黃陵一號煤礦主通風機改造方案設計

黃宇

（中煤西安設計工程有限責任公司，陜西 西安710054）

礦井主通風機是向井下輸送空氣的設備，負責將適量的新鮮空氣沿著設定的路線連續不斷地送入井下，滿足采煤工作面、掘進工作面、各硐室及井下其他用風地點的需要，并將這些地點的污濁空氣連續不斷地排出井口，是礦井生產的關鍵設備，關系著礦井的生產和井下工作人員的生命安全。如果通風機停止運轉達一定時間，井下人員就必須撤出，礦井生產停止，故通風機可靠性及風機倒換的效率要求較高；礦井主通風機的電耗平均約占煤礦電耗的8%～15%，故對其經濟技術合理性也應予以充分考慮。結合黃陵一號煤礦三號風井通風機改造項目，對礦井主通風機改造方案進行分析討論。

1 概 況

黃陵一號煤礦位于陜西省黃陵縣城西北約25 km處，距店頭鎮1.5 km。礦井設計生產能力6.0 Mt/a。根據礦井生產規劃，四號風井投入運行后，二號風井將停止使用，礦井由三號、四號風井回風，其中，三號風井主要承擔井下六、八盤區的通風任務，并考慮最遠端服務至十三盤區北部邊界。三號風井通風風量240 m3/s，通風負壓初期（即礦井現狀）1 779.7 Pa，后期（即規劃后期）3 539.8 Pa。

三號風井現有風機為FBCDZ-8-№26型礦用防爆對旋軸流通風機2臺，1用1備，通風機露天放置，配套絞車式垂直進風門及水平進風門各2個，安裝于風門間內。由于該風機服務年限較長（近20 a），日常運行時存在故障率高、噪音大、效率低（約為65%）等問題，且無法滿足礦井規劃后期風量負壓要求，擬更換該風機，并對三號風井通風系統進行升級改造。

2 通風機改造方案

依據國家發展改革委等部門2014年5月6日下發的《關于加強煤礦井下生產布局管理控制超強度生產的意見》（發改運行[2014]893號），我國煤礦新建或改擴建多采用FBCDZ系列防爆對旋軸流式通風機和軸流式通風機，如圖1所示。

圖1 通風機實物Fig.1 Ventilators

（1）防爆對旋軸流式通風機。該型通風機安裝簡單方便，施工周期短。通風機為直接反轉反風，操作簡單。但通風機電機安裝在風機輪轂內，葉片安裝在電動機軸上，故電動機散熱條件差，不便于維修，且須選用隔爆型電機，提高了整機造價。通風機葉片角度可調范圍較窄，一般小于18°，實際應用中多采用變頻調速技術提高通風機工況調節范圍。通風機工況曲線顯示通風機效率最高可達85%，但實際運行平均效率在60%左右。

（2）軸流式通風機。該型通風機電動機為外置電機，電動機散熱條件好，便于維修，但需加建電動機遮雨棚或電機間。通風機有短軸布置和長軸布置兩種布置形式，可靈活適應風井場地條件。通風機亦可直接反轉反風。通風機葉片調節范圍大，為40°～50°，特性曲線覆蓋范圍較廣，可配套動葉可調系統實時調節風機角度，能較好適應煤礦井下不斷變化的通風環境。曲線顯示通風機效率可達87%，也可配套電動機變頻控制系統進一步提高通風機工況調節范圍。

根據黃陵一號煤礦礦井規劃通風風量負壓及國內大型煤礦常用通風機應用案例，提出3種通風機改造方案。

方案一：三號風井井口附近安裝2臺FBCDZ№36型防爆對旋軸流式通風機，1臺工作，1臺備用，通風機轉速580 r/min；每臺通風機配套YBF型風機專用隔爆變頻電動機2臺，功率2×900 kW，電壓10 kV，同步轉速600 r/min；風機電動機采用變頻調速技術。

方案二：三號風井井口附近安裝2臺GAF

26.5型軸流式通風機，1臺工作，1臺備用，通風機轉速990 r/min；每臺通風機配套Y型變頻電動機1臺，功率1 600 kW，電壓10 kV，同步轉速1 000 r/min；風機電動機采用變頻調速技術。

