一种实现矿井多时段需风量调节的变频节能计算方法与流程

1.本发明涉及一种变频节能计算，具体涉及一种实现矿井多时段需风量调节的变频节能计算方法，属于矿井多时段需风量调节技术领域。


背景技术：

2.梅山铁矿设计生产能力400万t/a，-318m、-330m、-348m和-366m多中段回采，矿井设计最大需风量为554m3/s。通风系统ⅰ级进风机站安装3台110kw和4台200kw主通风机，ⅳ级回风机站安装8台200kw主通风机。梅山铁矿井下生产分早、中、晚三班时间段作业，每班工作面数量、工作量均有所变化，根据通风系统排尘风量计算三班作业时间段需风量差距较大。通风系统总装机容量为2730kw，主通风机全天满负荷运行实耗功率达到1940.76kw，每年通风成本高达1445.09万元。在需风量较少的时段满负荷运行主通风机造成通风能耗过度浪费，未达到通风节能减排的效果。因此，迫切的需要一种新的方案解决上述技术问题。


技术实现要素：

3.本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种实现矿井多时段需风量调节的变频节能计算方法，该技术方案创新提出了多时段需风量调节变频的计算方法，通过多时段需风量与频率的关系快速、有效的计算出需风量所对应的实际运行频率。简化了通过频率1hz幅度调整主通风机风量这种繁杂调节方式，解决了矿井通风系统满频运行造成的风量、通风能耗浪费等问题，降低了通风系统全年通风能耗成本。
4.为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种实现矿井多时段需风量调节的变频节能计算方法，所述方法包括以下步骤：
5.步骤1：在进风井和回风井处分别设置若干台主通风机；地表设有plc远程控制系统；
6.步骤2：根据矿井每季度生产计划表，统计各中段采矿、凿岩、掘进工作面、各类硐室数量及工作面参数，按照工作面排尘风速分别计算各类工作面及硐室最大需风量；
7.步骤3：将矿井生产作业时间按早、中、晚三班三个时段进行分组，分三个时段别分统计同一时间采矿、凿岩、掘进和其他工作面数量，按照各工作面最大需风量与需要独立通风的硐室风量之和，并给予一定的漏风系数，计算三个时段各矿井需风量q
需
，公式：q
需
＝k(σn
采
q
采
σn
凿
q
凿
σn
掘
q
掘
σn
硐
q
硐
σn
其他
q
其他
)。
8.式中：k—矿井漏风系数，取值范围1.20～1.45；
9.n
采
—同时工作的采矿工作面数；
10.q
采
—采矿工作面的计算风量，m3/s；
11.n
凿
—同时工作的凿岩工作面数；
12.q
凿
—凿岩工作面的计算风量，m3/s；
13.n
掘
—同时工作的掘进工作面数；
14.q
掘
—掘进工作面的计算风量，m3/s；
15.n
硐
—某类硐室的数量，主要指炸药库、破碎硐室等；
16.q
硐
—某类硐室的计算风量，m3/s；
17.n
其他
—某类其他需风点的数量，包括主溜井装卸矿点、喷锚支护工作面等，并考虑具体情况供风；
18.q
其他
—某类其他需风点的计算风量，m3/s。
19.步骤4：在各主通风机回风巷道设置风量传感器，通过plc远程控制系统在线监测各主通风机满频f
满
(频率50hz)运行时回风风量q
风
，合计回风机站8台主通风机总回风量q
总
，公式：q
总
＝σq
风
。
20.步骤5：参考流体力学和电机学理论中频率、转速和风量之间的关系，确定风量与电机频率存在一次方关系，公式：q1/q2＝f1/f2。
21.式中：f1、f2—风机运行频率，hz；
22.q1、q2—风机运行风量，m3/s。
23.步骤6：根据风量与电机频率一次方关系式将主通风机满频运行总风量q
总
、三时段各矿井需风量q
需
和电机满频频率f
满
代入，得出三个时段各主通风机实际需要运行频率f
需
。
24.f
需
＝[f
满
×
k(σn
采
q
采
σn
凿
q
凿
σn
掘
q
掘
σn
硐
q
硐
σn
其他
q
其他
)]/σq
风
式中：k—矿井漏风系数，取值范围1.20～1.45；
[0025]
n
采
—同时工作的采矿工作面数；
[0026]
q
采
—采矿工作面的计算风量，m3/s；
[0027]
n
凿
—同时工作的凿岩工作面数；
[0028]
q
凿
—凿岩工作面的计算风量，m3/s；
[0029]
n
掘
—同时工作的掘进工作面数；
[0030]
q
掘
—掘进工作面的计算风量，m3/s；
[0031]
n
硐
—某类硐室的数量，主要指炸药库、破碎硐室等；
[0032]
q
硐
—某类硐室的计算风量，m3/s；
[0033]
n
其他
—某类其他需风点的数量，包括主溜井装卸矿点、喷锚支护工作面等，并考虑具体情况供风；
[0034]
q
其他
—某类其他需风点的计算风量，m3/s；
[0035]
q
风
—主通风机满频运行风量，m3/s；
[0036]
f
满
—主通风机满频运行频率，50hz。
[0037]
步骤7：各主通风机频率控制主要通过plc远程控制系统实现，根据上述公式计算频率对主通风机进行远程调频，通过设置在回风巷道的风量传感器获取变频后回风风量，主通风机变频后总风量q
总
,将变频后总风量q
总
与三个时段矿井总风量q
需
进行核对，确认两者风量之差，两者风量之差占比范围应在各时段需风量的5％以内。
[0038]
