某矿南回风井主通风机技术改造研究

付 强

（山西汾西矿业集团公司水峪煤矿， 山西 孝义 032306）

某矿南回风井目前装备的2 台风机均投运于1989年，使用年限已达到31年。风机使用时间过长，造成主机叶片及箱体部分严重腐蚀，漏风现象比较严重，导致通风能力下降，为了确保矿井安全生产的通风要求，需对现有风机设备主机部分更换改造。

1 南回风井概况

1.1 南回风井主通风机房设备基本情况

矿井南回风井现装备2 台轴流通风机（一用一备），型号为2K60-NO.24（叶轮直径2.4 m，转速592 r/min），每台风机配套1 台电机，型号为Y450-2-10（6 kV，250 kW，590 r/min）。

主风道分岔后的每条风道目前各设置一道翻板风门，通风机房室内布置。通过滑轮组、绞车电机等组件实现风门的开闭。

1.2 南回风井主通风机房供电系统现状

风机两回6 kV 电源引自35 kV 变电所不同母线段，低压380 V 电源由高压6 kV 母线的柜内变压器提供。配电室内布置GG1A 型高压开关柜10 台（2台进线柜、2 台联络柜、2 台风机控制柜、1 台电容器柜、1 台所变），现有高压配电一次系统。两回380 V低压电源由配电室2 台所用变压器柜供给，为通风机风门、控制及照明等低压380/220 V 负荷提供电源。

1.3 南回风井主通风机房布置现状

风机房与配电室为联合布置见图1。

图1 通风机房布置图（mm）

2 南回风井主通风机改造的必要性

南回风井担负六采区回风任务，目前工作面通风线路最长，属于南回风井服务范围内困难时期，要求风量为100 m3/s，负压1800 Pa。

1）目前装备的2 台风机均投运于1989年，使用年限已达到31年。风机使用时间过长，造成主机叶片及箱体部分严重腐蚀，漏风现象比较严重，导致通风能力下降，为了确保矿井安全生产通风要求，需对现有风机设备主机部分更换改造。

2）根据目前矿井所需风量及负压参数，对现有风机进行校验，无法满足矿井正常的安全生产通风需要，需对南风井风机进行改造。

3）某矿作为2019年《山西汾西矿业集团矿井智能化改造规划》对象之一，为加快矿井智能化升级改造，本次项目改造方案成为目标实现的必要条件。

本次技术改造的主要内容：根据通风参数要求，对风机进行重新选型计算，更换风机主机、增加风门等设备；增加一套不停风倒机系统和在线监控系统。通过本次改造方案提高矿井通风能力，保证矿井安全生产。

3 改造工程总体方案

本次改造总体实施方案最终确定：对现有通风机房主通风设备的主机部分进行拆除更换；配套新选电机尽量利用原电机基础进行更换；改造现有风门，并在现有风门两侧的风道上各增加两道风门；其余通风设施（主风道、扩散塔等）维持不变。新增一套不停风倒机系统和在线监测监控系统。电机基础通过加装底座确保电机轴中心线与风机轴中心线保持同轴一致。

4 南风井主通风机技术改造参数确定

4.1 现有设备验算

通过对现有设备的电机功率、通风机的工况点确定及风量和负压等参数的验算得出：在满足现有矿井风量、负压的前提下：

1）现有风机工况点对应的叶片角度为43°，不能满足GB 50450—2008《煤矿主要通风机站方案规范》3.1.6 条之规定：“叶片安装角度应比设备允许范围小5°”[1]的要求。

2）现有电机的额定功率小于计算功率，不能满足风机正常工作要求。

综上所述，应根据现场实际情况对风机进行重新选型计算。

4.2 设备重新选型计算

为尽量利用现有设施，南回风井风机改造原则上对现有构筑及通风设施不进行变化，本方案风机型式不变，仅根据矿井通风的风量及负压要求，重新选择通风机主机及电机，且主机和配套电机须与原风机主机和电机基础尺寸匹配。

4.2.1 方案依据

南回风井前期担负六采区回风任务，后期担负八采区井下、六采行人巷及九采以外运输通道的回风任务。目前工作面通风线路最长，属于南回风井服务范围内困难时期，具体参数见表1。

表1 通风参数

4.2.2 设备选型计算

4.2.2.1 确定通风机所必需的风量和负压

根据通风机风量计算公式：

负压计算公式：

式中：KL为漏风系数，KL＝1.05；Σh 为通风设备的阻力损失，取250 Pa。则标况下风量和负压为：Qmax=105 m3/s，Hmax=2050 Pa。

根据通风机所需风量及负压，选用2 台GAF 21.1-11.2-1FBGZ 型矿用防爆轴流通风机，2 台通风机-用-备。

4.2.2.2 通风机的工况点确定

矿井通风网络阻力系数：

矿井在困难时期通风网络特性曲线方程：

1）通风网络特性曲线见图2。

图2 通风网络特性曲线

2）通风机的工况点。

Q＝105 m3/s；H＝2049.55 Pa；η＝81%；α＝+3°。

3）电动机功率计算。

式中：K 为电动机富裕系数；取K＝1.3；η1为传动效率，取0.98；N＝345.39 kW。

通风机配套矿用隔爆型电机（6 kV，355 kW，985 r/min），电动机能满足要求。

4）年耗电计算。

通风机年电耗：

式中：ηc为传动效率；ηc＝0.98；ηw为电网效率；ηw＝0.95；ηd为电动机效率；ηd＝0.94。

5）节能指标。

式中：Qt为统计期内通风系统的风量，m3。

通风机能耗指标为0.39 kW·h/（Mm3·Pa）。满足《煤炭工业矿井节能方案规范》（GB 51053—2014）轴流式通风机小于0.43 kW·h/（Mm3·Pa）的规定。

