龍首礦主扇通風(fēng)方式的選擇

安文杰，贠建林

（1.金川集團(tuán)有限公司龍首礦， 甘肅金昌市 737100；2.甘肅煤田地質(zhì)局一四五隊(duì)，甘肅張掖市 734000）

龍首礦主扇通風(fēng)方式的選擇

安文杰1，贠建林2

（1.金川集團(tuán)有限公司龍首礦， 甘肅金昌市 737100；2.甘肅煤田地質(zhì)局一四五隊(duì)，甘肅張掖市 734000）

針對龍首礦貧礦開采后的通風(fēng)問題，對現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了升級改造，設(shè)計了單臺風(fēng)機(jī)和2臺風(fēng)機(jī)并聯(lián)的2種通風(fēng)方式，并分別從理論計算、安全可靠性能和節(jié)能環(huán)保等方面進(jìn)行了分析比較，最后選擇了2臺風(fēng)機(jī)并聯(lián)的通風(fēng)方式。

主扇；通風(fēng)系統(tǒng)；并聯(lián)通風(fēng)

0 前 言

龍首礦是金川公司主要礦山之一，年生產(chǎn)能力為100萬t。龍首礦現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)為兩翼進(jìn)風(fēng)中央回風(fēng)的對角式通風(fēng)系統(tǒng)，主扇安裝在回風(fēng)斜井井口，2臺并聯(lián)，型號為DK45－6－No.19軸流式風(fēng)機(jī)，主要進(jìn)風(fēng)井巷有斜坡道、新2＃井和混合井。由于對西部貧礦進(jìn)行開采，導(dǎo)致需風(fēng)量增大，需要對現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，將現(xiàn)有10行回風(fēng)斜井改為進(jìn)風(fēng)井，東采區(qū)主要由混合井、新2＃井和4行盲豎井進(jìn)風(fēng)；西采區(qū)主要由新2＃井、10行斜井和斜坡道進(jìn)風(fēng)。東、西采區(qū)均由新掘的37行回風(fēng)井集中回風(fēng)，將會形成多井進(jìn)風(fēng)，側(cè)翼集中回風(fēng)的方式，回風(fēng)井的回風(fēng)量要求達(dá)到468m3／s，負(fù)壓3584Pa，風(fēng)阻0.015131Ns2／m8。

1 通風(fēng)方式設(shè)計

在礦井通風(fēng)系統(tǒng)中，主扇通風(fēng)方式一般為單臺風(fēng)機(jī)通風(fēng)和多臺風(fēng)機(jī)通風(fēng)。在一些大中型礦井，由于礦井范圍大、井筒較多，單臺扇風(fēng)機(jī)不能滿足時，必須使用多臺扇風(fēng)機(jī)通風(fēng)。多臺風(fēng)機(jī)聯(lián)合作業(yè)的形式有扇風(fēng)機(jī)串聯(lián)作業(yè)、2臺扇風(fēng)機(jī)在同一井口并聯(lián)作業(yè)、扇風(fēng)機(jī)兩翼并聯(lián)作業(yè)等3種。因龍首礦工程設(shè)計中只有1條井筒凈直徑Φ6.5m的回風(fēng)井，本次設(shè)計了2種主扇通風(fēng)方式：單臺風(fēng)機(jī)通風(fēng)和2臺風(fēng)機(jī)并聯(lián)通風(fēng)。

1.1 單臺風(fēng)機(jī)通風(fēng)

原設(shè)計在考慮風(fēng)機(jī)漏風(fēng)系數(shù)1.1，風(fēng)機(jī)和消音器阻力損失350Pa后，要求回風(fēng)量Qf＝468m3／s，負(fù)壓Hf＝3584Pa。

（1）風(fēng)機(jī)選型。查扇風(fēng)機(jī)特性曲線圖，選取對旋軸流式通風(fēng)機(jī)DK－10－№42，見圖1，風(fēng)機(jī)靜壓效率ηf＝85%。

