煤礦局部通風機的選型與工況調節研究

李慧 朱與倫

摘 要：當前，以大數據、云計算、人工智能為代表的新一代數字技術日新月異，全球正在加速進入以“萬物互聯、泛在智能”為特點的數字新時代。煤礦局部通風機主要用于向工作環境提供新鮮的空氣，盡可能的將井下的污濁空氣排出以此來保障地下工作環境的安全性。在實際開采過程中會根據隧道內有害氣體濃度的變化，適當調整通風機運行工況。

關鍵詞：煤礦局部通風機;選型;工況調節

引言

我國煤炭資源多為地下井工開采，合理、足量的通風對井工煤礦掘進工作面安全生產具有十分重要的意義。

1選型基本原則

可靠性。在對礦井通風裝置進行設計時需要綜合考慮其擺放的位置、配置方式以及臺數等，選型要符合煤礦安全生產規定，選型設計以為安全性和可靠性為主。目的是為了保障在作業期間裝置運行質量，便于對裝置進行維修，進而提供良好的通風效果，滿足井下人員的需求。②適用性。通風設備的選擇和設計應最大限度地滿足礦井生產需要。在礦井建設之初，產量相對較低、隧道較短，因而在初期階段通風量需求量較小。但隨著不斷地對礦井進行深挖、煤礦產量提升，對于通風機提供的風量也有所提升。為了確保通風機設備可以提供持續的風量，在選型和設計階段要綜合考慮初期的適用性，以及未來通風量的需求，盡可能的滿足整個開采期需求。③經濟性。礦用通風機選擇首先是考慮安全性，其次是可靠性，只有在兩者的基礎上，有條件的再對經濟型進行討論。在成本內容方面不光有裝置自身的費用還需要綜合考慮裝置安裝、土建和運維等，這些都是在初期建設所要消耗的費用，都要作為成本進行考慮，這樣才可以設計出相對經濟、合適的方案。

2煤礦局部通風機的工況調節

2.1巷道內支護設備及支護參數

煤礦局部通風機的工況調節之一是巷道內支護設備及支護參數。巷掘進期間采用綜合機械化掘進工藝，巷道內設備主要由掘進機、轉載機、帶式輸送機、液壓鉆機、隔爆開關、應急水泵、綜合保護開關、局部通風機、移動變壓器等。1）掘進機型號及參數：巷道內主要采用EBZ260型掘進機進行掘進，掘進機總長度為12.63m，牽引力為605kN，臥底深度為300mm，爬坡能力為±18°，可切割巖體硬度為110MPa，電機截割功率為200kW，生產能力為4.3m3/min，供電電壓為1140V。2）轉載機：轉載機設計長度為16m，主要由電滾筒、阻燃輸送帶、轉載機架、擋煤裝置、跑車、托輥等部分組成，轉載機尾部與掘進機連接，頭部采用跑車與過渡架活動連接，轉載機采用功率為11kW電滾筒驅動，采用掘進機電控箱進行供電。3）帶式輸送機：巷掘進過程中采用的帶式輸送機型號為SSJ-800型，輸送機電機功率為40kW，輸送帶寬度為0.8m，輸送機主要由卸載滾筒、驅動滾筒、阻燃輸送帶、H架、清帶器、電機、減速機等部分組成。4）液壓鉆：工作面采用的液壓鉆機型號為MYT-190/240型，配套設備主要由BMYT2A型雙泵液壓泵站和進回油膠管，液壓鉆機額定壓力為17MPa，額定流量為45L/min，額定扭矩為190N·m，額定轉速為240r/min，最大推進行程為1.97m;泵站電機功率為18.5kW，電壓為380V。5）局部通風機：巷采用的是變頻局部通風機，共計兩臺，風機功率為55kW，風機可根據巷道掘進深度風機可自動變頻，實現風機自動控制風速的目的，利用直徑為1.2m柔性風筒將風量引進至工作面，相鄰兩節風筒之間采用拉鏈式連接。

2.2礦井通風模型建立

煤礦局部通風機的工況調節之二是礦井通風模型建立。Vent sim通風模擬軟件通過對礦井進行三維建模，可以真實反映礦井內部通風情況，能夠實時對通風系統的局部進行分析計算。礦井三維模型的建立是根據礦井實際大小1∶1建立的。通過對礦井內部各巷道具體參數的準確輸入，依據軟件內部的計算方法，可以對通風網絡進行精確計算，得到的計算結果具有一定的可信性。建模步驟如下：1）整理礦井的采掘平面圖以及通風系統圖等資料，對巷道布置圖進行簡化處理后導入到軟件中，生成基本模型。2）根據巷道的空間關系，對模型進行具體調整，使模型中巷道空間布置關系與實際相符。將不同區段巷道的具體參數輸入到模型中。3）為巷道的摩擦阻力系數賦值，并將通風機的位置以及參數輸入到模型中。根據礦井實際情況，在巷道內部添加通風調節設備，使通風模型與實際情況保持一致。4）通過測定礦井的通風阻力與模型計算結果進行對比，驗證模型建立是否合理準確。

2.3通風機型號及數量確定

煤礦局部通風機的工況調節之三是通風機型號及數量確定。在選擇通風機的型號要著重考慮通風機的應用特性，其次是通風機的類型。目前井筒需求中最好是使用單一的通風機，這種通風機無法滿足實際需求時候，可以改為兩臺型號相同的通風機。通風機選型需要滿足第一水平后的不同時期下負壓水平數值的變化，從而達到水平通風需求。若是負壓數值變化幅度相對較高，可以考慮分期選配通風機。選用的通風機應具有一定的調節范圍，在使用年限和工作條件都需要滿足工況利用區的要求。通風機的數量要遵循通風機的規定要求，尤其是在具體的使用中需要選擇兩套相同通風能力的裝置時，該裝置可以分為主臺和備用臺，但是正常應用臺數要根據通礦井需要來確定。

2.4控制系統改造

煤礦局部通風機的工況調節之四是控制系統改造。（1）自動化控制。系統可依據掘進迎頭和回風巷混合處的瓦斯濃度和風速變化，控制局部通風機的轉速，實現了按瓦斯濃度和風速要求自動調風。在瓦斯濃度控制方面，瓦斯濃度為1.80%時，變頻調速上限為50Hz，下限為20Hz，當瓦斯濃度由1.80%至0.00%變化時，變頻器輸出頻率由50Hz至20Hz變化，對應風機電機轉速由2900rpm至1740rpm變化。（2）在線監控。對風機變頻器設定參數、運行數據、故障信息及工作面瓦斯濃度、風速均可進行實時監控，并在瓦斯濃度和風速異常時進行報警，可分權限進行應急遠程控制。（3）控制及保護。兩部局部通風機能夠按周期利用專用電源輪換工作;在自動切換模式下，切斷正在運行的主風機電源、人為使正在運行的主風機故障，均自動切換至副風機運行;在自動切換模式下，切斷正在運行的副風機電源、人為使正在運行的副風機故障，均自動切換至主風機運行。驗證了局部通風機變頻智能控制系統符合井下局部通風機各種控制及切換要求，具備各種保護，符合《煤礦安全規程》規定的井下局部通風機使用要求及用戶的特殊使用要求。

結語

綜上所述，煤礦通風機設備的選型和設計工作非常重要，關系到通風機在實際采礦中的運行效率;其選型要秉持著可靠性和安全性的前提，再考慮設備的經濟性與適用性，最終選擇出符合企業需求兼具安全性與高效性的裝置。

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