礦井主通風(fēng)機(jī)的技術(shù)改造及實(shí)施效果

呂靜飛

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)陽城大西煤業(yè)有限公司， 山西 陽城 048105）

引言

通風(fēng)機(jī)為僅次于采煤機(jī)、液壓支架等關(guān)鍵采掘、支護(hù)設(shè)備的輔助設(shè)備，其承擔(dān)著凈化工作面空氣、稀釋瓦斯?jié)舛鹊闹匾蝿?wù)。隨著煤礦開采的不斷深入，礦井最初所配置的通風(fēng)機(jī)已經(jīng)不能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)需求，導(dǎo)致煤礦開采的安全性降低，嚴(yán)重威脅著現(xiàn)場人員及設(shè)備的安全[1]。同時，部分通風(fēng)機(jī)控制方式落后，不能夠根據(jù)工況對通風(fēng)量進(jìn)行有效調(diào)節(jié)控制，導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)電能浪費(fèi)嚴(yán)重；電控系統(tǒng)老化、智能化自動化水平偏低，均是大部分通風(fēng)機(jī)所面臨的問題。因此，急需開展關(guān)于通風(fēng)機(jī)的技術(shù)改造。

1 主通風(fēng)機(jī)現(xiàn)狀

本文以水頭煤礦為例開展研究，經(jīng)探測，該煤礦的相對瓦斯涌出量為12.92 m3/t，瓦斯絕對涌出量為46.73 m3/min。煤礦年生產(chǎn)能力核定為220 萬t，共分為東翼、西翼及中部三個區(qū)域。其中，東翼包括三個采區(qū)，西翼包括三個采區(qū)，中部包括兩個采區(qū)。本文具體以東翼采區(qū)為例開展研究，具體從通風(fēng)機(jī)本身及其控制系統(tǒng)兩個層面對其所存在的不足進(jìn)行具體分析。

1.1 主通風(fēng)機(jī)概況

東翼采區(qū)所配置型號為G4-73-11.25D 的兩臺離心式通風(fēng)機(jī)，在實(shí)際應(yīng)用中一臺工作另一臺備用。經(jīng)現(xiàn)場測量，該通風(fēng)機(jī)實(shí)際供風(fēng)量僅為78 m3/s，負(fù)壓值為2 320 Pa。東翼采區(qū)的瓦斯量超標(biāo)且該礦井為高瓦斯礦井，經(jīng)核算，工作面安全性通風(fēng)量不得小于94 m3/s，而所配置通風(fēng)機(jī)的實(shí)際供風(fēng)量僅78 m3/s。在實(shí)際生產(chǎn)中供風(fēng)量小于實(shí)際需風(fēng)量，存在極大的安全隱患，具體內(nèi)容如下：

1）容易導(dǎo)致工作面現(xiàn)場粉塵濃度增加，威脅現(xiàn)場工作人員的身體健康。

2）風(fēng)量太小，導(dǎo)致工作面現(xiàn)場瓦斯聚集。當(dāng)瓦斯長時間處于超限值或臨界值時，極易發(fā)生瓦斯爆炸事故。

因此，針對供風(fēng)量不足的問題急需為其配置匹配的通風(fēng)機(jī)。

1.2 主通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)概述

東翼采區(qū)設(shè)有高壓配電室，通過變壓器柜為變壓器供電；同時，東翼采區(qū)的主通風(fēng)機(jī)采用低壓真空磁力啟動器對其的啟動和停止進(jìn)行控制。該低壓真空磁力啟動器的具體型號為QJZ-630/1140。針對當(dāng)前控制系統(tǒng)對應(yīng)的生產(chǎn)情況來看，存在的不足如下：

1）采用低壓真空磁力啟動器對主通風(fēng)機(jī)的啟停進(jìn)行控制，對應(yīng)的啟動電流較大會對配電網(wǎng)造成沖擊，從而影響整個電網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)備；同時，此種控制方式無法根據(jù)工況對供風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整；此外，低壓真空磁力啟動器并不適用于大功率設(shè)備的控制[2]。

