陽煤集團五礦通風機升級改造

郭雁麗

(山西國辰建設工程勘察設計有限公司,山西 陽泉 045000)

1 礦井通風機概況

陽煤集團五礦(以下簡稱五礦)原有2個生產井,分別為貴石溝井和五林井,其中五林井于2017年關閉,現生產井為貴石溝井,開采15#煤層。貴石溝井換發采礦許可證后,五礦5.0 Mt/a的設計生產能力由中央分區、小南莊分區、南翼分區、花荷峪分區構成,其中中央分區的設計生產能力為1.0 Mt/a。

五礦中央分區主要通風機為2臺同等功率的GAF31.5-19-1軸流式通風機,1臺工作,1臺備用,單臺通風機配套電機功率為1 800 kW,現運行風量4 990 m3/min,負壓3 070 Pa。依據礦方調大風量實驗,該風機風量大于5 000 m3/min,風機即發生喘振,且現有通風機運行已達30余年,設備老化嚴重,已不能滿足礦井安全生產要求[1]。

2 通風機設備改造的必要性及選型

中央分區投產后,風量將達到15 000 m3/min,為保證中央分區投產后安全生產,同時根據礦井生產計劃及實際需風量要求,對現用通風機進行設備升級改造,以提高設備可靠性,避免停機、停風,減少礦井事故隱患[2]。

2.1 設計依據

1)通風機工作方式:抽出式。

2)總風量及通風阻力。通風容易時期總風量:

Qr=13 500 m3/min=225 m3/s, 通風阻力hmin=1 643 Pa。

通風困難時期總風量:

Qk=15 000 m3/min=250 m3/s, 通風阻力hmax=3 920 Pa。

2.2 設備選擇

通風機設備選型及配套土建部分如表1和表2所示。

表1 通風設備選型方案比較Table 1 Comparison between selection schemes for ventilation equipment

表2 選型方案配套土建部分比較Table 2 Comparison of selection schemes for civil engineering part

如表1所示,方案一中的GAF31.5-20-1型軸流式礦井通風機和方案二中的AN-2800/1600型軸流式礦井通風機均采用反轉反風,反風量較大,反風時間較短;結構設計合理,全壓效率較高,制造質量好,可靠性高,維護量小;能在現場方便地更換葉片,對葉輪進行大中修,能確保備用風機的安全性;對設備基礎的要求較低,成套性強,噪音小[3]。

如表2所示，兩方案土建部分差距比較明顯,方案一中不需要拆除原有通風機房主體建筑,只對主體結構進行加固,比方案二中將現有通風機房拆除后新建可節省一部分工期;方案二中均為新建建筑,更符合設備需要,結構耐久性更好;方案一新建建筑物較少,施工中受自然環境的影響較小。

綜合考慮通風機性能參數、設備投資,推薦方案一,即選用GAF31.5-20-1軸流式通風機2臺,1臺工作,1臺備用,配套電機功率1 800 kW,容易時期590 r/min;困難時期735 r/min。同時需更換現有配電設備、更換現有檢修風門,利用現有彎道導流片、消音器、風道、擴散塔、通風機房和配電室。

2.3 選型計算(按推薦方案一)

2.3.1計算通風機必須產生的風量Q[4]

容易時期風量:Q1=KLQr.

(1)

困難時期風量:Q2=KLQk.

(2)

式中:KL為外部漏風系數,取KL=1.05；Qr為通風容易時期風量,Qr=225 m3/s;Qk為通風困難時期風量,Qk=250 m3/。

2.3.2計算通風機必須產生的靜壓HS

容易時期靜壓:HS1=hmin+Δh.

(3)

困難時期靜壓:HS2=hmax+Δh.

(4)

式中:Δh為通風設備阻力損失,取Δh=350 Pa;hmin為通風容易時期阻力,hmin=1 643 Pa;Hmax為通風困難時期阻力,hmax=3 920 Pa。

2.3.3確定通風機的工況點

容易時期通風網路阻力系數[5]:

RS1=HS1/Q12=0.035 71 .

(5)

容易時期網路曲線為:

H1=0.035 71Q12.

(6)

困難時期通風網路阻力系數:

RS2=HS2/Q22=0.061 97 .

(7)

困難時期網路曲線為:

H2=0.061 97Q22.

(8)

通風機工況點參數如表3所示。

表3 通風機工況點參數Table 3 Parameters of working points of ventilators

2.3.4電動機校核N

容易時期:N1=KQ1H1/1 000/ηs1/ηc.

(9)

困難時期:N2=KQ2H2/1 000/ηs2/ηc

(10).

式中:K為電動機備用系數, 取1.2;ηs為風機效率,ηs1=75.8%,ηs2=83.3%;ηc為傳動效率, 取0.98。

2.3.5風機特性曲線

風機特性曲線圖見圖1、圖2。

根據通風機的特性曲線,可得

容易時期通風機工況點:Q1=236.25 m3/s,H1=1 993 Pa,ηs1=75.8%。

困難時期通風機工況點:Q2=262.5 m3/s,H2=4 270 Pa,ηs2=83.3%。

圖1 容易時期風機特性曲線(590 r/min)Fig.1 Characteristic curves of ventilators at easy time (590r/min)

圖2 困難時期風機特性曲線(735 r/min)Fig.2 Characteristic curves of ventilators at difficult time (735r/min)

3 供配電、控制和照明

主通風機房采用軸流式通風機2臺,1運1備,每臺主通風機配套電機功率為1 800 kW,電壓6 kV。以雙回YJV22-8.7/10 kV-3×185電力電纜配電線路供電,電源引自排矸井降壓站6 kV側不同母線段,拆除老化的18臺高壓開關柜,新購置增加14臺KYN28B-12高壓開關柜組成的系統,單母線分段接線方式,柜內設低壓配電系統,主供風機輔助設備用電及照明。繼電保護采用微機綜合保護裝置。6 kV采用單母線分段接線方式,繼電保護采用微機綜合保護裝置。

通風機起動與調節運行:采用高壓變頻調速裝置對通風機高壓電動機進行起動與調節控制,采用PLC-S7—1500進行控制,起動電流限制在1.6倍以下,減小對電網與主扇的沖擊。

安裝2套高壓變頻調速裝置,每臺通風機每個電機采用1臺高壓變頻器進行控制。通風機房配備1套礦井通風機綜合監控系統,系統采用可靠性高電源、CPU、通訊等熱備冗余設計,使2臺風機的關聯控制性強,系統以多種方式提供通風機的運行狀態和數據,保障通風機的安全運行,方便通風機的性能測試。通風機房還設有直通礦調度室的電話。為確保通風機安全可靠運行,通風機房內設有事故照明燈具。

4 結束語

中央分區投產后,風量將達到15 000 m3/min,為保證中央分區投產后安全生產,根據礦井生產計劃及實際需風量要求,對現用通風機進行設備升級改造,以提高設備可靠性,避免停機、停風,減少礦井事故隱患。

綜合考慮通風機性能參數及設備投資后選用GAF31.5-20-1軸流式通風機2臺,1臺工作,1臺備用,配套電機功率1 800 kW,容易時期590 r/min;困難時期735 r/min。該通風機結構設計合理,全壓效率較高,制造質量好,可靠性高,維護量小;能在現場方便地更換葉片,對葉輪進行大中修,能確保備用風機的安全性;成套性強,噪音小。選用GAF31.5-20-1軸流式通風機的同時需新選配電設備,檢修風門,其余彎道導流片、消音器、風道、擴散塔、通風機房和配電室均利用原有設備。