C(jī)運(yùn)行時(shí)的熱量經(jīng)風(fēng)冷排到室外，其能耗占到空壓機(jī)運(yùn)行總能耗的80%左右，未能得到充分利用，同時(shí)，冬季井口的保暖還要使用外購蒸汽，造成資源浪費(fèi)。

1.2提升系統(tǒng)現(xiàn)狀

該煤礦現(xiàn)有礦井主提升機(jī)1臺，適配電機(jī)型號ZKTD285/60，功率2240 kW；副提升機(jī)1臺，適配電機(jī)型號ZKTD250/60，功率1600 kW。

提升機(jī)是煤炭生產(chǎn)過程中的主要耗能設(shè)備之一，人員、物料、設(shè)備、煤炭的上下工作均要由提升機(jī)完成，耗電量巨大，目前的問題主要在于：

（1）負(fù)載波動導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行效率偏低。受下游影響，煤礦產(chǎn)量存在一定的波動性，提升機(jī)無法一直處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)工作，影響了配套電機(jī)的運(yùn)行效率。

（2）系統(tǒng)復(fù)雜導(dǎo)致日常維護(hù)多。提升機(jī)主要由電動機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、制動裝置、主軸裝置、液壓站、潤滑站、電控系統(tǒng)等組成，系統(tǒng)相對復(fù)雜，經(jīng)常出現(xiàn)故障點(diǎn)，造成臨時(shí)停車檢修，影響了正常生產(chǎn)。

1.3排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

該煤礦的礦井有4臺1400 kW主排水泵和1臺1500 kW主排水泵，配套高壓鼠籠式電機(jī)，為減少能源浪費(fèi)，生產(chǎn)過程中均采用定時(shí)排水的管理措施，利用最大排水量來實(shí)現(xiàn)最佳運(yùn)行工況，但還有以下不足：

（1）水泵揚(yáng)程有富裕。從地面接收水池出口看，主排水泵的揚(yáng)程有一定的富裕，即水壓過大，具有能源利用效率提升的潛力。

（2）管程壓損較高。由于管道設(shè)計(jì)不合理，如部分大小管路未采用變徑聯(lián)接，造成一些管路清淤困難等，導(dǎo)致管程壓力損失較高。

1.4通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

通風(fēng)系統(tǒng)是維系井下員工安全的重要保障系統(tǒng)，由通風(fēng)管網(wǎng)、巷道和通風(fēng)機(jī)組成，依據(jù)井下工況需要，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)出力。礦井配置了2臺1400 kW主通風(fēng)機(jī)和4臺560 kW主通風(fēng)機(jī)，并輔以井下風(fēng)機(jī)。

常規(guī)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)過程中的管網(wǎng)管理阻力難以計(jì)算，因此，系統(tǒng)的最大風(fēng)量和風(fēng)壓裕度總是作為選擇的依據(jù)，而風(fēng)機(jī)的型號和系列分類是有限的，在沒有精準(zhǔn)參數(shù)供生產(chǎn)人員選擇合適的風(fēng)機(jī)時(shí)，通常會放大余量。長期以來，由于未能及時(shí)分析影響通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行的因素，導(dǎo)致其能耗偏高。

2.各系統(tǒng)改進(jìn)思路

2.1壓風(fēng)系統(tǒng)改進(jìn)思路

（1）更新機(jī)組。采用新型變頻螺桿空壓機(jī)替代現(xiàn)有的4臺定頻空壓機(jī)，使運(yùn)行能效從低于3級提升至1級，根據(jù)井下用氣量，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，基本規(guī)避卸載情況，實(shí)現(xiàn)至少20%的節(jié)能效果，同時(shí)可以降低機(jī)組故障率，減少維護(hù)費(fèi)用。

（2）智能組網(wǎng)。通過安裝智能電表、智能氣表采集用戶用氣規(guī)律和相關(guān)數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)庫構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析自適應(yīng)匹配空壓機(jī)和后處理設(shè)備最佳工況，實(shí)時(shí)動態(tài)調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行效率，可有效降低空壓機(jī)系統(tǒng)能耗，節(jié)能率可達(dá)到10%至15%。

（3）余熱回收。礦井口每年保溫的時(shí)間約為4個(gè)月，現(xiàn)在使用外購蒸汽作為保溫?zé)嵩础？諌簷C(jī)余熱回收是一項(xiàng)成熟的節(jié)能技術(shù)，擁有眾多案例，可以回收約75%的做功熱量，按空壓機(jī)組平均運(yùn)行功率500 kW計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)供熱功率約300 kW，完全可以替代外購蒸汽。

2.2提升系統(tǒng)改進(jìn)思路

近年來，永磁技術(shù)日漸成熟，同時(shí)成本也有了大幅度的下降，利用此技術(shù)深度開發(fā)的永磁內(nèi)裝式礦井提升機(jī)與傳統(tǒng)礦井提升機(jī)的傳動形式不同，它是一種機(jī)電一體化的新型礦井提升機(jī)。內(nèi)裝式礦井提升機(jī)的機(jī)械效率高，電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩直接傳遞給摩擦輪的筒殼，傳動鏈短且傳動效率高，由此實(shí)現(xiàn)節(jié)能高效。由于省去了減速器、聯(lián)軸器、潤滑站等中間環(huán)節(jié)，整機(jī)效率可達(dá)95%以上，綜合節(jié)電比傳統(tǒng)提升機(jī)節(jié)約37%以上，基本無故障[1]。

