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城郊煤矿东风井主要通风机更换方案及安全技术措施
第一章东风井新主要通风机联网方案及工况确定
第一节东风井新主要通风机联网方案
一、概况
城郊煤矿委托国龙建设集团安装一公司施工,将于2018年4月新风机到货后开始拆除东风井现有主要通风机(湘潭平安电气集团生产的BD-Ⅱ-8-No28型抽出式轴流通风机),更换为南阳防爆集团生产的FBCDZ№30型抽出式轴流通风机。
施工顺序:
先更换A风机,旧风机拆除至新风机安装(包括电控部分)结束,需要28天,新风机试运转需要8天。
新A风机试运转正常后,同样的方法更换B风机,共计需要72天。
二、新A风机不挂网试运行
预计2018年5月上旬,新A风机安装完毕,地面不挂网试运行。
先采用通风机单级试运行方式(即风机的前级和后级)进行,确认风机前后级均无问题后,最后再采用双级整体试运行。
1、首先采用新A风机A-1#电机(前级,靠近风道一侧)、风机叶片角度初始为0°变频试运行,电机运行频率拟定在25Hz为基准点,然后根据风量向上每5Hz为一档调整运行频率,直到50Hz工频为止。
同理,对新A风机A-2#电机(后级,靠近扩散塔侧)进行试运行。
2、当新A风机两级电机均试运行确认无问题后,将双级均投入进行整体测试。
风机叶片角度在0°,电机运行频率以25Hz为基准点,逐步向上每5Hz为一档进行调节,直到满足矿井所需模拟风量。
3、当新A风机A-1#电机(前级)运行在0°,运行频率在25~45Hz时,则表明单电机满足矿井通风需求,即按此工况挂网运行;若在此期间不能满足矿井所需风量,改为+3°进行工况调试。
最终确定风机叶片运行角度和运行频率。
4、在新A风机测试时,利用风道检修门开度(观察孔开度用180mm宽δ18mm钢板来调节)来调节风机的进风量和风阻,每次观察孔关度为180mm(观察孔初始为全部开启状态),直到观察孔完全关闭。
5、在风机试运行过程中,新A风机需根据井下实测风量来回切换运行、调节风叶角度和调节运行频率等工作,直到井下风量满足通风需要且风机运行频率在25Hz~45Hz之间时,风机最终确定为最佳运行状态。
三、风机挂网试运行
在新A风机空载试运行成功后,进行新A风机挂网试运行。
挂网试运行期间,应密切观察风机的电流、电压、负压、电机轴承温度、绕组温度等参数的变化情况,如有异常,应立即向矿调度室汇报,按应急措施进行处理。
第二节东风井新主要通风机工况确定
一、东风井系统风量计算
(一)采煤工作面风量计算(以2518工作面为例)
1、按照瓦斯涌出量计算:
Q采=180×q采×KCH4
其中:
Q采——采煤工作面需风量,m3/min
q采——回采工作面瓦斯的平均绝对涌出量,根据城郊煤矿2018年瓦斯等级鉴定结果取0.80m3/min;
KCH4——采面瓦斯涌出不均衡通风系数,即该工作面瓦斯绝对涌出量的最大值与平均值之比,取1.6。
代入数据得:
Q采=180×0.80×1.6=188(m3/min)
2、按工作面气象条件计算
Q采=Q基本×K采高×K采面长×K温
其中Q采——采煤工作面需风量,m3/min;
Q基本——不同采煤方式工作面所需的基本风量,m3/min;
Q基本=60×工作控顶距×工作面实际采高×70%×适宜风速(不小于1.0m/s);
K采高——回采工作面采高调整系数,取1.1;
K采面长——回采工作面长度调整系数,取1.3;
K温——回采工作面温度与对应风速调整系数,取1.25;
代入数据得:
Q基本=60×4.188×2.41×70%×1.0=418m3/min
Q采=418×1.1×1.3×1.25=744(m3/min)
3、按回采工作面最多同时作业人数计算
Q采=4×N
其中:
Q采——采煤工作面需风量,m3/min;
