礦井通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

郭軍鵬

（晉城市煤炭規(guī)劃設(shè)計(jì)院，山西 晉城 048000）

0 引言

礦井通風(fēng)系統(tǒng)作為礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，其設(shè)計(jì)的合理與否直接影響到礦井的安全及煤礦的經(jīng)濟(jì)效益。近年來，隨著煤礦開采深度的加深、范圍的擴(kuò)大以及瓦斯涌出量的增加，礦井中出現(xiàn)了諸如通風(fēng)能力不足、線路過長、阻力過大等現(xiàn)象。為了使通風(fēng)系統(tǒng)在正常生產(chǎn)時期能夠保證正常通風(fēng)，發(fā)生事故時有較強(qiáng)的抗災(zāi)能力，同時滿足系統(tǒng)簡單、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的要求，需要對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行合理的分析和設(shè)計(jì)。

1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的原則

礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化原則是：①貫徹執(zhí)行國家及部委的有關(guān)方針、政策、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范；②根據(jù)礦井開拓開采實(shí)際，因礦制宜設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)；③保證井下空氣新鮮，維護(hù)從業(yè)人員職業(yè)健康，優(yōu)選高效節(jié)能通風(fēng)設(shè)備，減小通風(fēng)運(yùn)行成本；④充分利用已有工程和設(shè)施設(shè)備，以確保工程投資省、效益好、見效快；⑤堅(jiān)持安全、高效、先進(jìn)的設(shè)計(jì)原則，建立健全通風(fēng)管理體系，規(guī)范礦井通風(fēng)管理。

2 礦井的通風(fēng)設(shè)計(jì)及主要通風(fēng)機(jī)的確定

2.1 計(jì)算礦井的總風(fēng)量和風(fēng)量分配

2.1.1 計(jì)算礦井的總風(fēng)量

全部風(fēng)量按回采、掘進(jìn)、硐室及其他地點(diǎn)的實(shí)際需要的風(fēng)量的總和進(jìn)行計(jì)算，其中回采工作面的需風(fēng)量Qcf（m3／min）可由以下兩種方式獲得。

（1）按瓦斯涌出量計(jì)算：

其中：qcg為回采工作面瓦斯絕對涌出量，m3／min；kcg為回采工作面瓦斯涌出不均勻的備用風(fēng)量系數(shù)；100為按回采工作面回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛炔粦?yīng)超過1%的換算系數(shù)。

（2）按氣象條件計(jì)算：

其中：vcf為回采工作面的風(fēng)速，m／s；Scf為回采工作面的平均有效斷面積，m2；kch為回采工作面采高調(diào)整系數(shù)；kcl為回采工作面長度調(diào)整系數(shù)；60為單位換算產(chǎn)生的系數(shù)。

2.1.2 風(fēng)量的分配及調(diào)節(jié)

各工作面所需風(fēng)量按需分配，進(jìn)風(fēng)段和回風(fēng)段按自然分配，并用允許風(fēng)速進(jìn)行校核。采用抽出式，漏風(fēng)點(diǎn)主要在回風(fēng)段。

各采掘工作面實(shí)行獨(dú)立通風(fēng)，其中掘進(jìn)工作面采用局部通風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng)。各支路風(fēng)量的調(diào)節(jié)通過測量其風(fēng)速、風(fēng)量、風(fēng)壓后設(shè)置調(diào)節(jié)風(fēng)門和風(fēng)簾等進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.2 計(jì)算礦井的通風(fēng)阻力

（1）主要參數(shù)確定：依據(jù)礦井井巷的支護(hù)形式，查閱相關(guān)資料，確定各通風(fēng)井巷的摩擦阻力系數(shù)見表1。

表1 通風(fēng)井巷的摩擦阻力系數(shù)

（2）通風(fēng)阻力計(jì)算：通風(fēng)阻力的計(jì)算應(yīng)按容易時期和困難時期分別進(jìn)行計(jì)算。井巷的摩擦阻力hf（N）為：

