大南湖矿区西区五号矿井压风、制氮系统设计

摘 要：矿井压风、制氮系统作为矿井传统主要设备，合理的设备选型及布置对于矿井减少设备投资，降低能源消耗，降低设备运行成本意义重大。本文结合工作实际，对大南湖矿区西区五号矿井压风、制氮系统进行了设计，以供同行借鉴。

关键词：压缩空气设备；制氮系统；设计

引言

大南湖矿区西区五号隶属徐矿集团哈密能源有限公司，是徐州矿务集团有限公司在新疆的全资子公司。矿井设计生产能力4.00Mt/a，为国电哈密大南湖电厂配套矿井。压缩空气设备主要担负矿井采掘面工作风动工具和压风自救系统用气。制氮设备主要提供对煤层自然发火进行综合防治注氮防灭火用气。对于大、中型矿井2种设备主要特点是装机容量和功率都很大，合理的设备选型及布置对于矿井减少设备投资，降低能源消耗，降低设备运行成本有重要意义。

1.压缩空气设备

矿井采用主斜井、缓坡副斜井、中部进风井、回风立风井的综合开拓方式。中部进风井井口标高+486m。

矿井井下配备的风动工具：湿式气腿式凿岩机2台，单台耗气量为3.2m3/min，工作压力为0.4MPa；湿式混凝土喷射机3台，单台耗气量为8m3/min，工作压力为0.4Mpa；风动单体锚杆钻机4台，每台耗气量3.4m3/min，工作压力为0.45MPa；风动锚锁钻机5台，每台耗气量2m3/min，工作压力为0.45MPa；风镐5台，每台耗气量1.6m3/min，工作压力为0.45MPa；空气炮4台，每台耗气量0.3m3/min，工作压力为0.5MPa。井下最大班人员58人。

设计在地面中部进风井附近设置压缩空气站，采用地面集中供风的压风系统。压缩空气管路沿中部进风井敷设至井下各个用气地点及救灾相关位置。

（1）压缩空气设备选型方案比较

矿井井下生产用气计算：Q1=α1×α2×γ××qi×ki=74.8m3/min，式中：α1—延管道全长的漏风系数，管路敷设长度大于2000m时，α1取1.2；α2—由于风动工具磨损耗气量增加系数，一般α2=1.15；γ—海拔高度修正系数，γ=1；mi—同类型风动工具的台数；qi—同类型风动工具的空气耗气量，m3/min；ki—同类型风动工具的同时使用系数。

（2）按矿井井下最大班人员用气计算：Q=α1×γ×58×0.3=20.1（m3/min），式中：58—为井下最大班下井人数，人。

风动工具和设备用风量大于人员用风量，故依据风动工具和设备的用风量进行设备选型。对空气压缩机类型，目前属传统活塞式和螺杆式并存的状况，由于螺杆机具有结构简单、体积小、重量轻、易损零件少、自动化程度高、运转平稳、维护费用低、技术先进、其比功率接近或达到活塞式空压机的水平，气量调节方便等优点。近年已成国内矿山大量应用的主要趋势，为此设计推荐采用螺杆式空压机。螺杆式空压机又分螺杆式单级压缩机和螺杆式双级压缩机，按在国内使用效果及运行节能效果较好的两种螺杆式压缩空气设备比选如下。

方案一：选用3台MM250-2S型双级压缩双螺杆压缩机（空冷），其中2台工作，1台备用检修，每台空压机排气量50.1m3/min，排气压力0.85MPa，配套电机功率250kW、10kV。方案二：选用3台SA300A型单级压缩双螺杆压缩机（空冷），其中2台工作，1台备用检修，每台空压机排气量49.9m3/min，排气压力0.85MPa，配套电机功率280kW、10kV。