N——工作面最多人员,取47人(班内最多出勤43人,交接班与流动人员,共计4人);
代入数据得:
Q采=4×47=188(m3/min)
4、按炸药量计算
Q采=25×A
其中Q采——采煤工作面需风量,m3/min;
A——一次爆破炸药最大用量,取20kg,;
代入数据得:
Q采=25×20=500m3/min
5、按风速进行验算
60×0.25×S 其中Q采——采煤工作面需风量,m3/min; S——工作面平均断面积,经测量计算得7.58m2; 代入数据得: 60×0.25×7.58 即188m3/min 6、工作面风速验算 (1)最大控顶距下的最小风速: Vmin=Q/Smax 式中: Smax——工作面最大有效通风断面,经测量计算得9.50m2(4.188× 3.3×0.7≈9.50,0.7为有效断面系数)。 代入数据得: Vmin=(744÷60)÷9.50≈1.3(m/s)>0.25m/s (2)最小控顶距下的最大风速: Vmax=Q/Smin 式中: Smin——工作面最小有效通风断面,经测量计算得5.66m2(3.518× 2.3×0.7≈5.66,0.7为有效断面系数)。 代入数据得: Vmax=(744÷60)÷5.66≈2.19(m/s)<4m/s 根据计算结果,工作面最大风速和最小风速都满足要求,并最终确定工作面的配风量为744m3/min。 2918工作面轨道顺槽及胶带顺槽掘进期间瓦斯涌出量相对较大,因此2918工作面计划配风量为1800m3/min。 (二)备采工作面需风量 备采工作面应满足按瓦斯、二氧化碳、气温等规定计算的风量,且最少不得低于采煤工作面实际需要风量的50%。 备采工作面按采煤工作面实际需要风量的0.5倍来进行计算。 Q备≥Q采/2=0.5×744=372m3/min。 根据城郊煤矿“一通三防”管理制度要求,备采工作面配风量取400m3/min。 (三)煤巷综掘工作面需要风量计算(以2918胶带顺槽为例) 1、按实际送风长度确定漏风率: P漏=1÷{1-(L/180)c} =1÷{1-(1839÷180)×1.0%} =1.225 其中: 按实际送风长度(1893m)确定漏风率,百米漏风率取1.0%。 P漏--漏风率 L--最长供风距离 c--百米漏风率,取1.0% 2、按瓦斯涌出量计算 Q掘=180k掘通q掘=180×2×1.184=227m3/min 式中: Q--掘进风量,m3/min k--瓦斯涌出不均衡风量系数,一般取1.5~2(2918胶带顺槽瓦斯异常,k取2) q--绝对瓦斯涌出量,取1.184m3/min(4月1日至8日城郊煤矿安全监控日报表中2918胶带顺槽瓦斯涌出记录最大值计算) 3、按炸药量计算掘进工作面实际需要的风量: Q掘=0.465×(A×b×S2×L2÷P漏2÷C碳)1/3÷t=0.465×(18.695×0.1×18.182×3188÷1.2252÷0.18%)1/3÷25=65m3/min 其中: Q掘--掘进工作面所需风量,m3/min A--次爆破炸药最大用量,18.695kg b--1kg炸药产生的CO当量,煤巷爆破取0.1m3/kg S--巷道断面积,18.18m2 L--巷道通风长度,300m P漏--漏风系数,1.225 C碳--巷道内CO浓度的允许值,C碳=0.18% 4、按工作面同时工作的最多人数计算: Q掘=4N=4×21=84m3/min 其中: Q掘—掘进工作面所需风量,m3/min N—工作面最多同时作业人数,21人 5、按风速验算 (1)最低风速验算: Q掘>18×S=18×18.18=182m3/min (2)最高风速验算: Q掘<240×S=240×18.18=2418m3/min 其中: Q掘—掘进工作面所需风量,m3/min S--掘进巷道平均断面积,取18.18m² 6、由工作面实际用风量来确定风机的实际工作风量: 根据计算取最大值,工作面所需风量(迎头)为227m3/min,局部通风机的工作风量: Q局=P漏×Q掘=1.225×227m3/min=278m3/min 其中: Q局—局部通风机工作风量,m3/min P漏—漏风系数为1.225 Q掘—掘进工作面所需风量 选择FBD№5.6/2×22kW型局部通风机,功率为2×22kW,风量为490~290m3/min,风筒选择Φ600mm胶质抗静电、阻燃风筒,能够满足要求。 