技术创新

特约撰稿人：山东能源临矿集团王楼煤矿吕凤新

安全是永恒的主题， 更是人类社会文明的标志，主通风系统是矿山企业的重中之重，而矿井通风系统的优劣不仅制约着矿井的生产能力，也直接影响着矿井的经济效益；通过改造矿井通风系统，不仅可以增加矿井的总进风量，提高矿井的生产能力，解决矿井高温湿热问题，而且能降低电耗，提高经济效益。我矿结合矿井生产发展实际，拟定方案，对矿井通风系统进行了改造优化。本文系统介绍了王楼煤矿通风系统改造的必要性，该矿注重新技术的开发应用，选用新型高效的节能风机，采用变频控制技术，达到通风系统节能降耗的目的， 满足矿井安全生产的需要。

增大矿井风量迫在眉睫

王楼煤矿位于山东省济宁市以南，距济宁市25km。矿井于2004年9月3日开工建设， 2007年7月1日建成投产。设计生产能力0.90Mt/a，2013年核定生产能力1.30Mt/a， 矿井现采用中央并列抽出式通风，副井进风，主井回风。主通风机房安装2台BDK618Ⅱ-8-№28对旋式轴流通风机，一台运转，一台备用，配备电机功率2×450kW，转速740r/min。矿井主要通风机系南阳防爆集团股份有限公司生产，2006年1月出厂，额定流量为14280 m3/min，风压力为4850Pa。2015年7月实测，总进风量为8828 m3/min，总回风量为9364 m3/min，总排风量为10284 m3/min，有效风量为8261 m3/min，有效风量率为93.57%，外部漏风率为8.94%，负压3150pa，矿井等积孔为3.63m2。

矿井主要通风机于2006年1月安装运行，已经正常运行近10年。随着矿井开采的延伸，开采水平已达-1150米，其煤岩体温度分别为41.6℃、44.9℃，采区进风流温度已达30多度，高温湿热灾害已严重影响到矿井的正常生产，且通风线路已达13320米，矿井通风阻力越来越大，现有主要通风机的通风能力已不能满足矿井安全生产需求，根据矿井采场接续情况，目前矿井需风量为9636 m3/min，中长期规划（5～10年）矿井需风量为10098m3/min，现有主要通风机风量远远不能满足要求。

矿井为二级热害矿井，采掘工作面的风流温度达30℃～32℃，矿井高温湿热已严重影响到矿井的安全、效益、采掘工作面的生产效率及井下员工的身心健康。据统计，在矿井6～9月份高温季节，掘进工作面效率降低约50%，回采工作面效率降低约1/3。手、脚、肌体腐烂、中暑现象时有发生，员工出勤率难以保障。增大矿井风量迫在眉睫。

因此，需要对主要通风机进行技术升级改造。通风降温是矿井解决高温热害的主要方法之一，增大矿井采掘工作面的风量，可改善工作环境，有效降低工作面的温度，为职工提供较为舒适的环境，提高全矿井风量和员工的积极性，提高工作效率，确保安全生产，为矿井稳产增效、减亏增盈、节支增收打下坚实的基础。

风机改造势在必行

王楼煤矿原风机采用对旋风机，风机型号为BDK618 II-8-No28，风机转速为740rpm， 风机配置两台，一用一备，风机采用变频调节。

对旋风机的结构如下图，其结构设计比较简单，流道设计不合理，从而对风机性能影响也很大，因此，对旋风机的效率比较低。长期以来，关于对旋装置风机效率的说法不一，效率相差50%左右，分歧极大（图1）。

为了摸清对旋风机的效率，特地进行了风机的性能测试，测试的结果如下：测试结果表明，风机的效率只有62.7%，比较低。测试的工况点见曲线图，测试时风机的转速已经是最高转速740r/min（表1）。

从上图可以看出，该风机的理论效率应该在85%左右，但实际测试结果表明该风机的效率只有62.7%，相差约22%。通过其它现场的对旋风机的性能测试，结果表明实测效率平均低于理论效率26%左右，见下图，王楼现场的测试结果与其他现场的测试结果基本一致。

