矿井通风系统运行频率的优化应用.pdf

总第2 15 期2023年第10 期工程技术摘要：随着矿井节能增效工作的不断推进，矿井通风系统的优化也势在必行。在保持首阳山井下通风线路不发生改变、通风设备不更换的前提下，利用调整风机频率和扇叶角度对系统进行了优化。最终在煤炭生产的低谷时期，在保证安全高效的前提下实现了通风能力的可调可控，提高了风量利用率。关键词：井下通风；风机降频；风量优化中图分类号：TD720引言矿井主通风机全日处于无休运行状态，具有功率大、能耗高的问题,据统计,通风机的耗电量占到全矿井的2 0%，部分通风困难矿井甚至达到30%，通风系统的能耗更是占到整个矿井的2 4.4%40.5%1-2 。当矿井进人生产淡季后，随着生产效率的下降，巷道的需风量随之降低，通常将会调整通风设备的供风量。传统的调风方式包括风门的控制、风桥的构造等，但都需要一定施工周期，效率低下且费用较高3。当前经过诸多专家学者的研究，采用变频调速可以实现主通风机的合理优化,达到了一定的节能效果。但该方法常见于矿井生产初期通风能力大于生产能力时使用,具有一定的局限性。因此,研究一种适合矿井全寿命周期的主通风机变频控制技术，对于提高矿井经济效益，保障安全生产具有重要意义4。1全矿井风量分配首阳山煤矿为正常生产矿井，3号煤层考虑服务年限和设备投资情况，也采用综采放顶煤采煤法；9号煤层为薄煤层，采用综采一次采全高采煤法。按照该矿的采掘计划布置,现井下主要用风地点由原来的两采四掘变为现在的两采一备一掘【两个回采工作面（310 1工作面、9 10 1工作面）、一个备用工作面（310 2）、一个掘进工作面(310 3运输顺槽）1。风量富余较多,现在又进入冬季，为更合理地进行风量分配，现通过调整主要通风机的频率来调整井下全矿井风量。为确保主要通风机调整顺利完成，特制定此全矿井风量调整安全技术措施。根据本矿现采掘计划及巷道布置,井下主要用风地点为：两个回采工作面（310 1工作面、9 10 1工作面）一个备用工作面（310 2 工作面)和一个掘进工作面（310 3运输顺槽）,此外还包括有主水泵房、煤采区变电所等碉室和15 0 2 采区大巷和各行人巷。2各用风地点配风量计算计算采掘工作面、巷道所需风量的大小有多种依收稿日期：2 0 2 2-11-0 9作者简介：梁福兵，男，19 8 0 年出生，毕业于东北大学，本科，高级工程师，现从事煤矿技术管理相关工作。山西化工Shanxi Chemical Industry矿井通风系统运行频率的优化应用梁福兵，常晶（山西长治联盛首阳山煤业有限公司，山西长治0 46 0 0 0）文献标识码：A据和计算方式，通常以瓦斯浓度、现场人数、气象条件为依据，选取数值最大的计算结果为该巷道的安全需风量。2.1 按瓦斯涌出量计算配风量式(1)式中Q采为采掘工作面实际需风量,m/min;q为工作面的平均绝对瓦斯涌出量,根据近期瓦斯记录表显示，3101回风顺槽瓦斯涌出量为0.17 m/min、9 10 1工作面瓦斯涌出量为0.11m/min;K为瓦斯涌出不均衡系数，工作面正常生产时连续观测1个月后取值1.6。经计算,Q310i=34m/min,Q9101i=22m/min。2.2按工作面最多人数计算式(2)式中：N为工作面同时工作最多人数,采煤工作面按50人取值；4为每人应供给的最小风量，m/min。经计算,两个采煤工作面均为2 0 0 m/min。2.3按气象条件计算式(3)Q 采=6 0 7 0%Vct Sen K.式中:Va为工作面的风速，m/s,V3101、V 310 2 与Vo10i取值1.5m/s;Sc为采煤工作面的平均有效断面积，按最大和最小空顶有效断面的平均值计算，S3101与S3103取8.6m、S9 10 r 取3.8 5 m;Kchi为采煤工作面采高调整系数,310 1工作面,取值1.2,9 10 1工作面取值1;K为采煤工作面长度调整系数，310 1工作面和9 10 1工作面都取值1.0。经以上计算,Q3101 采=6 5 0 m/min,Q910i=243m/mino2.4按风速进行验算经过不同维度对需风量的计算后，取最大值，即Q310i=650m/min,Q9101=243m/min，随后对该需风量进行验算。验算最小风量式(4):Q60 0.25Lmxh 70%.式中：Lmx为采煤工作面最大控顶距,310 1工作面与9101工作面取4.7 m;h为煤层高度,310 1工作面取Total 215No.10,2023D0I:10.16525/14-1109/tq.2023.10.067文章编号：10 0 4-7 0 5 0(2 0 2 3)10-0 16 0-0 3Q 采=12 5 qK.Q 采=4N.(1)(2)(3)(4)2023年第10 期2.4 m,9101 工作面1.5 m。故 Q310l600.25(4.7 2.4 0.7)=118.5 m/min,Q9101=60 0.25 4.94=74.1 m/min,符合要求。2)验算最大风量式(5):Q604.Lmin h 70%.式中：Lmin为采煤工作面最小控顶距，3个工作面取4.1 m;h取值同上。故 Q310160 4(4.1 2.4 0.7)=1 656 m/min,Q9101604 4.3=1 032m/min,都符合要求。2.5备用工作面3102备用工作面按310 1综采工作面风量的50%配风,计算为32 5 m/min。2.63103运输顺槽掘进及其他碉室需风量计算目前矿井留有一个掘进顺槽,按该工作面的最低风速计算风量式(6)进行配风：Q 掘=0.2 5 6 0 S.