云南省田坝煤矿四号井主通风机的改造方案论证

　　摘要：云南省田坝煤矿四号井是低瓦斯矿井，其主要通风机型号是4-72-11NO16B离心通风机。随着矿井开采的发展，其通风能力已经不能满足生产的需要。如何提高通风能力？本文通过几个方案的论证比较和计算，选择了最优方案。并且按照所选定的方案进行了改造，既达到了提高通风能力的目的，又节约了可观的改造工程费用。

　　关键词：主要通风机   改造   方案论证

　　云南省田坝煤矿四号井在上世纪七十年代建设投产，是低瓦斯矿井，其主要通风机型号是4-72-11NO16B离心通风机，相关技术参数分别是：

　　额定流量  Q=57100～67200 m³/h（实测流量为 64560 m³/h）；

　　额定风压  H=960～910  Pa；

　　额定主轴转速  n＝500  r/min；

　　配套电动机容量；22kW。

　　但是，实际在用电动机型号是JO2-91-6，其技术参数是：

　　额定功率为  55 kW；

　　额定转速为  980 r/min(实测994 r/min)；

　　额定电压为380V；

　　额定电流为103.8A（实测工作电流为57.5A）。

　　另外，三角皮带传动，根数为6根。实测电动机皮带轮直径为432 mm，通风机皮带轮直径为650 mm。

　　随着矿井开采的发展，现有通风能力已经不能满足生产的需要，必须提高通风能力。那么，怎样才能把通风能力提高？具体要求达到84000 m³/h（即1400 m³/min）以上？

　　根据流体力学基本原理：影响通风能力的因素主要有两个方面：一是井巷网路系统的断面及长度，它与通风机否是匹配合理；二是通风机的额定参数选择是否符合实际需要的具体数据。

　　通过对四号井通风系统认真进行实际测量和分析：井巷网路系统不是造成通风能力不足的根本原因，而导致通风能力不足的主要原因是通风机本身的额定参数过小。因此，必须对主要通风机进行改造，从而提高通风能力。

　　如何进行改造提高通风能力？这里有四个改造方案，那么，哪一个方案最优可行？下面逐一进行分析。

　　方案一：只更换电动机皮带轮（增大电动机的皮带轮直径），从而提高通风机的主轴转速来增加通风能力。

　　这里对方案一进行理论计算。

　　根据改造后的风量要求，按84000 m³/h计算；

　　（84000-64560）÷64560=30%

　　也就是说，要求在现在的基础上增加30%的通风能力。

　　1．电动机皮带轮的验算

　　根据传动原理的公式  计算：

　　在更换之前，通风机主轴的转速为：

　　n₂=（432×994）÷650=663 r/min

　　因此，改造前通风机主轴的实际转速与其额定转速的关系是：

　　663÷500=1.3

　　说明改造前通风机主轴的实际转速已经是厂家标定的额定转速的1.3倍。

　　又根据流体力学原理的比例定律  计算：

　　为了在现在的再增加30%的流量，风机主轴转速应增加为：

　　n₁=663×1.3=862 r/min

　　862÷500=1.7

　　说明要增加30% 的流量，通风机主轴转速应增加到额定转速的1.7倍。

　　再根据主动轮和从动轮的传动原理公式  计算：

　　D₃=(650×862)÷994=564 mm  ＞＞  420mm

　　因此，要求电动机皮带轮直径为564 mm，远远大于55 kW电动机允许配置的皮带轮直径420 mm。

　　2.电动机功率验算

　　因为实测电动机电流为57.5 A，计算出更换前电动机的实际功率是30.5 kW。根据比例定律公式 3  计算：

　　30.5×1.33=67 kW ＞ 55 kW，

　　而现在在用电动机的额定功率55 kw，因此，超过额定功率的22%。

　　根据上面的计算说明，增大电动机皮带轮后，一是通风机的转速超过了额定转速；二是电动机功率满足不了。所以，结论是：只更换电动机皮带轮增加通风能力的方案不可行，说明方案一不可行。

