王中利,周永帥,李瑞昆,張俊嶺,梁 帥
(中礦金業(yè)股份有限公司,山東 招遠 265400)
某金礦通風(fēng)系統(tǒng)當前采用兩翼對角抽出式通風(fēng)系統(tǒng),兩進兩回的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。此金礦采用主豎井-盲主井、1#豎井-1#盲豎井兩路接力進風(fēng)井進風(fēng),新鮮風(fēng)流經(jīng)一級盲井通過各中段主進風(fēng)巷按需分配風(fēng)量,為各生產(chǎn)區(qū)域提供新鮮風(fēng)流并排出有毒有害物質(zhì)[1]。
東翼回風(fēng)井承擔(dān)主要回風(fēng)任務(wù)。其中西翼回風(fēng)主要服務(wù)二十六中段以下深部作業(yè)區(qū)域,沖刷作業(yè)面后污風(fēng)由6#盲豎井二十六、二十八中段兩臺37KW并聯(lián)輔扇風(fēng)機排至二十中段,經(jīng)3#盲豎井回至十四中段,再經(jīng)西風(fēng)井排出地表[2]。
此金礦西翼回風(fēng)系統(tǒng)由于系統(tǒng)通風(fēng)線路長,通風(fēng)阻力過大,而6#盲豎井二十六中段、二十八中段兩臺并聯(lián)37KW輔扇風(fēng)機由于靠近回風(fēng)井筒安裝,一是兩臺風(fēng)機出風(fēng)口在井筒匯合處風(fēng)流出現(xiàn)相互沖擊形成局部阻力,二是風(fēng)機出風(fēng)口風(fēng)流直角拐彎造成局部阻力過大,造成西翼回風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)效率偏低,通風(fēng)能耗增大。
圖1 二十六中段風(fēng)流導(dǎo)向板安裝示意圖和安裝傾角
(1)兩并聯(lián)風(fēng)路風(fēng)流交匯時,產(chǎn)生撞擊損失和渦流損失。一方面6#盲豎井二十六中段、二十八中段兩條回風(fēng)線風(fēng)流均出現(xiàn)直角轉(zhuǎn)彎后進入回風(fēng)井內(nèi);另一方面兩條并聯(lián)回風(fēng)線路巷道匯合時,由于風(fēng)流的速度和方向突然發(fā)生變化,導(dǎo)致兩股風(fēng)流產(chǎn)生劇烈沖擊、撞擊,形成極為紊亂的渦流而造成能量損失和風(fēng)量的減少,產(chǎn)生較大的局部阻力[3]。
(2)風(fēng)機聯(lián)合運轉(zhuǎn)時互相成為阻力,風(fēng)機聯(lián)合運轉(zhuǎn)未發(fā)揮最大效能。兩臺風(fēng)機聯(lián)合運轉(zhuǎn),在實際的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下,兩臺風(fēng)機均未發(fā)揮最佳效能和最佳工況點,即風(fēng)機運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)化為靜壓和動能,造成聯(lián)合運轉(zhuǎn)的兩臺風(fēng)機互相成為阻力,影響風(fēng)機聯(lián)合運轉(zhuǎn)時效能的發(fā)揮[4]。
把連接巷道和井筒兩個不同斷面風(fēng)道的邊緣做成斜線(斜線與巷道底板夾角β)并制作風(fēng)流導(dǎo)向板,利用風(fēng)流導(dǎo)向板改變風(fēng)流方向,盡量避免出現(xiàn)直角轉(zhuǎn)彎,減少風(fēng)流撞擊損失,降低局部阻力。
3.1.1 未作調(diào)整時,巷道匯合局部阻力概算
如圖2所示,則1-3段和2-3段的局部阻力h13、h23分別為:
(1)巷道粗糙度的影響系數(shù)Kα的取值,根據(jù)巷道摩擦阻力系數(shù)α值確定。首先,井巷摩擦阻力系數(shù)α的選取,即α取值在0.00588 ~ 0.000784之間[5]。
圖2 兩種巷道匯合局部阻力概算
(2)巷道粗糙度的影響系數(shù)Kα的取值
巷道粗糙度的影響系數(shù)Kα的取值,根據(jù)巷道摩擦阻力系數(shù)α值來選取,見下表:即Kα取值為1.1~1.25,取Kα=1.25。
則未作調(diào)整前,則對1-3段和2-3段的校正系數(shù)計算:
Q1—6#盲豎井二十六中段回風(fēng)風(fēng)量;Q2—6#盲豎井二十八中段回風(fēng)風(fēng)量;