7、按局部通风机实际吸风量计算: Q掘煤=Q扇吸×I掘+60×0.25×S=350×1+60×0.25×18.8=518m3/min 其中: Q掘煤--煤巷掘进工作面所需风量,m3/min Q扇吸--局部通风机实际吸入风量,350m3/min I掘--掘进工作面同时通风的局部通风机台数,1台 S--安设局部通风机的巷道断面积,18.8m2 根据以上计算取最大值,2918胶带顺槽所需风量为518m3/min。 (四)岩巷炮掘工作面需要风量计算(以-800m水平东翼轨道大巷为例) 1、漏风系数 P漏=1÷{1-(L÷180)P180} =1÷[1-(1800÷180)×0.18] =1.18 其中: P漏—漏风系数。 P180—百米风筒漏风率,取0.18; L—掘进巷道实际送风长度,取1800m; 2、按瓦斯涌出量计算 Q掘=180×q掘×K掘通 =180×0.25×2.5 =63 其中: Q掘—掘进工作面所需风量,m3/min; q掘—掘进工作面回风流中瓦斯的平均绝对涌出量,根据2018年度瓦斯等级鉴定结果,取0.25m3/min; K掘通—瓦斯涌出不均衡通风系数,取2.5; 3、按掘进工作面最多同时作业人数计算 Q掘=4×N=4×18=68m3/min 其中: Q掘—掘进工作面所需风量,m3/min; N—工作面最多同时作业人数,18人。 4、按炸药量计算(使用水胶炸药) Q掘=0.465×(A×b×S2×L2÷P漏2÷C碳)1/3÷t =0.465×(30.69×0.18×18.918×18188÷1.182÷0.0188)1/3÷25 =186m3/min 其中: Q掘—掘进工作面所需风量,m3/min; A—一次爆破炸药最大用量,30.69kg; b—1kg炸药产生的CO当量,岩巷爆破取40L/kg(0.18m³/㎏); S—巷道断面积,18.91m2; L—巷道通风长度,1800m; P漏—漏风系数,风筒始、末端风量之比,取1.18; C碳—巷道内CO浓度的允许值,C碳=0.18%; t—爆破后稀释炮烟的通风时间,取25min。 5、按风速进行验算 (1)岩巷掘进最低风量 Q岩掘>60×0.18×S=9×18.91=99m3/min (2)岩巷掘进最高风量 Q岩掘<60×4×S==240×18.91=2619m3/min 其中: Q岩掘—岩巷掘进工作面所需风量,m3/min S—掘进巷道的平均断面积,18.91m2 6、风机选型 根据计算取最大值,岩巷掘进工作面所需风量(迎头)为186m3/min,局部通风机的工作风量: Q局=P漏×Q掘=1.18×186=186m3/min 其中: Q局—局部通风机工作风量,m3/min P漏—漏风系数为1.18; Q掘—掘进工作面所需风量(迎头)。 按风机工作风量计算值选择风机,根据以上计算,选用2BKJNo5.6/2×18型隔爆对旋式通风机,功率为2×18kW,其吸风量为200~380m3/min。 7、按局部通风机实际吸风量计算 Q掘岩=Q扇吸×I掘+60×0.18×S =300×1+60×0.18×18.2=428m3/min 其中: Q掘岩——岩巷掘进工作面所需风量,m3/min; Q扇吸——局部通风机实际吸入风量,取300m3/min; I掘——掘进工作面同时通风的局部通风机台数,取1; S——安设局部通风机的巷道断面积,18.2m2。 