八字山風井主要風機選型及風量優化研究

2015-12-31 12:18:12薛亮文

山西化工 2015年5期

薛亮文

（山西西山煤電股份有限公司，山西太原 030203）

近年來，鎮城底礦煤炭產量大幅上升，超強度開采使得采區服務年限迅速縮短、工作面出現供風能力不足等現象，對安全生產構成嚴重威脅［1］。為解決新采區集中生產和瓦斯超限等問題，在八字山工業廣場新建回風立井，存在通風系統優化、風機選型、礦井風量分配等難題［2-3］。依據安全規程，采用理論分析和現場實測結合方法，對八字山回風井負擔區通風方案進行驗算，對綜采工作面風量、掘進工作面風量、其他硐室及獨立用風巷道的實際需風量和通風阻力等參數核算，并將結果作為風機型號選擇和生產定量的依據，對保障安全生產有重要意義。

1 礦井地質生產條件

鎮城底礦位于西山煤田西北邊緣，井田面積22.8km2，2005年核定生產能力190萬t/a。由于生產需要，礦井轉入新采區生產，新打八字山回風井?；仫L井場地位于南進風井西側的溝谷北側緩坡上，與進風井場地聯合布置，場地標高＋1 098m～＋1 139m。回風立井井口標高＋1 120m，凈直徑6.0m，至8號煤垂深420m。

根據礦井生產銜接計劃，將由八字山回風井擔負下組煤采區的回風任務，由現有歇馬村回風井擔負南二采區及南六上組采區通風任務。八字山回風井服務區域容易時期的生產布局如下：下組煤采區布置1個采煤工作面、2個煤巷掘進工作面、1個巖巷掘進工作面、1個采區變電所、1個瓦斯抽采泵站、1個注氮硐室；困難時期的生產布局如下：下組煤采區布置1個采煤工作面、1個備用工作面、2個煤巷掘進面、2個巖巷掘進面、1個采區變電所、1個瓦斯抽采泵站、1個注氮硐室。

2 礦井風量分配

2.1 綜采工作面風量計算

1）按井下適宜的氣候條件計算［見式（1）］

式中：Q采為采煤工作面需風量，m3/min；v采為適宜風速，m/s，取1.0m/s；S采為平均有效斷面面積，m2；k采面長為長度調整系數；k采高為采高調整系數；70%為有效通風斷面系數；60為單位換算產生的系數。

2）按瓦斯涌出量計算

南六上組采煤工作面預計最大絕對瓦斯涌出量為23m3/min，在工作面回采前提前進行本煤層預抽，并在回采期間進行本煤層鉆孔抽采、裂隙帶抽采、上隅角抽采后，預計風排瓦斯量為7.05m3/min；下組煤采區采煤工作面預計最大絕對瓦斯涌出量為35m3/min，工作面回采前提前進行本煤層預抽，并在回采期間進行本煤層鉆孔抽采、裂隙帶抽采、上隅角抽采及高抽巷抽采后，預計風排瓦斯量為9.41m3/min。工作面風量計算如式（2）。

式中：q采為采煤工作面回風流中瓦斯絕對涌出量，m3/min；k采為瓦斯涌出量不均衡備用風量系數；125為回風流中瓦斯濃度不超過0.8%換算系數。

南六上組采煤工作面：Q采＝125×q采×k采＝125×7.05×1.7＝1 500m3/min。

下組煤采區采煤工作面：Q采＝125×q采×k采＝125×9.41×1.7＝2 000m3/min。

根據上述工作面配風計算，取其中最大值作為采煤工作面最低配風量。因此，南六上組采區采煤工作面最低配風量為1 500m3/min，下組煤采區采煤工作面最低配風量為2 000m3/min。