Q3—6#盲豎井系統(tǒng)總回風(fēng)量;V1—6#盲豎井二十六中段回風(fēng)風(fēng)速;
V2—6#盲豎井二十八中段回風(fēng)風(fēng)速;θ1、θ2—并聯(lián)回風(fēng)巷道與總回風(fēng)巷道中心線夾角。
(3)調(diào)整前,對1-3段和2-3段的局部阻力h13、h23計算:
即調(diào)整前1-3段和2-3段的局部阻力分別為10.75Pa、8.56Pa。
3.1.2 安裝風(fēng)流導(dǎo)向板且調(diào)整風(fēng)機聯(lián)合運轉(zhuǎn)后,巷道匯合局部阻力概算
(2)調(diào)整后,則對1-3段和2-3段的局部阻力h13'、h23'計算:
校正系數(shù):
綜上得,即安裝導(dǎo)向板后,局部阻力下降17.05Pa,另外原有的渦流阻力損失也明顯減少,從而使回風(fēng)量得到有效增加。
通過現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)分析,并結(jié)合兩臺通風(fēng)機的特性曲線,確定通風(fēng)機聯(lián)合運轉(zhuǎn)后的最佳工況點,實現(xiàn)風(fēng)機聯(lián)合運轉(zhuǎn)后,風(fēng)量最大,能耗最低,實現(xiàn)高效、低耗、安全運行[6]。
并聯(lián)輔扇風(fēng)機運行情況實際檢測數(shù)據(jù)。
表1 二十六中段及二十八中段風(fēng)機變頻調(diào)整運行數(shù)據(jù)匯總
通過現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)分析,并結(jié)合兩臺通風(fēng)機的特性曲線,確定通風(fēng)機聯(lián)合運轉(zhuǎn)后的最佳工況點。
圖3 二十六中段、二十八中段并聯(lián)風(fēng)機的等效特性曲線
(1)降低了并聯(lián)輔扇風(fēng)機之間聯(lián)合運轉(zhuǎn)的局部阻力,增大了系統(tǒng)回風(fēng)量。
在回風(fēng)井馬頭門與井筒連接處了安裝斜面導(dǎo)風(fēng)板后,大大減小了風(fēng)流相互沖擊及渦流等局部阻力損失,6#盲井總回風(fēng)量由30m3/s增加到現(xiàn)在的40m3/s,回風(fēng)量增加了10m3/s,深部通風(fēng)得到優(yōu)化和加強[7]。
(2)實現(xiàn)輔扇風(fēng)機最佳工況點運行,確定最佳能效點通風(fēng),減少通風(fēng)能耗。
通過將二十八中段37KW輔扇風(fēng)機變頻調(diào)至45HZ(受用電負荷及額定功率影響,風(fēng)機不能超此負荷),將二十六中段37KW輔扇風(fēng)機變頻由50HZ調(diào)至40HZ,達到了風(fēng)量、能耗最優(yōu)化值,風(fēng)機總電耗由74.65KW下降到現(xiàn)在的49.50KW,節(jié)約25.15KW,年可節(jié)約電量19.92萬度(按年運轉(zhuǎn)330天),按0.75元/度計算,年可節(jié)約成本14.94萬元[8]。
因受現(xiàn)場條件制約和制作工藝影響,理論計算也只是粗略估算。該導(dǎo)風(fēng)板安裝時只安裝成斜面而未形成弧面,因而尚未達到最大化減少阻力的目的,需要在以后進行優(yōu)化改造。隨著礦井開采不斷延深,通風(fēng)阻力逐漸增大,風(fēng)機聯(lián)合運轉(zhuǎn)最佳運轉(zhuǎn)狀態(tài)也會發(fā)生變化,需要不斷檢測,隨時關(guān)注風(fēng)機聯(lián)合運轉(zhuǎn)狀態(tài)下相關(guān)參數(shù)的變化來作調(diào)整。
本次通風(fēng)理論及并聯(lián)輔扇風(fēng)機的聯(lián)合運轉(zhuǎn)降低了并聯(lián)輔扇風(fēng)機之間聯(lián)合運轉(zhuǎn)的局部阻力,增大了系統(tǒng)回風(fēng)量,實現(xiàn)輔扇風(fēng)機最佳工況點運行,確定最佳能效點通風(fēng),減少通風(fēng)能耗。礦山機械通風(fēng)是礦山的發(fā)展方向,風(fēng)機的聯(lián)合運轉(zhuǎn)也提高了總風(fēng)量,為礦山安全生產(chǎn)提供了根本保障。