长村煤矿风井主通风机造项目可行性研究报告.docx
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长村煤矿风井主通风机造项目可行性研究报告
长村煤矿风井主通风机造项目可行性
研究报告
1项目概况3
1.1矿井通风系统概况3
1.2矿井通风系统参数预测3
1.3现有西坡风井主通风机设备5
1.4西坡风井主通风机改造的必要性5
1.5设计依据6
1.6设计指导原则6
1.7设计范围6
2机械设备改造7
2.1设计依据7
2.2选型计算7
2.3风机选型7
2.4改造方案比较10
2.5结论11
2.6问题及建议12
3配电及控制14
3.1供电现状14
3.2供电方案14
3.3配电15
3.4电气传动15
4土建工程19
5投资概算20
5.1投资范围20
5.2编制依据及采用指标20
5.3投资概算21
5.4资金来源21
附图1：
AGF606-3.60-1.68-2风机运行曲线
附图2：
方案布置图
附图3：
改造示意图
附件1：
项目概算书
1项目概况
1.1矿井通风系统概况
XX股份公司XX矿井位于XX省XX县境内，设计生产能力6.0Mt/a，于1995年建成投产，是我国利用世行贷款建设的第一座现代化特大型矿井，去年核定生产能力7.0Mt/a。
XX矿井目前通风系统采用分区式通风，其中中央风井主扇风机担负+520水平南一、南二、北一、北二及北三采区开拓的供风任务，在+470水平开始开拓时，其掘进及巷道用风亦由中央风井主扇担负；西坡风井主扇风机担负+520水平南三、南四、南五及南六采区供风任务。
1.2矿井通风系统参数预测
1）、通风困难时期
根据XX煤矿生产衔接规划，2011年S6-2工作面回采时为今后西坡主扇服务上水平生产期间的通风困难时期，此时西坡主扇担负区域生产用风地点及配风量（根据矿井瓦斯赋存情况及实际生产中的经验配风确定）如下：
类型
地点
配风量（m3/min）
S3采区
S3-9回采工作面
2650
S3采区机头变电所
120
S3采区1#变电所
120
S3采区2#变电所
120
巷道用风
470
S5采区
S5-7回采工作面
3570
S5-1备用工作面
1785
S5采区1#变电所
120
S5采区2#变电所
130
巷道用风
620
S6采区
S6-2回采工作面
3828
S6-6备用工作面
1914
S6-7皮带顺槽掘进
600
S6-7轨道顺槽掘进
600
S6-7瓦排巷掘进
600
S6猴车巷掘进
600
S翼5#皮带机尾变电所
120
S6采区1#变电所
120
S6采区2#变电所
120
S6采区皮带机尾变电所
120
单轨吊充电硐室
240
巷道用风
600
内部漏风
1357
合计风量
20524
其它
内部漏风
随主扇负压变化
外部漏风
对此阶段的通风系统进行模拟解算，当达到各用风点配风要求时预测西风井主扇工况：
负压4360Pa，排风量23584m3/min。
2）、通风容易时期
当前S3-9掘进、S5-8掘进、S6采区尚未形成处于开拓阶段，考虑当前阶段为西坡主扇通风容易时期，按当前通风参数，主扇工况为：
负压3500Pa，风量19000m3/min。
3）、西坡主扇改造选型参数
根据以上预测分析，西坡主扇需满足的工况参数列表如下：
表1西坡主扇需满足的工况参数表
通风时期
主扇风量（m3/min）
主扇风压（Pa）
矿井通风困难时期
23584
4360
矿井通风容易时期
19000
3500
1.3现有西坡风井主通风机设备
目前西坡主扇型号为ANN-2884/1400N（生产厂家：
豪顿），其主要参数：
额定压力：
3886Pa额定风量：
289m3/s
电机型号：
Y630—6额定电压：
6000V