根据以上计算取最大值,-800m水平东翼轨道大巷所需风量为428m3/min。 (五)机电设备硐室需要风量计算 井下硐室需要风量,按矿井各个独立通风硐室实际需要风量的总和来计算: ∑Q硐=Q硐1+Q硐2+……+Q硐n(m3/min) 式中∑Q硐——所有独立通风硐室需要风量,m3/min; Q硐1、Q硐2、Q硐3、…Q硐n——不同独立通风硐室需要风量,m3/min。 (1)井下爆炸材料库需风量计算 井下爆炸材料库配风必须保证每小时4次换气量: Q库=4V/60 =4×1800÷60 =80(m3/min) 式中Q库——井下爆炸材料库需要风量,m3/min; V——井下爆炸材料库的体积,1800m3。 (2)井下变电所、绞车房需要风量计算 变电所、绞车房应根据硐室内设备的降温要求进行配风。 选取硐室风量,须保证机电硐室温度不超过30℃。 Qb=60~80m3/min 取Qb=80m3/min (3)泵房风量计算 -800m水平东翼泵房7台718kW的水泵,因水量较小,每天只开一台泵,且开泵时间只有3~4小时。 =188(m3/min) 式中Q机——机电硐室需要风量,m3/min; ∑W——机电硐室中运转电机总功率,kW; θ——机电硐室发热系数,泵房取0.18~0.18,取θ=0.18; ρ——空气密度,一般取1.2kg/m3; Cp——空气的定压比热,一般取1.0188kJ/kg·K; Δt——机电硐室进、回风流温度差,取6℃。 十一采区泵房需要风量按-800m水平东翼泵房配风,取188m3/min 东南翼泵房安装7台1850kW的水泵,因水量较小,每天只开一台泵,且开泵时间只有3~4小时。 =218(m3/min) (4)电机车充电硐室风量一般取180~200m3/min,取Qc=180m3/min能够满足氢气不超过0.5%的需要。 (5)东翼一部胶带机头硐室断面较大,煤仓内有瓦斯涌出,根据稀释瓦斯及降温需要,取180m3/min。 (六)井下其它通风行人巷道需要风量计算 井下其它通风行人巷道需要风量,按满足巷道最低风速(0.18m/s)来计算: Q它=0.18×60×S它 =90(m3/min) 式中S它——其他通风行人巷道断面积,按巷道宽度3.6m的直墙半圆拱断面计算,S它=18m2。 二、目前矿井东风井系统运行状况 (一)东翼采掘布置情况 目前东风井担负东翼及南翼各采掘工作面及硐室的供风任务,1个采煤工作面,1个准备工作面,3个煤巷掘进工作面,4个岩巷开拓工作面,机电设备硐室18个(-800m水平东翼泵房、-800m水平东翼暗斜井中部变电所、-800m水平东翼充电硐室、三采区绞车房、东南翼泵房、东南翼变电所、东翼1#变电所、东翼充电硐室、东翼火药库、中央变电所、东翼一部胶带机头硐室、东翼一部胶带机尾硐室、南翼1#变电所),其它通风行人巷道18个。 东风井系统目前需要风量: Q1=(ΣQ采+ΣQ备+ΣQ掘+ΣQ硐+ΣQ它)×K通 =(744+400+518×3+428×4+1826+90×18)×1.2 =8337.6m3/min(188.96m3/s) 目前需要风量8337.6m3/min。 (二)东风井主要通风机工况及矿井东风井系统风阻计算 目前东风井A、B主要通风机均采用工频运行,扇叶角度为-5°。 根据2018年1月24日实测数据显示,东风井A风机运行时,风硐内外压差为2950Pa,风机进风口风量为8418m3/min,能够满足供风需要。 