式中：Q掘为掘进工作面实际需风量，S为掘进工作面巷道断面积,m,取8.5 m。经计算，Q掘为12 8 m/min。因此按照工作面最大需风量，选用局部通风机型号为FBDNo6.0/215，吸风量为2 2 0 37 0 m/min，满足需要；该掘进工作面需风量为12 8 m/min，配风量为2 2 0 m/min。符合煤矿安全规程规程规定。因此判断该掘进工作面需风量为12 8 m/min，配风量为2 2 0 m/min，满足实际要求。其他碉室包括采取轨道避难碉室、主水泵房、9#煤采区变电所、顺槽联络巷等共计12 处，总需风量达到 1 6 2 0 m/min。2.7总风量矿井总需风量计算式(7):Q矿=(ZQ采+ZQ掘+ZQ其他)K.式中：ZQ采为310 1、9 10 1工作面、310 2 备用工作面实际需要风量之和为，计算得16 2 5 m/min；Z Q 掘为3103运输顺槽掘进工作面,2 2 0 m/min；Z Q 其他为其他用风巷道实际需要风量的总和16 2 0 m/min;K矿通为矿井通风系数,取1.17。经计算全矿井总需风量为4 054 m/min。3主通风机概况及风量分配我矿现使用FBCDZ-No22/2160型抽出对旋轴流式通风机，正常生产时运行主要参数：抽出风量4635m/min(77.25m/s),一级电机功率6 0.3kW,二级电机功率2 2.4kW,电机频率46 Hz,负压110 0 Pa，可以满足全矿井的配风要求。根据主要通风机说明书及性能特性曲线图1,判断目前使用的电机频率是该叶片角度运行的较小频率,调小该叶片角度下的电机频率,风量将会增大。经梁福兵，等：矿井通风系统运行频率的优化应用(5)2.590.625002.5677区2241.32.00015001 0005005060708090100110120130140150160170180图1通风性能曲线图和相关技术鉴定中心及厂家技术人员进行核定后，根据核定结果进行主要通风机电机频率进行调整。按照每旬测风报表的全矿井有效风量率最小值（9 4%）(6)进行主要通风机吸风量计算为：Q主风机回=Q矿/9 4%=4 054:94%=4 313 m/min4风量调整步骤及安全措施4.1 风量调整步骤风量的调整将按照以下步骤进行：1)调整频率前,将井下所有保勤人员撤至主要进风大巷。待井下所有人员撤至进风大巷后，主要通风机司机开始进行频率下调。2)调整时总工程师在调度室统一指挥,机电矿长在主扇风机房进行现场指挥，由主扇司机进行现场操作,对主扇风机的频率进行下调，由5 0 Hz调至42Hz。然后对风扇角度进行调节。主要参考指标为电脑显示的风流量参数，风流量由46 35 m/min调至4 313 m/min。3）当主要通风机风流量风流上调至9 9.6 2 m/s，(7)待风流稳定半小时以上时，井下测风员开始对井下全矿井总风量测定。将测风结果及时汇报调度室及通风科。4)调整后待总风量满足需要时,通风科组织人员对井下所有地点进行一次全面测风，根据以上的风量分配计划，通过井下的通风设施的调整，对井下各地点及巷道进行风量重新分配。5)二号主要通风机调整完毕及井下风量符合要求正常运作48 h后，开始进行切换一号风机进行调整,调整所有工序与二号风机相同。4.2安全措施的制定通风科人员提前检查井下所有通风设施的完好情况，对不完好的设施提前进行加固。在调整风机时，井下瓦斯员要随时检查所负责区域内的瓦斯、二氧化碳的浓度。主要通风机在切换时，主要通风机司机必须带绝缘手套及穿绝缘水鞋。切换时必须将另一台风 161 4.50070754.000803500853.000N93.596.7风量/(m/s)7570152/44550/470山西化工 第43卷机的碟阀关闭严密。相关人员必须严格学习本措施，本措施未提及的严格按煤矿安全规程规定进行作业。5实施效果分析及结论经过对风机进行变频调节后，主通风机相应的辅助设备的磨损程度较之前明显减轻，维护周期缩短，设备运行寿命延长、维护成本降低,具体如下：1)通过变频调速的改造后，电机可实现软启动，电流将降低至额定电流的9 0%,避免了对电网造成的负载，电缆载荷减弱并且减少电机发热量，延缓设备寿命；2)设备低频工况下降产生更低的噪音，有利于现场作业环境的改善；3)根据运行工况设定程序，实现了对主扇风机电Optimization and Application of Operating Frequency of Mine Ventilation System(Shanxi Changzhi Liansheng Shouyangshan Coal Industry Co.,Ltd.,Changzhi Shanxi 046000,China)Abstract:With the continuous promotion of energy conservation and efficiency enhancement in mines,the optimization of mine ventilationsystems is also imperative.The system was optimized by adjusting the fan frequency and blade angle while maintaining the undergroundventilation line and ventilation equipment