额定功率：
1800Kw额定转速：
996r/min
负压：
3050Pa风量：
295m3/s
1.4西坡风井主通风机改造的必要性
根据XX矿井的生产部署，西坡主通风机需要服务的区域还较大（上水平包括S3、S5、S6采区，下水平待定）、服务年限还较长（上水平至少约8年、下水平待定），原有风机不能满足今后供风需要，为此考虑更换目前主扇，以保证今后西坡主通风机服务区的安全、高效、长期稳定生产。
09年西坡主通风机曾出现过两次风叶被打碎故障。
第一次打碎，从现场情况分析可能由于紧固螺栓疲劳造成。
3个月后该风机叶片第二次被打碎，因为故障前没有出现振动，所以不可能是紧固螺栓疲劳，初步分析有可能是叶片连接强度的问题，也有可能是叶片本身强度有问题。
这种情况严重影响了矿井通风安全，因此急需现对西坡风机进行改造。
1.5设计依据
1、《煤矿安全规程》（2007）
2、《煤炭工业矿井设计规范》（2006）
3、《关于强化大型固定设备基础管理的通知》潞矿机字[2009]95号
4、《潞安集团公司会议纪要》[2010]51号
5、设计委托书
1.6设计指导原则
在矿井通风容易和困难时期风机运行工况点均须在风机运行曲线的高效区内，并且风机最大能力工况点不能处于其不稳定工作区；
设备运行必须安全可靠；
对现有风机房的矿建、土建工程不作大的改动（保持现有的风机房、引风道及扩散塔）；
改造期间，西坡主通风机单机运行时间不能超过一个月。
1.7设计范围
设计范围包括以下几部分：
（1）机械设备改造设计；
（2）电气、电控部分改造设计；
（3）设备基础及配电间改造；
（4）新引风道、扩散塔设计；
（5）投资估算。
2机械设备改造
2.1设计依据
通风容易时期风量317m3/s
容易时期矿井阻力3500Pa
通风困难时期风量393m3/s
困难时期矿井阻力4360Pa
2.2选型计算
考虑通风设施漏风和风道局部阻力损失后通风机需要的风量、负压为：
QB容易=1.05×317=332m3/s
HB容易=3500+400=3900Pa
QB困难=1.05×393=412m3/s
HB困难=4360+400=4760Pa
容易时期通风网路特性曲线方程：
H容易＝
困难时期通风网路特性曲线方程：
H容易＝
见附图2AGF606-3.60-1.68-2风机运行曲线
2.3风机选型
1、风机方案提出与比较
根据通风机必需风量及负压，设计进行了四个方案的技术经济比较。
方案1是航空工业沈阳发动机研究所（606所）风机厂生产的AGF606-4.0-2.4-2型轴流式风机，方案2是XX运城安运风机公司生产的FBCDZ-10-№40型矿用防爆对旋轴流式通风机，方案3是上海鼓风机厂生产的GAF37.5-22.4-1FB型轴流式风机，方案4是Howden公司生产的ANN-3924/1800B型轴流式风机。
各方案比较结果见表1。
方案1中的AGF606-4.0-2.4-2型轴流式风机是航空工业沈阳发动机研究所（606所）风机厂应用航空技术优势生产的新型矿用风机，目前已在我国20多个矿务局得到应用。
该风机高效区范围广，运行平稳，噪声低，特别是该风机的叶片采用高强度铝合金锻造而成，体积轻巧、坚固耐用，风机两级动叶角度停机可联调，可直接反转反风。
沈阳发动机研究所风机厂技术人员已对现场进行了实地测量，提出了较为详细的改造方案。
方案2中的FBCDZ-10-№40型矿用防爆对旋轴流式通风机由XX运城安运风机公司生产，属国内90年代中期开发的新产品，已在国内矿井得到大量的应用。
其两级叶轮既是工作轮又互为导叶，提高了风机运行效率，通风机设有回流环（以损失风机效率为代价），有效地消除了喘振；可用一台电机单级叶轮运行，以适应矿井不同期间对通风的需要；采用反转反风并带防爆制动器，反风量较大，反风转换时间较短；安装和制造工期短。
