发明内容

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。

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：

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；

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；

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)。

式中：k—矿井漏风系数，取值范围1.20～1.45；

n_采—同时工作的采矿工作面数；

q_采—采矿工作面的计算风量，m³/s；

n_凿—同时工作的凿岩工作面数；

q_凿—凿岩工作面的计算风量，m³/s；

n_掘—同时工作的掘进工作面数；

q_掘—掘进工作面的计算风量，m³/s；

n_硐—某类硐室的数量，主要指炸药库、破碎硐室等；

q_硐—某类硐室的计算风量，m³/s；

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；

q_其他—某类其他需风点的计算风量，m³/s。

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。

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。

式中：F₁、F₂—风机运行频率，Hz；

Q₁、Q₂—风机运行风量，m³/s。

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。

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；

n_采—同时工作的采矿工作面数；

q_采—采矿工作面的计算风量，m³/s；

n_凿—同时工作的凿岩工作面数；

q_凿—凿岩工作面的计算风量，m³/s；

n_掘—同时工作的掘进工作面数；

q_掘—掘进工作面的计算风量，m³/s；

n_硐—某类硐室的数量，主要指炸药库、破碎硐室等；

q_硐—某类硐室的计算风量，m³/s；

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；

q_其他—某类其他需风点的计算风量，m³/s；

q_风—主通风机满频运行风量，m³/s；

F_满—主通风机满频运行频率，50Hz。

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。

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。