2）當(dāng)前主通風(fēng)機(jī)的額定電壓僅為1 140 V，其電壓等級較低，若根據(jù)生產(chǎn)需求更換為功率更大的通風(fēng)機(jī)，其在運(yùn)行過程中容易造成電纜發(fā)熱或?qū)е掠捎陔妷哼^低無法實(shí)現(xiàn)大功率通風(fēng)機(jī)設(shè)備的啟動。

3）當(dāng)前控制系統(tǒng)不具備在線監(jiān)控功能，無法實(shí)時獲取主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和故障信息，對通風(fēng)機(jī)維護(hù)效率較低[3]。

綜上，東翼采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)并不能簡單地通過更換大功率通風(fēng)機(jī)來滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求，還需根據(jù)對其控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)。

2 主通風(fēng)機(jī)的技術(shù)改造

本節(jié)將從主通風(fēng)機(jī)的重新選型和控制系統(tǒng)兩方面展開技術(shù)改造的研究。

2.1 主通風(fēng)機(jī)的重新選型

通風(fēng)機(jī)的選型需以綜采工作面的實(shí)際需風(fēng)量為核心，并兼顧現(xiàn)場風(fēng)量的分配和通風(fēng)阻力控制兩個維度綜合完成。采區(qū)風(fēng)量的實(shí)際需求具體包括現(xiàn)場工作人員、采煤、掘進(jìn)、硐室及其他地點(diǎn)對風(fēng)量需求的總和[4]。

對于工作人員的需風(fēng)量規(guī)定如下：根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，要求人員在工作面的需風(fēng)量為4 m3/min；東翼采區(qū)同一時間內(nèi)最多工作人員的數(shù)量為300 人。則人員需風(fēng)量為1 320 m3/min。

同理，根據(jù)工作面的生產(chǎn)能力和《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，計算得出采煤、掘進(jìn)、硐室及其他地點(diǎn)的需風(fēng)量，具體見表1。

表1 工作面各部分需風(fēng)量

考慮到1.1 倍的安全系數(shù)，東翼采區(qū)總的需風(fēng)量為7 458 m3/min，即124.3 m3/s。同時，經(jīng)對現(xiàn)場阻力進(jìn)行測算，東翼采區(qū)在容易時期所需的負(fù)壓為2 211.35 Pa，在困難時期所需負(fù)壓為3 602.35 Pa。考慮到通風(fēng)線路上消聲裝置的阻力損失為100 Pa，風(fēng)道的阻力損失為150 Pa，對應(yīng)的通風(fēng)機(jī)在容易時期必須提供的負(fù)壓值為2 461.35 Pa，在困難時期需提供的負(fù)壓值為3 852.35 Pa。

綜合上述風(fēng)量和負(fù)壓值的計算結(jié)果，并結(jié)合市面通風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)，最終確定通風(fēng)機(jī)的型號為FBCDZ-8-NO.27。該型通風(fēng)機(jī)的參數(shù)見表2。

表2 FBCDZ-8-NO.27 通風(fēng)機(jī)的具體參數(shù)

2.2 通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的改造

針對通風(fēng)機(jī)能耗較大且電能浪費(fèi)嚴(yán)重的問題，從原理上將根據(jù)工作面的實(shí)際需風(fēng)量降低供風(fēng)量50%，對應(yīng)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速也下降50%，此時功率可下降12.5%。因此，本工程采用變頻調(diào)速的原理實(shí)現(xiàn)對通風(fēng)機(jī)的技術(shù)改造，保證通風(fēng)機(jī)可根據(jù)工況對供風(fēng)量進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)控制，已達(dá)到節(jié)能的效果。變頻器的選型為本工程變頻調(diào)速改造的關(guān)鍵，包括交-直-交和交-交兩類變頻器。其中，交-直-交變頻器可實(shí)現(xiàn)電壓和頻率的變換；交-交變頻器僅實(shí)現(xiàn)電壓與電流的變換[5]。因此，本工程具體選用交-直-交變頻器實(shí)現(xiàn)交流變頻調(diào)速功能。