但由于电动机安装在风机轮毂内，叶轮安装在电动机轴上，电动机散热条件较差，维护较复杂；风机结构形式与原有风机差别较大，必然会影响其改装后的运行效果；生产厂家非国内大型风机制造厂家，制造质量无法与其他三个厂家相比；对旋式风机的主要优势在于其不需要风机房，安装简单，对于本改造项目，不存在这一优势，反而因为必须使用防爆电动机而使设备投资提高。
方案3中的GAF37.5-22.4-1FB型轴流式矿井通风机是上海鼓风机厂1979年引进德国TLT公司技术生产的，该厂为国内大型风机制造企业，质
量体系完善，制造质量较好，设备可靠性较好，目前在国内大型矿井通风设备中占有率很高；风机调节方式有不停机液压整体动叶可调和停机机械式整体动叶可调两种型式，能使风机的特性与使用工况在较大流量变化范围内相适应，高效区范围大，节能效果显著；采用停机调节叶片角度方式反风，反风量大，反风转换时间较短。
方案4中的ANN-3924/1800B型轴流式矿井通风机是Howden公司的最新产品，代表了90年代末期世界通风设备先进技术；采用反转反风，反风量较大，反风时间较短；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，其设在国外的制造厂有制造大型通风机的丰富经验。
由于通风机的核心部件（叶轮、润滑油站等）从公司在英国的工厂进口，设备费较高，生产周期较长。
西坡主通风机改造风机选型技术经济比较表
表2
方案
内容
方案1（推荐）
沈阳606
方案2
安运风机公司
方案3
上海鼓风机厂
方案4
豪顿华风机厂
风
机
机
风机型号
AGF606-4.0-2.4-2—2
FBCDZ-10-№40
GAF37.5-22.4-1FB
ANN-3392/1600B
台数
2
2
2
2
容
易
时
期
风量m3/s
332
332
332
332
负压Pa
3900
3900
3900
3900
效率%
76
76
82
85
轴功率kW
1708
1700
1705
1705
困
难
时
期
风量m3/s
412
412
412
412
负压Pa
4760
4760
4760
4760
效率%
80.5
83
82.7
86
轴功率kW
2455
2400
2074
1994
电
动
机
型号
Y型异步机
YBF防爆型
Y型异步机
Y型异步机
额定功率kW
4000
3600
3600
3600
额定电压kV
6
6
6
6
转速r/min
595
595
750
990
年电费万元
1169（+35）
1134（0）
1138（+4）
1095（-39）
投资
设备费万元
830
813.2
716.9
1498
安装费万元
62.25
61
53.8
112.35
合计万元
892.25
874.2
770.7
1610.35
制造周期月
3.5～4
6
10
10
注：
1.年电费按通风困难时期参数计算，每度电按0.5元计算。
2.投资按风机+电机计算。
2、结论
通过以上从设备制造质量、设备投资、改造难易程度、设备运营费用及制造工期等方面对各方案进行的分析比较，推荐沈阳发动机研究所（606所）风机厂的改造方案。
2.4改造方案比较
根据XX矿井的生产部署，西坡主扇需要服务的区域还较大（上水平包括S3、S5、S6采区，下水平待定）、服务年限还较长（上水平至少约8年、下水平待定），为保证今后西坡主扇服务区域的安全、高效、长期稳定生产，必须对现有风机进行改造。
根据前面所述西坡主通风机改造的必要性并参考用户意见，我院共提出两个方案：
方案一：
在原有风机基础上进行改造,将原有两台风机更换为新风机。
此方案在改造期间只有一台风机运行，改造前需做详细的施工组织设计，使风机改造期间单机运行时间尽量减少。