方案三：三號風井井口附近安裝2臺GAF 26.5型軸流式通風機，1臺工作，1臺備用，通風機轉速990 r/min；每臺通風機配套Y型電動機1臺，功率1 600 kW，電壓10 kV，同步轉速1 000 r/min。

上述3個方案經濟對比見表1。

表1 通風機選型方案對比Table 1 Comparison of fan selection scheme

由表1可知，由于防爆對旋軸流式通風機運行效率較低，運行年電費有較大劣勢，故此次通風機改造選型方案推薦采用GAF型軸流式通風機。根據黃陵一號礦井生產規劃，井下開拓至規劃后期約為9～10 a，綜合考慮設備投資及運行費用，此次改造方案通風機選型推薦采用方案二，通風機更換利用部分原有基礎及軌道，不建通風機房，電動機采用長軸布置形式，充分利用原有場地。

3 風門改造方案

三號風井風門間內裝有絞車式垂直進風門及水平進風門各2個，目前工作情況良好，運行時略有卡頓，但由于設計時間較早，風門運行方式為手動控制，故此次改造對風門更換方式提出如下3種方案。

方案一：繼續利用現有風門。

方案二：拆除現有風門，在現有風門位置安裝旋葉式垂直風門及旋葉式水平風門，并配套不停風倒機系統。

方案三：保持現有風門系統不變，在拆除現有通風機后在風道接口處安裝旋葉式垂直風門及風機測試風筒，并配套不停風倒機系統。

上述3個方案經濟對比見表2。

表2 風門改造方案對比Table 2 Comparison of damper renovation scheme

經現場測試，現有風門系統完成倒換風機操作時間約為6～8 min，能滿足《煤礦安全規程》（2016）要求。經多個礦井調研后得知，安裝有不停風倒機系統的通風機站，風機倒換時先啟動備用風機并打開其配套水平風門，待備用風機運轉穩定后，開啟垂直風門，使備用風機接入井下通風系統，在此過程中，同時關閉工作風機的垂直風門，開啟工作風機水平風門，最后關閉工作風機及其配套水平風門，完成風機倒換作業。風機倒換過程耗時約為40～100 s，倒換過程中井下不停風，僅出現輕微風量波動，能有效降低井下瓦斯積聚可能性，有利于礦井通風安全，故此次改造中建議更換配套不停風倒機系統的旋葉式風門。

由于原有風門澆筑于風道內，拆除原有風門需鑿除已有風道，工程量較大，故此次改造中風門改造方案建議采用方案三，保持現有風門系統不變，在風道接口處新安裝風門及不停風倒機系統。

4 通風機改造成果分析

黃陵一號煤礦三號風井通風機已完成改造近1 a，目前通風機運行風量為245 m/s2，負壓約2 100 Pa，通風機效率由原風機的65%提高到83%以上，在礦井改造后初期每年即可節約電能約200×104kW·h。按工業用電0.6元/kW·h計，每年可節約電費120萬元；按每節約1 kW·h電能相當于減少1 kgCO2排放量計，每年可減少CO2排放量約2 000 t，取得了可觀的經濟效益和環保效益。

5 結 論

綜合此次通風機改造方案設計，可得以下結論。

（1）對旋軸流式和軸流式通風機結構區別較大，各有優缺點，兩種風機均能滿足礦井通風要求，綜合考慮下，軸流式通風機葉片角度調節范圍大，對礦井初、后期不同風量負壓適應性更強，礦井通風改造時可優先考慮選用軸流式通風機。

（2）生產礦井改造中初、后期通風風量負壓跨度較大的，應采用變頻調速技術降低通風機轉速，使通風機始終運行于高效區工況范圍內，達到節能減排的目的。

（3）不停風倒機系統操作方便可靠，提高了通風機倒換過程的效率和安全性，同時提高了礦井通風系統的智能化水平，是風機倒換系統的發展趨勢，在煤礦主通風機改造中應優先考慮。