Q采?。糛采＜Q采大，符合《煤礦安全規程》要求。

2.2 掘進工作面風量計算

1）按瓦斯涌出量計算［見式（3）］

南六上組采區煤巷掘進面預計絕對瓦斯涌出量為2.2m3/min；南六上組采區巖巷掘進面預計絕對瓦斯涌出量為1.2m3/min。下組煤采區掘進面預計絕對瓦斯涌出量為3.8m3/min，采取“邊掘邊抽”的掩護掘進措施后，預計風排瓦斯量為2.4m3/min；下組煤采區巖巷掘進面預計絕對瓦斯涌出量為1.6m3/min。

式中：Q掘為掘進面實際需要風量，m3/min；q掘為掘進面回風流中瓦斯絕對涌出量，m3/min；k掘為掘進面瓦斯涌出量不均衡備用風量系數；125為掘進面回風流中瓦斯濃度不超過0.8%換算系數。

南六上組采區煤巷掘進面：Q掘＝125×q掘×k掘＝125×2.2×1.7＝468m3/min。

南六上組采區巖巷掘進面：Q掘＝125×q掘×k掘＝125×1.2×1.7＝255m3/min。

下組煤采區煤巷掘進面：Q掘＝125×q掘×k掘＝125×2.4×1.7＝510m3/min。

下組煤采區巖巷掘進面：Q掘＝125×q掘×k掘＝125×1.6×1.7＝340m3/min。

2）按炸藥量計算［見式（4）］

式中：A掘為掘進面一次爆破所用的最大炸藥量，kg。

3）按工作面同時工作人數計算［見式（5）］

式中：N掘為掘進面同時工作的最多人數，取交接班時人數；4為每人需風量不小于4m3/min。

根據上述工作面配風量計算，取其中最大值作為掘進面最低配風量。因此，南六上組采區煤巷掘進面最低配風量為468m3/min，南六上組采區巖巷掘進面最低配風量為255m3/min，下組煤采區煤巷掘進面最低配風量為510m3/min，下組煤采區巖巷掘進面最低配風量為340m3/min。

Q掘?。糛掘＜Q掘大，符合《煤礦安全規程》要求。

依據經驗，南六上組及下組煤采區巖巷掘進面安設局部通風機巷道配風量達到800m3/min，南六上組及下組煤采區煤巷掘進面安設局部通風機巷道配風量達到1 000m3/min，可滿足要求。

2.3 其他硐室及獨立用風巷道的實際需風量計算

參考礦井生產區域硐室實際配風情況，根據經驗對采區變電所、瓦斯抽采硐室、注氮硐室各配風180m3/min。

井下其他巷道的需要風量必須保證巷道的最低風速不能低于0.25m/s。根據經驗，對巷道的沖洗風取為200m3/min。

3 礦井通風阻力和風機選型參數

3.1 礦井通風阻力和通風負壓

礦井通風阻力采用式（6）計算［4］：

式中：α為摩擦阻力系數，N·s2/m4；l為巷道長度，m；q為通過巷道的風量，m3/s；s為巷道凈斷面，m2；p為巷道凈周長，m。

經計算，八字山回風井通風容易時期，回風井回風量166.8m3/s，通風負壓1 576Pa；通風困難時期，回風井回風量239.0m3/s，通風負壓2 627Pa。

3.2 風機選型參數

根據風量計算，礦井通風困難時期，八字山回風井所負擔南六下組和上組煤采區的最低需風量為14 340m3/min，負壓為2 627Pa；礦井通風容易時期，八字山回風井所負擔區域的最低需風量為9 612m3/min，負壓為1 595Pa。

考慮漏風及局部阻力損失，則風機所需：

4 工程應用

根據風量及負壓要求，八字山回風井主要通風機選擇2臺DBK54-8No.30防爆對旋軸流式通風機，一運、一備，電機功率2×560kW，額定風量135 m3/s～285m3/s，額定風壓1 500Pa～4 500Pa。2014年9月，在八字山回風井主要通風機投入使用后，在礦井通風處于容易時期，進行了風機特性曲線和礦井各用風地點有效風量實測［5］，結果見圖1和表1。