相比方案二施工难度小，改造周期较短。
方案二：
在旧风机房旁边新增加一台大功率风机（及相应的风道、扩散塔、风门），以满足井下下水平南端供风。
此方案工程量大改造难度相对最大，须凿开原风道另建一引风道、扩散塔及风门，而且须改造原有风门（风门去年刚刚改造），并将风门移动到风道接口西边，土建施工难度大。
由于场地限制新加风道长度过长，风量损失较大，土建施工难度较大，改造周期比方案一长3～6个月。
西坡主通风机改造方案经济比较表
表3
方案
内容
方案1（推荐）
方案2
投资
设备费万元
2116.76
2111.16
安装费万元
482.66
443.05
土建费万元
90.84
77.68
其它费万元
453.12
445.48
合计万元
3143.37（+66）
3077.37（+0）
2.5结论
通过以上从设备制造质量、设备投资、改造难易程度、设备运营费用及制造工期等方面对各方案进行的分析比较，拟推荐方案一即原有风机基础上进行改造,将原有两台风机更换为新风机。
风机推荐沈阳发动机研究所（606所）风机厂的改造方案，风机技术参数如下：
风机型号：
AGF606-4.0-2.4-2
风机转速：
595r/min
叶轮直径：
4m
轮毂直径：
2.4m
叶轮级数：
2
一级动叶片数：
18
二级动叶片数：
18
中导叶片数：
11
后导叶片数：
17
配套电动机：
YVVF900-10-4000kW，4000kW，6kV，595r/min
2.6问题及建议
1、经过沈阳发动机研究所风机厂技术人员对现场实地测量，在保持现有的风机房、引风道、风门及扩散塔的前提下，风门以后原风机的进口蜗壳须重新改造，改造工程量较大；需要更换的部件有电动机、制动器、传动轴、转子组件、整流器组件、主体风筒组件、后导器组件、扩压器组件；参考用户意见采用三台风机同时布置（即一用一备一检修），须在风道上加一台对旋风机，须对风道承受力进行校核，如果不行需建钢结构支架；还应核实测试孔距风机房距离是否满足对旋风机长度要求。
2、风机结构及基础改造说明：
⑴该方案能充分满足贵矿所提出的各项气动性能指标（风量30000m3/min,负压：
5000pa），风机的静压效率前后期均高达0.8。
详见性能说明及性能曲线。
同时该方案电机转数为600r/min，转数较低，风机运行平稳，噪声低，风机各部件强度储备系数大，轴承使用寿命长。
⑵由于风机的外径尺寸为4.0米，与原风机流道尺寸不相匹配，因此风门以后原风机的进口蜗壳、进气段、转子、主体风筒、扩压器等均需要重新更换。
新风机设计及安装与原风机为基准，风机轴线不变。
⑶新风机主机及电机基础充分利用原有基础。
（以上具体尺寸详见附图，图中黄色虚线为原基础尺寸）
⑷由于新风机外径尺寸增大至4000mm，以此风机进气箱满足不了新风机的性能要求，因此需将其拆除，重新设计并更换，进气箱中心线保持不变，尺寸由原来的2740×5663扩至3800×7400，布置形式见附图。
原有进气箱为图中黄色虚线所示，同时原风机出风口（暨原风机扩压器尾部）巷道直径为3729mm,无法与新风机4000mm的直径相匹配，因此需将出风口巷道向后面砸掉1010mm，使直径扩至4000mm，与之匹配
⑸由于风量增大，扩散塔不作改动，在原消音片处的消音损失高达19.22m/s,如将消音片位置调整至扩散塔出口处，由于面积增大，此时消音损失可降低到12.16m/s，大大降低了损失，因此对消音片位置及数量做出调整，重新设计及更换，以便满足性能要求。
⑹新风机外径加大，进气箱重新更换，因此在进气箱前的土建流道与进气箱不相匹配同时也不满足气动性能要求。
对此，需将该土建流道拆除（拆除长度为1656mm），更换成锥形转接筒保证风道尺寸与新风机尺寸匹配，同时在锥形转接筒后面增加导流装置，保证气流顺畅。