圖1 DK－10－№42性能曲線

（2）計算電機(jī)功率Ne。扇風(fēng)機(jī)功率Nf＝HfQf／1000ηf，電動機(jī)功率Ne＝KNf／ηηe。其中軸流風(fēng)機(jī)電機(jī)容量備用系數(shù)K＝1.1～1.2，本次取1.2；直聯(lián)傳動傳動效率η＝1；電動機(jī)效率ηe＝0.9～0.95，本次取0.95，則得到Ne＝2486.37 kW，即對旋軸流風(fēng)機(jī)的2臺電機(jī)的總功率至少滿足2486.37kW，可選擇2×1250kW電機(jī)。但目前國內(nèi)還沒有廠家生產(chǎn)葉片直徑為4.2m的風(fēng)機(jī)。

1.2 兩臺風(fēng)機(jī)并聯(lián)通風(fēng)

1.2.1 風(fēng)機(jī)選型與功率計算

并聯(lián)通風(fēng)時，查扇風(fēng)機(jī)特性曲線圖，選取DK－10－№35風(fēng)機(jī)，見圖2，風(fēng)量取Qk＝260m3／s，風(fēng)機(jī)靜壓效率ηf＝80%。電機(jī)功率Ne。計算式中的系數(shù)取值與1.1一致，則Ne＝1397.76kW，即單臺風(fēng)機(jī)中的2臺電機(jī)的總功率至少滿足1397.76kW，可選擇2×710kW電機(jī)。

圖2 DK－10－№35特性曲線

1.2.2 并聯(lián)時的工況運(yùn)行特點(diǎn)

并聯(lián)風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況性能曲線見圖3，合成曲線工況點(diǎn)只有A點(diǎn)并聯(lián)運(yùn)行穩(wěn)定。由風(fēng)機(jī)的性能點(diǎn)P＝RQ2可知，管網(wǎng)特性曲線R與單臺通風(fēng)機(jī)特性曲線交于B點(diǎn)，與2臺并聯(lián)通風(fēng)機(jī)的合成特性曲線交于A點(diǎn)。這時如果在這個管網(wǎng)系統(tǒng)中只啟用1臺通風(fēng)機(jī)，則管網(wǎng)中輸出的風(fēng)量為320m3／s；如果同時啟用2臺通風(fēng)機(jī)，則管網(wǎng)中輸出的風(fēng)量為468 m3／s；2臺通風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時管網(wǎng)中輸出的總風(fēng)量小于2臺風(fēng)機(jī)單獨(dú)運(yùn)行時輸出風(fēng)量的代數(shù)和。但是當(dāng)風(fēng)機(jī)并聯(lián)通風(fēng)時，其各自的實(shí)際工況點(diǎn)則為C點(diǎn)，相當(dāng)于它們各自工作在特性曲線為R′的管網(wǎng)中。

圖3 臺同型號扇風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作曲線

由于2臺通風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時，其中1臺通風(fēng)機(jī)輸出的風(fēng)量已經(jīng)占據(jù)了管網(wǎng)一定的容積，故該管網(wǎng)對另一臺通風(fēng)機(jī)而言，相當(dāng)于其流通面積相對減小了，制造了阻力。對于需要經(jīng)常在大風(fēng)量工況下運(yùn)行，偶爾由于負(fù)荷降低需要臨時停用1臺風(fēng)機(jī)的情況，建議選用2臺相同的通風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行。平時需要大風(fēng)量468m3／s時，讓2臺風(fēng)機(jī)都在最高效率工況C點(diǎn)并聯(lián)運(yùn)行；偶爾需要小風(fēng)量320m3／s時，可停用1臺風(fēng)機(jī)，讓另一臺風(fēng)機(jī)在工況B點(diǎn)運(yùn)行，以節(jié)約能源。

2 通風(fēng)方式比較與選擇

從方案的可行性、安全性、對生產(chǎn)的影響和節(jié)能環(huán)保幾方面，對上述2種通風(fēng)方式的特點(diǎn)進(jìn)行比較，總結(jié)為以下4點(diǎn)。

