通風機的技術改造及工程應用效果

黃漢斌

（山煤集團煤業管理有限公司晉東南分公司， 山西 長子 046699）

0 引言

通風機為煤礦生產中通風系統的關鍵設備，其承擔著改善工作面現場瓦斯濃度、粉塵濃度以及溫濕度指標的關鍵任務，為工作面工作人員和設備提供一個相對穩定、安全且舒適的工作環境。隨著工作面開采的不斷深入和開采效率的不斷提升，通風系統的老化導致工作面通風系統無法滿足其實際生產需求，主要表現為風量不足和風阻增大等問題。同時，通風機的轉速無法根據需風量實時自適應控制所導致的能耗增大問題，也是當前急需解決的問題[1-5]。本文將結合實際生產從上述兩個層面對通風機進行技術改造，并對改造實施效果進行評估。

1 通風機現狀分析

工作面所配套通風機需要與其瓦斯涌出、生產能力等情況相匹配。本文所研究煤礦瓦斯的相對涌出量為12.92 m3/t，瓦斯的絕對涌出量為46.73 m3/t。根據相關標準，可以判定為該煤礦屬于高瓦斯礦井。目前，該煤礦共配置有兩個掘進工作面、一個綜放采煤工作面和一個開拓工況；該煤礦當前采用兩翼對角抽出式通風方式，共配套有2 個通風機，分別位于東風井和北風井。其中，北風井的通風機主要負責煤礦中部區域和西翼采區的通風任務；東風井的通風機主要負責煤礦東翼采區的通風任務。本文重點對東風井的通風機進行技術改造，東風井當前所配套通風機的具體參數如表1 所示。

表1 東風井通風機具體參數

由于種種原因，該型通風機在實際生產中的實際供風量僅為74 m3/s，對應的負壓為2 320 Pa。目前，東風井通風機運行現狀總結如下：

1）通風機的實際供風量小于工作面的實際需風量，而且對應的風流速度也低于《煤炭安全規程》的標準，導致工作面瓦斯濃度、粉塵濃度以及溫濕度等指標超限，不僅影響工作人員的身體健康，而且嚴重威脅工作面的安全生產。

2）目前，通風機采用直接啟動的方式進行控制，不僅故障率高，而且在實際應用中存在不穩定的情況和電能浪費嚴重的問題。

鑒于此，本文對東風井通風機從增大通風量和改善控制方式兩個方面對其進行技術改造，并對工程應用效果進行驗證。

2 通風機的技術改造

針對工作面現場需風量大于供風量的問題，對工作面的風量進行重新核算并配套相匹配的通風機；針對改善控制方面，擬采用變頻調速技術對其進行改造。

2.1 通風機的重新選型

通風機選型的主要依據為工作面的實際需風量、通風阻力以及風量的分配原則等。

2.1.1 工作面需風量的核算

東翼采區包括采煤工作面、掘進工作面、硐室以及其他等幾方面。為保證所選型的通風機能夠滿足工作面的通風量要求，需要對上述所有方面的需風量進行核算。以采煤工作面為例，其需風量包括采煤機開采本身所需的風量、涌出瓦斯所需的風量以及工作人員所需風量三部分，分別核算如下：

2.1.1.1 采煤開采的需風量核算

采煤機開采時為降低工作面的粉塵濃度且保證其溫濕度指標滿足要求，其需風量Q1計算如式（1）所示。

式中：v1為采煤工作面所規定的風速，取2 m/s；S1為采煤工作面的有效通風斷面面積，取10 m2。

將上述參數代入式（1）中，得出采煤工作面的需風量為600 m3/min；東翼采區共有兩個采煤工作面，得出東翼采區采煤工作面需風量為1 200 m3/min。

2.1.1.2 工作面瓦斯涌出的需風量核算

東翼采區共有一個綜放工作面，其對應瓦斯涌出的需風量Q2計算如式（2）所示。

式中：q2為綜放工作面的瓦斯絕對涌出量，設定工作面瓦斯的抽放效率為35%，取20.2 m3/min×75%=15.15 m3/min；K2為綜放工作面瓦斯涌出的不均勻系數，取值為1.2。

將上述參數代入式（2），得出綜放工作面瓦斯涌出量的需風量為1 576.6 m3/min。

2.1.1.3 按照工作面人員數量的需風量核算

根據標準，要求工作面每位工作人員的通風量不少于4 m3/min；結合實際生產，工作面每次最多工作人員的數量為50 人。則，得出按照工作人員的總需風量為4 m3/min×50=200 m3/min。

2.1.1.4 綜合需風量

在上述三種計算原則下，工作面的需風量應按照瓦斯涌出量核算。得出：采煤工作面的需風量暫定為1 600 m3/min；備用工作面的需風量按照采煤工作面的50%核算，則采煤工作面的實際需風量為1 600 m3/min+1 600 m3/min×50%=2 400 m3/min。

同理，得出掘進工作面、硐室以及其他巷道的需風量如表2 所示。

表2 東翼采區各工作面巷道的需風量統計

綜合計算得出：考慮到1.1 倍的余量，得出東翼采區的實際需風量為100.1 m3/s。

2.1.2 通風機的選型結果

根據上述工作面的通風量需求，為東翼采區重新配套通風機，具體型號為FBCDZ-8-No.27；配套數量為兩臺，采用一用一備的使用原則。FBCDZ-8-No.27型通風機具體參數如表3 所示。

表3 FBCDZ-8-No.27 通風機關鍵參數

2.2 通風機變頻調速技術改造

變頻調速是當前重點解決煤礦生產中“大馬拉小車”造成電能嚴重浪費問題的關鍵技術。該技術已經相對成熟，本節重點根據所配套的通風機完成變頻器的選型，所選型變頻器的關鍵參數如表4 所示。

表4 變頻器關鍵參數

3 工程應用效果

將重新選型的通風機在東翼采區實施后，對工作面的風量改善情況進行分析。對改造前后各個工作面的風速、瓦斯濃度以及溫度等指標進行對比，對比結果如表5 所示。

表5 通風機技術改造前后效果對比

由表5 可知，對通風機進行重新選型后，各個工作面的風速均得到提升，瓦斯濃度得到明顯降低，溫度更適應工作人員工作。

4 結語

通風機為煤礦綜采工作面通風系統的關鍵設備，隨著工作面的不斷深入和通風系統的老化，工作面通風系統主要面臨風量不足、控制方式落后的問題。為解決上述問題，本文結合實踐生產對東翼采區通風機進行重新選型，并提出采用變頻調速技術對其控制系統進行改造。實踐表明：通風機技術改造后，現場的風速、瓦斯濃度以及溫度均優于改造前的對應指標，達到了改造效果。