⑺更换刹车装置，联轴器形式及尺寸改变，故更换配套的YWZ系列电力液压块式制动器，此刹车装置匹配ED推动器作为驱动装置，可实现制动器的开闭电动控制。
⑻原有风机的导流片及风门留用，不做更换。
见附图2方案布置图
附图3改造示意图
3配电及控制
3.1供电现状
现XX煤矿西坡风井主通风机高压电源引自西坡35kV变电所6kV母线段，高压出线柜型号为KYN28A-12（Z）（1250A）,电源电缆采用VV22-6/10kV3x50mm2，沿电缆沟敷设，供电距离约200m。
3.2供电方案
方案1：
改造后，通风机采用三电源供电，其中两趟作为主供电源，分别引自西坡35kV变电所6kV不同母线段。
对原有出线柜进行改造，更换柜内电气元件及出线电缆，电缆采用2×（YJV22-6/10kV3x120mm2）。
对现有西坡35kV变电所6kV供电系统改造、施工时会造成其他生产系统停电，影响正常生产，并且施工复杂。
方案2：
改造后，通风机采用三电源供电，其中两趟作为主供电源，分别引自西坡35kV变电所6kV不同母线段。
利用该系统中现有备用高压回路（两趟）为西坡风井主通风机进行供电，电源电缆采用2×（YJV22-6/10kV3x120mm2）。
改造完成后，将该系统中原有对西坡风井主通风机的高压出线柜做为备用柜使用。
与方案1比较，方案2施工简单，对正常生产影响小，供电可靠性高。
推荐采用方案2。
通风机的第三趟电源作为备用电源，当两趟主供电源同时出现故障时，投入第三趟电源，保证通风机的连续可靠运行。
本次设计预留第三趟电源的进线柜，具体电源情况需另行设计。
3.3配电
原有风机配电和控制室不能满足新风机配电与控制设备布置要求，所以需要在风机附近新建配电和控制室，设高压真空开关柜13面,开关柜采用KYN28A-12（Z）型高压真空开关柜，主接线采用单母线分段接线方式。
配电室设SC-200/6/0.4kV干式变压器2台，容量200kVA，担负通风机辅助设备用电。
设通风机监控装置一套，监测控制通风机及辅助设备工况。
3.4电气传动
方案1：
采用变频调速装置。
方案2：
采用数字软启动装置。
现对两种方案进行比较，以选择更为合理的方案。
（1）运行性能、可靠性
软起动装置功能主要使风机起动过程平稳，减少起动过程中对机械设备和供电电网产生的冲击，电机达到额定转速时旁路软起动装置退出，电机在工频下以额定转速运行，通过调节风叶角度满足风量、负压的需要，效率低、功率损耗大，并且调节过程会引起设备振动、摩擦等，加大了设备的维护量，使设备使用寿命缩短。
变频调速装置不仅启动曲线比软启动装置的好，而且根据矿井风量、负压变化，适时调节电机转速，满足风量、负压的需求，使风机高效运行，节电显著、经济效益突出，并且调速过程平稳，避免了对机械设备的冲击，不仅延长了设备的使用寿命，也大大提高了设备的可靠性。
变频调速装置在国内各行业有广泛应用，在煤矿风机也有很多应用实例，如阳泉、宁夏煤业集团、开滦、神华大柳塔等，并取得很好的经济效益。
据报导节能效果均在30%-50%之间。
（2）节能
风机负载具有以下特点：
即风量与转速的1次方成正比，而功率与转速的3次方成正比，故采用调节电机转速调节风量，当转速减小时，所需功率近似按转速的3次方大幅度下降，通过计算采用变频调速装置调节电机转速比采用调节风叶角度来控制风量和负压节能率高41%。
（3）投资
软起动装置一套投资约150万元人民币，在装置退出运行后由于负载变化电机无功增大，系统需加设无功补偿装置。
投资不可收回。
变频调速装置节电显著、经济效益突出，投资可收回。
变频调速装置国外进口6kV等级的设备约1250元（人民币）/kW，一套投资4000×1250=500万人民币。