　　方案二：把4-72-11NO16B主要通风机更换为4-72-11NO20B型号的主要通风机，达到提高通风能力的目的。

　　虽然它们同属于一个系列（离心式）的通风机，但是，由于把16B型号更换为20B型号，因此，该方案存在下列问题：

　　1.需要对整个通风机房的土建基础进行重新改造和建设；

　　2.需要投入4-72-11NO20B型号的主要通风机；

　　3.需要重新征用土地。如果仍然使用原来的机房位置，那么在整个施工期间将影响井下通风，导致井下不能生产；

　　4.整个工程需要的费用昂贵。

　　由于上述四个方面问题都难于解决，因此结论是：该方案不可行。

　　方案三：把现在的主要通风机更新为对旋轴流式的主要通风机，达到提高通风能力的目的。

　　虽然对旋轴流式通风机的效率较高，技术性能先进，但是，如果进行更换，仍然有下列几方面问题：

　　1.需要对整个通风机房的土建基础进行重新改造建设；

　　2.需要投入BD-II-8-NO系列对旋轴流式的主要通风机及其相关设备；

　　3.需要重新征用土地。否则在施工期间将影响井下通风，导致井下不能生产；

　　4.整个工程需要的费用昂贵。

　　由于上述四个方面问题都难于解决，因此结论是：该方案不可行。

　　方案四：在现在的设备条件下，只更换通风机的主轴和叶轮，同时配套相应的电动机，达到提高通风能力的目的。

　　该方案有几个方面的特点：一是不需要进行机房土建和基础的任何工程；二是不需要大量投入新设备；三是不需要重新征用土地；四是施工期间不会影响井下通风。因此它是较经济的方案，如果该方案技术上可行，那么将是最优方案。

　　下面对方案四的技术数据进行选择和电动机的功率进行计算。

　　根据风量的需要，查《矿山固定设备选型使用手册》，拟选4-72-11NO16B通风机改造后技术参数如下：

　　额定流量：    Q=81100～116900 m³/h=1351～1948 m³/min

　　额定风压：    H=1930～1530 Pa =212～171 mmH₂O

　　额定主轴转速：n＝710  r/min

　　皮带根数：7根

　　根据上述技术参数，进行电动机功率的验算：

　　（1）、最大风量时:Qmax=116900 m³/h , Hmax=1530 Pa，经过换算为：

　　Qmax=32.47 m³/s , Hmax=1530×0.101974+15=171 mmH₂O，

　　根据计算公式    计算如下：

　　此时，电动机容量为：Nd=1.2×63.6=76.4kw

　　（2）、最小风量时:Qmin=81100 m³/h,Hmin=1930  Pa, 经过换算为：Qmax=22.53 m³/s,Hmax=1930×0.101974+15=212 mmH₂O，

　　根据计算公式    计算如下：

　　此时电动机实际容量为：N_d=1.2×54.8=65.8kw

　　所以，确定选择额定功率为75kw、额定转速为950~980 r/min（6极）的低压电动机。

　　根据上述分析和计算，说明该方案在技术上可行。

　　综合起来比较，方案四是最合理的一个方案。为了更加一目了然的比较各方案的优缺点，下面列出了方案比较表（见附表）。

　　附表      方案比较表

　　通过上述四个方案的比较分析后，决定按照方案四实施。具体步骤是：首先向原生产厂家（北京通风机厂）购买了通风机的叶轮和主轴等配件；然后，在不影响正常通风的情况下，在2010年末改造了第一台（备用）通风机，运行正常；最后，在2011年2月份，改造了第二台通风机，运行正常。

　　由于按照方案四实施改造，因此，在整个施工期间，没有影响矿井的正常通风。另外，既达到了提高通风能力的目的，又节约了至少50万元的工程费用。

　　参考文献：《煤矿安全规程》、《煤矿电工手册》、《矿山固定设备选型使用手册》、《矿山流体机械》。