4.2.3 通风机选型结果

通过验算确定选用两台GAF21.1-11.2-1FBGZ型（叶轮直径2.1 m，转速985 r/min）矿用防爆轴流通风机，每台风机配套电机功率355 kW，电压6 kV，转速985 r/min，来满足矿井通风容易及困难时期矿井通风的需要。2 台风机1 台工作，1 台备用。

4.2.4 设备布置方案

根据现场多次勘察，并结合国内风机厂家技术建议，得出：将现有风机主机部分进行拆除，利用已有设备基础通过变径风管将新选风机主机进行替换。新选电机为保证电机轴中心线与风机主轴中心线高度一致，将利用现有电机基础并通过加装过渡底座进行更换安装。

本方案拟新增一套不停风倒机系统，需对现有风门进行改造，改造的范围包括：风机房内的翻板风门改为水平百叶窗测试风门；现有翻板门与电机基础间的风道各增加一道垂直插板主风门；风机房外至主风道分岔处的风道各增加一道垂直百叶窗检修风门，改造示意见图3。为满足矿井安全生产，充分发挥回风井口防爆的功能，拟将现有南回风井井口防爆盖改造为斜开式防爆门。

图3 通风机房改造示意图

5 通风机无人值守系统

为保证矿井安全生产，通风安全，加快建成智能化矿井，本方案新增一套通风机无人值守系统（通风机在线监控系统及不停风倒机）。

5.1 风机在线监控系统

风机在线监控系统，能够完成对通风机及附属设备工作状态进行在线监控、远程控制、故障诊断、报警及网络传输。

监控系统选用高性能的PLC 控制（双PLC 结构），并配备上位机，对通风机起、停进行操作；计算机对通风机各种运行参数和信号的数据采集，储存、分析和判断，自动对风机故障预先报警，确保风机运转更加安全可靠。

风机的监控装置必须采用PLC 冗余系统进行集中控制，若风机PLC 系统发生故障，冗余PLC 系统必须自动投入使用，且保证风机的主体系统及润滑站正常运行，不得造成风机停机或附属设施停运造成风机损坏。同时应配备手动切换装置，手动切换风机采用硬接线控制，防止因PLC 系统故障导致风机不能进行切换。风机的各附属装置均可进行远程和就地操作。

系统中模块均应采用热插拔方式，用户可以在不停机的状态下对系统中的组件进行更换；系统必须有两台共用上位计算机和单台风机的触摸屏，可通过计算机和触摸屏查看风机的中文参数和故障查询。风机的监控系统可与矿综合自动化平台连网，实现信号上传。

通风机的监控系统应满足远距离起动和停止通风机，需要反风时能远距离控制反风的要求。所有的必须的传感器，由风机厂统一配置。

5.2 不停风倒机系统

现有通风系统每台风机仅配置一个入口风门。选用一套不停风倒机系统需沿风道出口新增一道风门作为入口风门，将原有入口风门作为测试风门。测试风门为对空风门；入口风门与风道连接，能够关断与风道的通路。风门均采用百叶窗式风门，配有电动执行机构开关风门，风门叶片材质采用双层不锈钢。

入口风门应配备开启与关闭的到位防爆行程开关。所配备的入口风门应在任何环境条件下运转灵活、可靠，能方便地开启、关闭。并考虑入口风门的防冻、保温措施。

测试风门叶片所用钢板采用双层不锈钢材质，门框采用BS600MC 高强度合金钢材质，保证风门长期受到较大的负压载荷下，如门框和叶片不会出现挠度变形；风门密封用橡胶须选用气密性好、耐热、耐臭氧、耐老化、耐酸碱、耐化学药品、抗疲劳、吸震、电绝缘等性能的中空发泡橡胶，橡胶表面无硬化涂层，风门关闭时应密闭性好，漏风少。风门方案原理应满足在理论条件下无动力自开和自密原理，以加强风门整体密封性。风门能保证在不拆卸门框情况下进行检修，如更换密封条，行走部件等；风门制作强度和刚度能满足长期运行下均不变形和翘曲，紧固件不松动；密封条保证使用时间不小于5年；框架使用时间不小于10年；其余使用时间不小于10年。

6 结语

某矿南风井目前担负六采区回风任务，后期将担负八采区、六采区行人巷及九采区以外的运输轨道回风任务，目前井下通风线路最长，属于南风井服务范围内困难阶段，通过对主通风机的技术改造，将大大改善目前的通风能力，确保了矿井安全生产。