东风井系统风阻: R=h实/Q实2=2950/(8418/60)2=0.1800(ns2/m8) 等积孔 ≈3.18(m2) 三、东风井新风机工况确定 (一)近期东翼采掘布置及需要风量计算 东风井新风机投入运转后,仍将担负东翼及南翼各采掘工作面及硐室的供风任务,近期采掘布置情况如下: 1个采煤工作面(2918),1个备采工作面(2518),4个煤巷掘进工作面(2518切眼联巷、2718胶带顺槽、2718轨道顺槽、2918胶带顺槽),4个岩巷开拓工作面(-800m水平东翼轨道巷及反掘工作面、-800m水平南翼轨道巷、南翼行人暗斜井),机电设备硐室18个(-800m水平东翼泵房、-800m水平东翼暗斜井中部变电所、-800m水平东翼充电硐室、三采区绞车房、东南翼泵房、东南翼变电所、东翼1#变电所、东翼充电硐室、东翼火药库、中央变电所、东翼一部胶带机头硐室、东翼一部胶带机尾硐室、南翼1#变电所),其它通风行人巷道18个。 近期东风井系统需要风量: Q2=(ΣQ采+ΣQ备+ΣQ掘+ΣQ硐+ΣQ它)×K通 =(1800+400+518×4+428×4+1826+90×18)×1.2 =9247.2m3/min(184.18m3/s) 近期东风井系统需要风量9247.2m3/min。 (二)东风井新风机工况确定 1、东风井系统通风阻力(根据目前东风井系统风阻)计算: h=R*Q22=0.1800*184.182=3563Pa 2、东风井风机排风量计算: Q排=1.18Q2=1.18*9247.2=9718.56(m3/min)=181.83m3/s。 3、东风井主要通风机排风量181.83m3/s,东风井系统通风阻力3563Pa,根据东风井新风机性能曲线,确定新风机工况点: 扇叶角度为0°(对旋工频运行)。 第三节东风井主要通风机更换方案 一、概述 主要工程有原风机砖混扩散塔拆除、风机拆除、风机电控系统拆除、风机监控系统拆除,原风机基础破除;新风机基础开挖打设、轨道铺设、风机安装、变频柜及高压进线柜安装、监控系统安装、整个系统调试运行等。 二、设备布置方案 由图所示: 风机位置不动(基础需重做),砖混扩散塔拆除,原变频系统对面安装A风机电源及控制柜,原变频系统位置拆除后安装B风机电源及控制柜,原A风机工频高压柜位置拆除后安装操作台及在线监测监控系统,原B风机工频高压柜拆除,原低压系统设备位置不变,原风机操作台及在线监控系统拆除后该房间做配件室使用。 三、总体施工方案 依据上述风机设备布置方案,采用逐台风机及电控更换原则,首先对A风机(西侧)及电控进行改造,再对B风机(东侧)及电控进行改造。 制定了两种施工方案,如下: 方案一是在A风机及其电控安装期间,保留A、B风机原有的两套高压工频启动系统及变频系统正常运行,待A风机安装完毕并调试合格后再拆除原电控系统;方案二是在拆除A风机的同时拆除A风机的工频电控,并安装A风机变频系统和风机在线监控系统,待风机安装完毕后,风机、监控、变频系统联机调试正常后,再拆除另外一台风机。 1方案一施工步骤: 1.1改造前对东风变电所及风机房高压柜、变频启动装置等进行全面检修检查,并联系协调供电处架空线路巡线等配合作业; 1.2在现有变频室内预留位置上,新开挖电缆沟等准备工作; 1.3从东风井变电所6218#(原煤化工电源柜)开关引出一根临时电源到变频机房; 1.4在预留位置新安装调试一套A风机变频系统,其中风机负荷线、监控线等重新敷设(原A风机负荷线在风机拆除时两端一并拆除); 1.5在风机到货前18日内拆除A/B风机砖混扩散塔,并在风机出风口安装不低于2m防护网。 