相对于现有技术，本发明具有如下优点，该技术方案的通风系统分三个时段进行变频通风，所有主通风机24小时未满负荷运行，在满足矿井各时段通风需求的基础上，通过变频节能调节风量预计可节约通风机成本386.59万元/年；该方案通过plc远程控制系统实现主通风机远程调频，降低主通风机管理难度，预计节约通风机管理人员和资源成本35.32万元/年。通风系统分三个时段进行通风，根据矿井生产计划合理划分时段核算通风风量，
避免生产过程时按最大需风量进行通风时风量及能耗浪费；简化了频率1hz幅度调整主通风机风量这种繁杂调节方法，通过公式可直接、快速、有效得计算出各时段需风量实际需要频率；通过变频器精确调频降低转速的技术，为现场通风技术人员调节风量提供了理论性知识，降低了通风系统管理难度；多时段按需通风从矿井风量的“供需平衡”理论出发，按矿井各时段需风量不同合理安排风量进行通风，实现了通风系统分时段通风的先例，为智能通风提供了一个有效思路。
附图说明
[0039]
图1是本发明实施例的工作面及通风系统示意图。
[0040]
图中：1-采矿工作面；2-凿岩工作面；3-掘进工作面；4-其他工作面；5-硐室；6-回风巷道；7-风量传感器；8-主通风机；9-远程控制系统；10-南进风井；11-北进风井；12-东回风井；13-西回风井。
具体实施方式：
[0041]
为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。
[0042]
实施例1：参见图1，图1是本发明一种实现矿井多时段需风量调节的变频节能计算方法的工作面及通风系统示意图看出，梅山铁矿通风系统总体呈现“南、北进风，东、西回风”的格局，即南进风井(10)和北进风井(11)进风，东回风井(12)和西回风井(13)回风，进风水平南、北进风井石门设有7台主通风机(8)，回风水平东、西回风井石门设有8台主通风机(8)，地表设有plc远程控制系统。
[0043]
根据矿井每季度生产计划表，搜集各中段工作面参数，按照工作面排尘风速分别计算各类工作面及硐室(5)最大需风量，并将矿井生产作业时间按早、中、晚三班三个时段进行分组，分三个时段分别统计同一时间采矿工作面(1)、凿岩工作面(2)、掘进工作面(3)和其他工作面(4)数量，按照各类工作面需要的最大风量与需要独立通风的硐室(5)需风量之和，并给予一定的漏风系数，分别计算出三个时段矿井需风量q
需
。根据搜集数据及参数计算得出三时段矿井需风量分别为430.78m3/s、460.89m3/s和539.53m3/s。
[0044]
在各主通风机(8)回风巷道(6)设置风量传感器(7)，通过plc远程控制系统(9)在线监测各主通风机(8)满频f
满
运行时回风风量q
风
，合计回风机站8台主通风机(8)总回风量q
总
为575.70m3/s。
[0045]
根据流体力学和电机学理论中频率、转速和风量之间的关系，确定风量与电机频率存在一次方关系，并将15台主通风机(8)满频运行总风量q
总
、三时段各矿井需风量q
需
和电机满频频率f
满
代入到风量与电机频率关系式中，计算得出三个时段各主通风机(8)满足矿井需风量实际需要运行频率f
需
。
[0046]
f
需
＝[f
满
×
k(σn
采
q
采
σn
凿
q
凿
σn
掘
q
掘
σn
硐
q
硐
σn
其他
q
其他
)]/σq
风
式中：k—矿井漏风系数；
[0047]
n
采
—同时工作的采矿工作面数；
[0048]
q
采
—采矿工作面的计算风量，m3/s；
[0049]
n
凿
—同时工作的凿岩工作面数；
[0050]
q
凿
—凿岩工作面的计算风量，m3/s；
[0051]
n
掘
—同时工作的掘进工作面数；
[0052]
q
掘
—掘进工作面的计算风量，m3/s；
[0053]
n
硐
—某类硐室的数量，主要指炸药库、破碎硐室等；
[0054]
q
硐
—某类硐室的计算风量，m3/s；
[0055]
n
其他
—某类其他需风点的数量，包括主溜井装卸矿点、喷锚支护工作面等，并考虑具体情况供风；
[0056]
q
其他
—某类其他需风点的计算风量，m3/s；
[0057]
q
风
—主通风机满频运行风量，m3/s；
[0058]
f
满
—主通风机满频运行频率，50hz。
[0059]
根据变频计算公式可得，梅山铁矿通风系统三时段需风量所对应的主通风机运行频率分别为38hz、41hz和47hz。
[0060]
各主通风机(8)频率控制主要通过plc远程控制系统(9)实现，根据上述公式计算频率对15台主通风机进行远程调频，通过设置在回风巷道(6)的风量传感器(7)获取变频后回风风量，合计8台主通风机(8)变频后总风量q
总
分别为436.57m3/s、470.12m3/s和542.58m3/s，将变频后总风量q
总
与三个时段矿井需风量q
需
进行核对，均能满足矿井实际需风量要求。梅山铁矿通风系统划分三个时段进行通风，按照三个时段计算同一时间采矿、凿岩、掘进、其他工作面和各类硐室需风量之和，并给予一定的漏风系数，核算出三个时段矿井需风量。参考流体力学和电机学理论中频率、转速和风量之间的关系，确定风量与电机频率存在一次方关系。根据频率与风量的计算公式计算出满足三个时段矿井需风量各主通风机实际需要运行频率，按照计算频率通过plc远程控制系统进行远程控制调节，达到三个时段矿井需风量需求。
[0061]
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。