（1）特大風(fēng)機(jī)國內(nèi)很少生產(chǎn)。要滿足468m3／s的風(fēng)流量，對風(fēng)機(jī)的性能提出了更高要求，目前風(fēng)機(jī)葉片的材料主要有空心不銹鋼和實(shí)心鋁合金葉片，相比之下鋁合金葉片和葉柄不需焊接，是采用精密鑄造工藝一次精鑄成型，消除了焊接成形和內(nèi)應(yīng)力影響，安全可靠且精確度高，比空心不銹鋼葉片更勝一籌，但國內(nèi)廠家很少做直徑在3.7m以上的葉輪。方案一不可行。

（2）風(fēng)機(jī)的安全性。風(fēng)機(jī)DK－10－№42與DK－10－№35的轉(zhuǎn)速為580r／min，則線速度V1＝2×2.1×3.14×580／60＝127.55m／s，V2＝2×1.75×3.14×580／60＝106.24m／s。根據(jù)風(fēng)機(jī)強(qiáng)度設(shè)計理論，線速度一般不超過120m／s，一旦超過則不僅對葉片材料、制造都有較高要求，且對風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行有影響，也是不允許的。方案一不可行。

（3）對生產(chǎn)的影響。如果只有1臺風(fēng)機(jī)，在檢修的時候勢必會使礦井停止生產(chǎn)。若選擇2臺風(fēng)機(jī)，不管是正常檢修還是出現(xiàn)異常情況，至少保證1臺風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對生產(chǎn)的影響較小。方案二優(yōu)于方案一。

（4）節(jié)能環(huán)保。初步設(shè)計的風(fēng)量和負(fù)壓是礦井開采困難時期的要求，預(yù)留了較大的富裕量。龍首礦貧、富礦開采達(dá)到高峰期的年限時，要求的流量和壓力為回風(fēng)量468m3／s，負(fù)壓3584Pa。實(shí)際上較長一段時期內(nèi)不會在此工況點(diǎn)運(yùn)行，單臺大功率風(fēng)機(jī)在這時運(yùn)行會造成電能的浪費(fèi)。而采用并聯(lián)運(yùn)行方式，隨著生產(chǎn)高峰期過后，轉(zhuǎn)入產(chǎn)量低谷時，1臺風(fēng)機(jī)可滿足需風(fēng)量時，可開啟一臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果，這也符合國家產(chǎn)業(yè)政策。方案二優(yōu)于方案一。

3 結(jié)論與建議

通過對2種通風(fēng)方式的比較，本次設(shè)計選擇方案二即2臺風(fēng)機(jī)并聯(lián)通風(fēng)，并且針對這一設(shè)計提出3點(diǎn)建議。

（1）因主扇總功率2800kW較大，為了調(diào)整電網(wǎng)功率因數(shù)，選用同步電動機(jī)。

（2）影響并聯(lián)作業(yè)穩(wěn)定性的因素主要為網(wǎng)路風(fēng)阻的大小，網(wǎng)路風(fēng)阻愈小，穩(wěn)定性和效果愈好。對主回風(fēng)道采取減阻措施，做到盡量少布置設(shè)施和加大巷道斷面等。

（3）并聯(lián)網(wǎng)路風(fēng)量調(diào)節(jié)方法有增阻法、減阻法及增壓法（輔扇）等，建議采用機(jī)動靈活、簡單易行、能降低礦井阻力、增大礦井總風(fēng)量的輔扇調(diào)節(jié)，同時可減少漏風(fēng)、穩(wěn)定風(fēng)流方向。

［1］王英敏.礦井通風(fēng)與防塵［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1993.

［2］王英敏.礦內(nèi)空氣動力學(xué)與礦井通風(fēng)系統(tǒng)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1994.

［3］拜生學(xué).龍首礦采場通風(fēng)方案的研究［J］.中國安全科學(xué)學(xué)報，1998，8（12）：124－129.

2011－11－23）

安文杰（1972－），男，高級工程師、注冊安全工程師，從事采礦工藝技術(shù)、項(xiàng)目建設(shè)技術(shù)管理工作。