of Shouyang Mountain unchanged.In the low period of coal production,adjustable andcontrollable ventilation capacity was achieved while ensuring safety and efficiency,improving the utilization rate of air volume.Key words:underground ventilation;fan frequency reduction;air volume optimization(上接第 15 7 页)通风总阻力在方案三的基础上再降低 7 0 Pa左右,该措施对整个矿井通风系统的优化效果较方案三效果不明显。4结论新建矿井的通风系统相对比较简单,开采时间越长，矿井巷道越多，矿井通风系统越复杂。尤其是大型煤矿，其矿井通风系统更为复杂，在如此复杂的矿井通风系统当中寻找影响矿井通风阻力的主要巷道和因素难度非常大。网络解算能够较为方便地对整个矿井通风系统进行分析，寻找优化整个通风网络系统的对策措施，但是这需要通风网络系统的各项数据的准确性较高，前期测量需要耗费较大的人力、物力和时间。另外通风网络系统的绘制以及网络算法的选择也Optimization and Transformation of Ventilation System Based on Network Solution(Shanxi Gaoping Kexing Longma Coal Industry Co.,Ltd.,Gaoping Shanxi 048407,China)Abstract:The ventilation network system of large-scale mines is relatively complex,making it difficult to measure and analyze ventilationresistance.Network calculation can make the simulated mine ventilation system close to reality,making it easy to calculate and analyze.Taking an actual mine as an example,through the measurement of ventilation resistance,it was found that the proportion of resistance inthe return air section exceeded that in the air consumption and inlet sections.Measures such as expanding and repairing tunnel sections,connecting tunnels in series or in parallel,and diverting air flow were developed to achieve ventilation resistance reduction.Networkcalculations and simulations were conducted on the developed measures to achieve the optimal ventilation optimization plan.Key words:network computing;ventilation resistance;ventilation system;route optimization机转速的自动控制,并可以对风扇角度调节；4)采用变频调速系统后，电压源型变频器功率数可达0.9 6,减小了线路的能量损失，地面主通风机分时段变频运行可实现集中式通风矿井通风系统的动态管理，真正意上达到了“按需配风”，提高了风量利用率,对节能增效具有显著的实用价值。1韩超云.煤矿风机变频调速节能设计J.准南职业技术学院学报,2 0 0 8,8(3):2 5-2 7.2袁梅芳.LOGO分时变频控制并下主风机转速及输出风量J.金属矿山,2 0 13(8):138-140.3居伟伟.多风机风压平衡变频技术研究J.金属矿山，2 0 18 5)：148-151.4王剑波，周伟，吴冷峻，等.远程集中控制技术在调节通风系统风压平衡中的应用J.金属矿山，2 0 15（4)：2 8 2-2 8 6.Liang Fubing,Chang Jing十分关键。这些都能够大大提升网络解算的测算精度和准确性。本文通过实测寻找出矿井通风系统存在的问题，制定了四个通风优化方案，通过网络结算发现方案三的优化措施能够有效减低整个矿井的通风总阻力，达到良好的通风减阻节能效果。参考文献1张曼.煤矿通风系统隐患智能监测系统应用分析J.化工中间体,2 0 2 1(13):119-12 0.2刘兴华，撒占友，张伟，等.煤峪口矿矿井通风系统改造网络解算与分析J.煤矿安全，2 0 2 1,45(3)：16 0-16 2.3王长平.基于三维动态通风网络解算的通风系统优化研究J.中州煤炭,2 0 18,40(6)：7 2-7 5.4夏春光.基于网络解算的马脊梁矿通风系统优化改造.能源技术与管理,2 0 2 2,47(4):5 3-5 7.Chen Yongjun参考文献