該類型礦井提升機(jī)可用6 kV/10 kV高壓電源，額定功率可做到數(shù)個(gè)兆瓦級別，完全能替代現(xiàn)有提升機(jī)，實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行。

2.3排水系統(tǒng)改進(jìn)思路

（1）水泵優(yōu)化。井下主排水泵為MD型礦用耐磨多級理性泵，是在D型礦用臥式單吸多級離心泵的基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計(jì)而來。10多年前開始出現(xiàn)的自平衡多級離心泵隨著技術(shù)不斷的成熟，已進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用期，與單吸多級離心泵相比，其效率高出5% 至 10%，且故障率降低。

（2）揚(yáng)程優(yōu)化。在滿足揚(yáng)程和流量要求的情況時(shí)，在相同效率下，優(yōu)先選用富裕揚(yáng)程最小的水泵，一般要求所選水泵的富裕揚(yáng)程不超過10%。

（3）管路優(yōu)化。由于最初設(shè)計(jì)原因，管路采用直角聯(lián)接，沿程阻力系數(shù)增加，管道無法徹底清淤去垢，使得水泵在相同功率下，排水能力有所下降?？梢圆捎?5°管路聯(lián)接，定期清理管路積垢，降低排水管路損失，提高管路系統(tǒng)效率，降低工序能耗，達(dá)到節(jié)能的目的。如果積垢難以清理，造成排水系統(tǒng)效率降低，工序能耗過高，可把舊管更換為新管，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，更換新管的費(fèi)用可在一年內(nèi)通過節(jié)約的電費(fèi)收回[2]。

2.4通風(fēng)系統(tǒng)改進(jìn)思路

（1）優(yōu)化葉輪結(jié)構(gòu)和進(jìn)口形式，減小風(fēng)機(jī)的阻力損失，提高風(fēng)機(jī)的效率。

（2）根據(jù)礦井的具體情況，合理選擇風(fēng)機(jī)型號和數(shù)量，充分利用風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓特性，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)的最佳效果。

（3）引入智能控制系統(tǒng)，通過傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測井下環(huán)境的溫度、濕度、氣體濃度等參數(shù)，根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)調(diào)整風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

（4）建立完善的通風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)測與維護(hù)體系，定期對風(fēng)機(jī)進(jìn)行檢查和保養(yǎng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決風(fēng)機(jī)運(yùn)行中的問題，保證通風(fēng)系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

（5）對各巷道和風(fēng)道的擋板按需進(jìn)行開閉操作，減少不必要的抽風(fēng)量和瓦斯氣體的混入。

通過“優(yōu)化設(shè)計(jì)+智能控制”的方式，相較于傳統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)，能耗可降低20%以上，對于提升煤礦生產(chǎn)效率具有重要意義。

2.5配套建設(shè)能管平臺

能管平臺系統(tǒng)可以從全礦組織架構(gòu)、各生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能耗設(shè)備角度，分別進(jìn)行能源數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析、計(jì)算，為管理人員提供能耗統(tǒng)計(jì)、能耗預(yù)警、同比/環(huán)比分析、能耗分析、對標(biāo)分析、能流圖、能源看板、能源報(bào)表等業(yè)務(wù)功能模塊。另外，系統(tǒng)管理、信息設(shè)置、能源系統(tǒng)建模等系統(tǒng)功能模塊，可以幫助基層單位完成能源數(shù)據(jù)向集團(tuán)平臺的報(bào)送工作，最終幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)能耗在線監(jiān)測、能源統(tǒng)計(jì)、能源分析、能耗管理、能源培訓(xùn)于一體的綜合能源信息化管理，為企業(yè)溫室氣體排放總量控制、配額分配、考核指標(biāo)的分解落實(shí)提供一定的數(shù)據(jù)支撐。

壓風(fēng)系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)非常適用于能管平臺，因?yàn)檫@4個(gè)用能系統(tǒng)面廣、線長，在一線人員數(shù)量緊張的情況下，借助能管平臺，可以更好地發(fā)現(xiàn)各系統(tǒng)性能瓶頸，或是某個(gè)主設(shè)備在一段時(shí)間中的能耗水平是否正常，是否有突發(fā)情況和發(fā)展變化趨勢，并通過數(shù)據(jù)分析結(jié)果判斷是否需要維護(hù)保養(yǎng)、淘汰更新、參數(shù)優(yōu)化等后續(xù)處理，還可已有針對性地對前文所述的節(jié)能措施實(shí)施效果加以驗(yàn)證，也可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行控制參數(shù)調(diào)整，查找過程中的其他問題。

3.結(jié)束語

煤礦的壓風(fēng)系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)采用較為先進(jìn)的節(jié)能設(shè)備、設(shè)計(jì)理念和管理平臺后，相較于舊系統(tǒng)，整體可實(shí)現(xiàn)10%至20%的用能降幅，節(jié)能效益十分可觀。

參考文獻(xiàn)：

[1]李玉強(qiáng)、謝德凌。永磁內(nèi)裝式礦井提升機(jī)應(yīng)用技術(shù)研究[J].中國煤炭，2019，45（10）：41-44.

[2]張書征。煤礦主排水系統(tǒng)節(jié)能措施綜述[J].中州煤炭，2015，（10）：93-96.