結(jié)合主通風(fēng)工況和煤礦相對惡劣的生產(chǎn)環(huán)境，本工程最終所確定變頻器的具體型號為HIVERT。

3 實(shí)施效果評估

結(jié)合主通風(fēng)機(jī)的技術(shù)改造內(nèi)容，通過對綜采工作面的風(fēng)量、控制系統(tǒng)及工效進(jìn)行評估，以此反映主通風(fēng)機(jī)技術(shù)改造的實(shí)施效果。

3.1 工作面風(fēng)量改善效果

將工作面主通風(fēng)機(jī)更換后，現(xiàn)場實(shí)際供風(fēng)量最大可由4 680 m3/min 增大至5 950 m3/min，可滿足實(shí)際需風(fēng)量為5 580 m3/min 的要求。同時，不同工作面的風(fēng)速也相應(yīng)增加，具體見表3。

表3 工作面風(fēng)速及瓦斯聚集情況對比

由表3 可知，經(jīng)對主通風(fēng)機(jī)技術(shù)改造后，各個工作面的風(fēng)速明顯增加；各個工作面的瓦斯?jié)舛让黠@降低，可滿足《煤炭安全規(guī)程》所規(guī)定的采煤、掘進(jìn)、開拓工作面瓦斯?jié)舛刃∮?%的要求。此外，工作面風(fēng)速的提升能夠?qū)⒐ぷ髅娴臏囟葟?6 ℃降至23 ℃，為現(xiàn)場工作人員提供更加舒適的工作環(huán)境。

3.2 工作面控制及工效效果的評估

主通風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速的控制方式后，系統(tǒng)的啟動電流可控制在20 A 以內(nèi)，此數(shù)據(jù)遠(yuǎn)小于原采用低壓直接啟動方式的瞬間電流800 A，極大地減小了啟動電流對電網(wǎng)造成的沖擊。同時，變頻調(diào)速方式可實(shí)現(xiàn)對通風(fēng)機(jī)電機(jī)15～50 Hz 頻率的調(diào)節(jié)，達(dá)到對風(fēng)量的實(shí)時、連續(xù)可調(diào)的目的，具備根據(jù)實(shí)際需風(fēng)量對供風(fēng)量控制的功能，從而達(dá)到節(jié)能的效果。

總之，對礦井主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造后，實(shí)際生產(chǎn)中由于工作面瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)導(dǎo)致停產(chǎn)的時間小于5 h，此數(shù)據(jù)遠(yuǎn)小于改造前的200 h；對應(yīng)工作面每月的推進(jìn)速度超過原推進(jìn)速度的6%左右。

4 結(jié)語

主通風(fēng)機(jī)是煤礦保證生產(chǎn)安全的重要設(shè)備，本文重點(diǎn)針對供風(fēng)量不足且能耗嚴(yán)重的問題對主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)開展技術(shù)改造，對應(yīng)的改造措施如下：

1）將G4-73-11.25D 通風(fēng)機(jī)更換為FBCDZ-8-NO.27，工作面供風(fēng)量、風(fēng)速明顯增加，對應(yīng)工作面的粉塵濃度和瓦斯積聚問題明顯得到解決。

2）采用型號為HIVERT 變頻器實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，降低系統(tǒng)的啟動電流，減小對電網(wǎng)造成的沖擊；同時，改造后可實(shí)現(xiàn)電機(jī)頻率在15～50 Hz 的變頻調(diào)速，達(dá)到節(jié)能的效果。

3）對礦井主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造后，對應(yīng)工作面每月的推進(jìn)速度超過原推進(jìn)速度的6%左右。