同时在风机房西侧中间两根立柱之间开出4*4.5m(高*宽)的孔洞,作为设备运输进出口; 1.6风机到货后先拆除原A风机,将其拆卸的部件通过行吊移至设备进出口,再用吊车配合运出风机房; 1.7原A风机部件全部运出风机房后,将破碎机通过设备进出口开入风机房内,破除原A风机混凝土基础,拆除西半部轨道; 1.8开挖风机负荷线电缆沟,将破除的渣土清理干净后,按照设计图纸重新施工A风机的混凝土基础和轨道; 1.9将新A风机用吊车运至风机房设备扩散塔进出口,再借助行吊进行安装,新A风机安装完毕后,利用新装变频系统对新风机进行联机调试(新装A风机的温度等监测暂由原高压柜的温度巡检仪承担,直至新监控系统投入运行); 1.18待A风机及其电控全部调试正常后,拆除临时电源,将原A风机高压柜电源改至新变频系统,并调试工频正反转; 1.18新安装A风机及变频电控系统部分带载运行48小时后无异常后,挂网试运行18天; 1.18试运行正常后,再进行原风机高压启动柜及原有变频系统的拆除作业; 1.18待原变频系统拆除完毕后,在原变频柜基础上新安装调试一套B风机变频系统,其中风机负荷线、监控线等重新敷设; 1.18待A风机高压柜拆除完毕后,在A风机高压柜基础上安装新监控系统; 1.18拆除原B风机高压柜电源接在新安装变频系统上,为变频柜等调试提供电源; 1.18在风机房东侧中间两根立柱之间开出4*4.5m(高*宽)的孔洞,作为设备运输进出口; 1.18将原B风机拆卸的部件通过行吊移至设备进出口,再用吊车配合运出风机房; 1.18原B风机部件全部运出风机房后,将破碎机通过设备进出口开入风机房内,破除原B风机混凝土基础,拆除东半部轨道,将破除的渣土清理干净后,按照设计图纸重新施工B风机的混凝土基础和轨道; 1.19将新B风机用吊车运至风机房设备扩散塔进出口,再借助行吊进行安装,待新B风机安装完毕后,利用新装变频系统、新装监控系统对新风机进行联机调试; 1.20新安装B风机、监控及变频电控系统部分带载运行48小时后无异常后,挂网试运行18天; 1.21待B风机试运行正常后,将B风机切换到就地工作状态挂网运行,使用新监控系统调试新安装的A风机及变频系统; 1.22调试完毕后,新监控系统与A风机及变频系统挂网试运行18天; 1.23监控系统全部安装并调试正常后,拆除原风机的监控系统。 2方案二施工步骤: 2.1改造前对东风变电所及风机房高压柜、变频启动装置等进行全面检修检查,并联系协调供电处架空线路巡线等配合作业; 2.2在现有变频室内预留位置上,新开挖电缆沟等准备工作; 2.3在A风机拆除前,将变频柜高压电源倒换到B风机工频柜母线上,同时拆除A、B高压工频启动柜间的联络电缆; 2.4在风机到货前18日内拆除A/B风机砖混扩散塔,并在风机出风口安装不低于2m防护网。 同时在风机房西侧中间两根立柱之间开出4*4.5m(高*宽)的孔洞,作为设备运输进出口; 2.5风机到货后先拆除原A风机,将其拆卸的部件通过行吊移至设备进出口,再用吊车配合运出风机房; 2.6在A风机拆除期间,拆除A风机工频启动柜、联络柜,拆除变频柜至A风机及A风机高压柜间的负荷线(只包头,不收线); 2.7拆除完毕后,在A风机高压柜位置上安装新风机监控系统; 2.8在变频室预留位置新安装调试一套A风机变频系统,其中风机负荷线、监控线等重新敷设,原A风机电源线改至变频室新装高压柜上; 2.9原A风机部件全部运出风机房后,将破碎机通过设备进出口开入风机房内,破除原A风机混凝土基础,拆除西半部轨道; 2.18开挖风机负荷线电缆沟,将破除的渣土清理干净后,按照设计图纸重新施工A风机的混凝土基础和轨道; 2.18将新A风机用吊车运至风机房设备扩散塔进出口,再借助行吊进行安装,待新A风机安装完毕后,利用新装变频系统、监控系统等对新风机进行联机调试18日; 2.18待A风机全部正常后再进行B风机及配套高压柜、原有变频系统的拆除作业; 2.18在风机房东侧中间两根立柱之间开出4*4.5m(高*宽)的孔洞,作为设备运输进出口; 2.18将原B风机拆卸的部件通过行吊移至设备进出口,再用吊车配合运出风机房; 2.18原B风机部件全部运出风机房后,将破碎机通过设备进出口开入风机房内,破除原B风机混凝土基础,拆除东半部轨道
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