方案一选用双级压缩双螺杆压缩机，方案二选用单级压缩双螺杆压缩机，方案一与方案二相比较，双级压缩双螺杆压缩机对于单级压缩双螺杆压缩机，虽然价格较高，大约比单级压缩机贵30%左右，但双级压缩螺杆机压缩气量大，节能效果好，比单级压缩机约节能近15%左右。单级压缩机初期投资虽低，但能耗较高，在基本相同的排气量和排气压力下电机容量要大一级。结合本矿井的井型规模大、用气量大的特点，设备年运营费用为影响成本的主要因素之一，经综合比较，设计推荐方案一，采用高效节能的双级压缩双螺杆空压机。

空压机站地面及井下大巷主管选用Ф219×8无缝钢管；至综掘工作面干管选用Ф108×4无缝钢管；井下压风支管选用Ф76×4无缝钢管。压缩空气管路沿中部进风井敷设至井下各个用气地点及救灾相关位置。

2.制氮设备

本矿井为瓦斯矿井，煤尘有爆炸性危险且煤层属很易自然性煤。本着预防为主的方针，设计考虑对煤层自然发火进行综合防治，将拖管、间歇式注氮系统作为矿井防灭火的一种重要措施。矿井需防灭火注氮总量为2878.8m3/h。

根据矿井防灭火所需注氮量的要求，深冷空分式、膜分离式和变压吸附式制氮设备均可满足。鉴于本矿井特点，选用变压吸附式制氮系统。制氮站布置在在中部进风井附近。根据本矿井的开拓布置、注氮工艺系统方案及各采煤工作面所需注氮量情况，结合国内采用注氮防灭火矿井的设计生产情况，确定选用2套制氮能力1500m3/h的QTD碳分子筛地面固定式制氮机组。每套制氮装置主要技术参数如下：

制氮量Q=1500m3/h；输氮压力P=0.65MPa；氮气纯度≥97%；装机容量约387kW；所需空气源流量62.5m3/min，压力0.85MPa。

配套产品：冷冻干燥机、高效除油器、活性碳过滤器。电控随主机配套供货。

该矿井的井型规模大、用氮气量大，制氮装置配套压缩空气设备设计推荐仍采用高效节能的双级压缩双螺杆空压机。为便于与压缩空气设备空压机组通用互换，维护检修方便，2套制氮装置选用配套3台MM250-2S型双级双螺杆压缩机（风冷），正常工作时3台空压机同时工作，每台空气压缩机排气量为50.1m3/min，排气压力为0.85MPa，配250kW10kV异步交流电动机。

注氮注氮主管选用Φ273×8的无缝钢管，干管选用Ф108×4无缝钢管，从地面制氮站沿中部进风井井筒、井底车场、工作面运输顺槽敷设至采空区。

3.压缩空气、制氮设备布置

压缩空气、制氮主管均从中部进风井井筒下井，中部进风井工业场地位置位于戈壁滩，地势平坦，场地不受限制。采用空压机站与制氮站联合布置方式，为便于设备安装及检修，联合建筑设1台10t手动单梁起重机，旁设10kV变配电室，室内设10kV及0.4kV配电系统，其2回10kV电源分别引自风井场地10kV变电所10kV侧不同母线段。

空压机、制氮机启动及控制系统均由厂家配套，要求采用可编程控制器进行单机和联动控制，并对空压机、制氮机运行时各类参数进行实时监控，同时将其有关参数及管网压力、排气温度、管网气体流量等动态信息传送到矿井监控中心。相对于空压机站与制氮站分开布置方式，其优点为便于设备集中管理和减少值班人数，减低空压机、制氮机房建筑面积，降低土建成本，可减少1台起重设备数量。

4.结语

随着煤炭工业的快速发展，煤矿规模不断加大。矿井压缩空气及制氮设备装机容量和功率越来越大，随着科学技术的发展，高效节能的矿山机械设备涌现，设备选型应综合比较优先选用工艺先进、高效节能设备，降低能源消耗，降低设备运行成本。充分利用矿井工业场地，在满足工艺要求的条件下，采用联合布置方案，降低工程投资，减员增效。

参考文献

[1] 戴瑞生，潘金生.矿山固定机械手册，煤炭工业出版社，1986.

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