因此，对旋风机的实际效率非常低，风机的节能改造空间很大。

另外，目前的对旋风机已经满足不了井下通风的需要，原因是随着井下巷道的延伸，系统阻力增加，风机的流量减少，就使用的对旋风机而言，井下风量的不足实质上是由于风阻的增加造成的，而风机的出力已经是最大，所以目前的风机已经满足不了井下通风的需求，风机改造势在必行。

风机改造方案论证

经过技术论证，风机的改造采用整机更换的方案，改造后可带来双重效果：一是高效节能，二是提高风机的出力。

经过调研，决定采用高效率的AN轴流风机替代现有的对旋风机，与对旋风机相比，AN轴流风机的效率高，而且高效区范围宽，具有很好的节能效果，是煤矿主抽风机的最佳产品。下图2中，红色为对旋风机的性能曲线，黑色的是AN轴流风机的性能曲线，通过比较可以明显看出轴流风机的高效区范围比对旋风机大很多。

根据王楼矿井下通风的需求，新风机的参数如下：

容易期：风量Q1=183.3m2/s，负压P1=3900Pa；

困难期：风量Q2=200 m2/s， 负压P2=4700Pa。

通过技术方案的比较，选用豪顿公司的AN系列矿用轴流风机，该系列矿井通风机是豪顿公司的最新产品，代表了目前世界通风设备先进技术；采用反转返风，返风量较大，返风时间较短；风机性能按国际最高标准考核，无负偏差，曲线准确性高；结构设计合理，全压效率较高，制造质量好，维护量小；能在现场方便地更换叶片，对叶轮进行大中修，能确保备用风机的安全性；该厂制造的轴流通风机应用情况良好，设备可靠性高，其设在国内的制造厂有制造大型通风机的丰富经验。

该风机的叶片可以停机调节，采用叶片粗调，转速细调的方式使风机在容易期和困难期的效率都在高效区运行，从而达到节能的目的。

新风机的型号为AN2660/1600，电机功率为1400kW。风机的性能曲线如下图3所示：

容易期：风机转速900rpm

图３

通过上图可以看出，对于困难期和容易期，叶片角度都是60度， 通过改变风机的转速，使困难期和容易期的风机效率均在85%以上。

风机技改效果明显

风机的改造采用整机更换模式，逐台更换。先把备用的对旋风机停机拆除，根据新风机的要求修改基础，待基础固化后，安装新的风机。豪顿的风机采用模块化设计，现场安装非常方便，整个施工、调试在一个月内完成。

在2016年初已经完成改造了一台风机，风机运行非常好，风机振动很小，振动值在0.5mm/s，目前该风机已经正式投入运行，风机更换后，井下风量由140m3/s 提高到了180m3/s，而且风量稳定，大大改善了井下的通风条件，为煤矿的安全生产提供了保障。

改造后的风机还进行了性能测试，测试结果如下表2：

测试时风机转速为990r/min（由于变频器故障，无法调频改变转速），测试结果表明风机效率为83%，比原来对旋风机的62.7%大大提高，达到了节能的预期效果。测试工况点如下图4：

根据目前的井下阻力，风机还有一定的节能空间，可以通过调节频率达到节能的目的，如前面的性能曲线所述，如果调节频率到900r/min， 风机的效率会由83%提高到87%左右。

从测试的结果看，豪顿AN矿用轴流风机的实际效率达到了设计值，根据第三方的测试数据，豪顿风机的实际效率与理论效率基本一致，这就说明豪顿AN风机的实际节能效果很好。

节能情况分析

新风机的轴功率为930.6kW，按照对旋风机62.7% 的效率，如果达到同样的风压、风量，对旋风机的轴功率应该为930.6X83%/62.7%=1232kW。

如果按每年运行8000小时，每度电0.487元计算，每年的节能费用为：

(1232-930.6)X8000X0.487= 117.4万元

可以看出，豪顿矿用AN风机效率比对旋风机高很多，节能效果非常明显。

王楼煤矿对旋风机的改造，目前看来是非常成功的，通过采用豪顿AN风机替代对旋风机，达到了以下目的：

1.豪顿AN矿用风机效率高，对比对旋风机，节能效果非常明显，在两年内就可以收回初投资，在国家节能减排的大背景下，对旋风机的节能改造很有意义。

2.改造后的风机性能提高，解决了井下风量不足的问题，为煤矿的安全生产提供了保证。