根据已知的通风参数对XX煤矿西坡风井主通风机采用变频调速的节能效果进行估算：
通风容易期最大轴功率1440kW，采用变频调速时可将风机的效率调至85%，则风机轴功率为（317×3500）÷1000÷0.85=1305.29kW，节能1440-1305.29=134.71kW，一年节电134.71×8760=118万kWh。
每kWh按1元算，一年节约电费118万元。
通风困难期最大轴功率2066kW，采用变频调速时可将风机的效率调至85%，则风机轴功率为（393×4360）÷1000÷0.85=2015.86kW，节能2066-2015.86=50.14kW，一年节电50.14×8760=43.92万kWh。
每度按1元算，一年节约电费50.14万元。
按静态投资分析法，在通风容易期进口产品一套可收回投资的期限为500÷118=4.2（年）。
在通风困难期进口产品一套可收回投资的期限为500÷50.14=9.9（年）。
通过比较，推荐采用方案1,即变频调速装置方案。
变频调速装置拖动具体配置设计考虑二种方式：
方式1采用二套变频调速装置与风机一对一配置方式。
采用二套变频调速装置与两台风机的拖动装置配置完全一致，相互间没有任何联系。
优点是系统结构简单、投资省、占地面积小，控制保护、运行管理方便，故障率低，其缺点是在极端情况下（即一风机或电机检修，而另一套变频调速装置事故），系统不能正常运行。
方式2采用二套变频调速装置均一拖二方式，互为备用。
优点是能满足极端情况下（即一风机或电机检修，而另一套变频调速装置事故）保证系统能够正常运行。
缺点是增加一套投切装置，系统结构复杂、投资高，同时控制保护系统、运行管理复杂。
表7变频拖动方式技术经济比较表
方案
内容
方案1
方案2
控制方式
一拖一
一拖二
变频器数量
2
2
单台功率（kW）
4000
4000
起动方式
2
8
热备状态
有
有
可靠性
一般
高
对电机近似度要求
一般
高
检修量
一般
较大
操作性
简单
复杂
占地面积
较小
大
设备费（万元）
1000
>1000
通过表7从各个方面对三种方式进行的分析比较，本着安全、可靠的设计原则，并参考用户意见，拟推荐方案2，即采用两套变频调速装置，均一拖二方式。
变频调速装置的采用使风机运行工况始终保持在高效区，节电效果显著，运行可靠安全，可以为企业带来可观的经济效益。
4土建工程
改造过程中，需要为新风机建设配电室及风机基础。
风机基础采用C25混凝土，混凝土总体积57m3。
配电控制室为双层带夹层建筑，采用钢筋混凝土框架结构，基础采用钢筋混凝土独立基础，建筑总面积476m2。
5投资概算
5.1投资范围
概算投资范围为设计规定的土建工程、设备及工器具购置费、安装工程和工程建设其他费用的投资及预备费。
5.2编制依据及采用指标
执行原国家煤炭工业局煤规字[2000]第48号文颁发的《关于发布煤炭建设各类定额、指标、取费标准及造价编制与管理办法的通知》。
概算指标：
采用煤炭系统现行的99统一基价概算指标；
设备价格及安装工程定额外材料价格：
主要设备采用询价，部分采用煤规字（2000）第48号文颁发的《煤炭工业常用设备价格汇编》及《煤炭工业安装工程定额外材料预算价格》；
运杂费：
设备运杂费按设备原价的6％计算。
土建工程：
执行原国家煤炭工业局煤规字[2000]第48号文颁发的《煤炭建设地面建筑工程概算指标（99统一基价）》。
机电安装工程：
执行原国家煤炭工业局煤规字[2000]第48号文颁发的《煤炭建设机电安装工程概算指标（99统一基价）》。
工程建设其他费用：
执行原国家煤
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