其中：α為井巷摩擦阻力系數(shù)；L為井巷長度，m；P為井巷周邊長度，m；S為井巷斷面積，m2；Q為井巷中流過的風(fēng)量，m3／s。

2.3 礦井主要通風(fēng)機(jī)的選擇

先對軸流式通風(fēng)機(jī)和離心式通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、性能、適用范圍進(jìn)行比較，以確定使用風(fēng)機(jī)的類型。

（1）結(jié)構(gòu)：軸流式通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕，可直接由高轉(zhuǎn)速電動機(jī)拖動，傳動方式簡單，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修較困難；離心式通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，但結(jié)構(gòu)體積大，安裝占地大，轉(zhuǎn)速低，傳動方式復(fù)雜，毛病較多，現(xiàn)有機(jī)翼形葉片可提高轉(zhuǎn)速。

（2）性能：軸流式風(fēng)壓低、流量大、反風(fēng)方法多，而離心式則相反；在聯(lián)機(jī)運(yùn)行時，軸流式的聯(lián)合工作較差，而離心式較好；軸流不容易過載，而離心式容易過載。

（3）適用范圍：離心式通風(fēng)機(jī)適用于流量小、風(fēng)壓大、轉(zhuǎn)速低的情況，軸流式通風(fēng)機(jī)則相反；軸流式適宜阻力變化大而風(fēng)量變化不大的礦井，離心式則相反；一般大、中型礦井的通風(fēng)都采用軸流式，小型多采用離心式，特大型礦井也有采用葉片后彎式葉輪離心風(fēng)機(jī)，因?yàn)槠湫瘦^高。

根據(jù)某礦井阻力變化大而風(fēng)量變化不大的特點(diǎn)并考慮通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、性能，選取軸流式通風(fēng)機(jī)，型號為FBCDZ54。

FBCDZ54型煤礦地面用防爆抽出式對旋軸流風(fēng)機(jī)可用于金礦、化工礦等各種非煤礦山以及煤礦的通風(fēng)換氣，可適應(yīng)礦井的生產(chǎn)變化，是目前國內(nèi)領(lǐng)先水平的節(jié)能型軸流式主通風(fēng)機(jī)。FBCDZ54型風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：①FBCDZ54型風(fēng)機(jī)的主要部件包括一級主機(jī)、二級主機(jī)、集流器、擴(kuò)散器、圓變方接頭、擴(kuò)散塔、消聲器等，各部件用螺栓聯(lián)接；②FBCDZ54型風(fēng)機(jī)采用電機(jī)與葉輪直聯(lián)方式，可保持長期高效運(yùn)轉(zhuǎn)；③FBCDZ54型風(fēng)機(jī)的兩級工作葉輪按相反方向旋轉(zhuǎn)，一、二級葉片互為導(dǎo)葉，無定式導(dǎo)葉片，降低了導(dǎo)葉的能耗，在簡化結(jié)構(gòu)的同時，其效率得到大大提高；④為了避免葉片在高速旋轉(zhuǎn)中與筒壁碰撞產(chǎn)生火花，引發(fā)事故，風(fēng)機(jī)葉輪回轉(zhuǎn)部分設(shè)置了防摩擦火花的銅環(huán)裝置；⑤FBCDZ54型風(fēng)機(jī)的風(fēng)葉片采用機(jī)翼扭曲形，氣動性能好，高效區(qū)寬廣，節(jié)能效果顯著；⑥葉片為可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，可根據(jù)不同工況點(diǎn)調(diào)節(jié)葉片角度，從而使得風(fēng)機(jī)保持在高效區(qū)運(yùn)行。

該型號軸流式通風(fēng)機(jī)能使動輪反轉(zhuǎn)，當(dāng)進(jìn)風(fēng)井筒或井底車場附近發(fā)生火災(zāi)時，可以使風(fēng)流反向，防止火災(zāi)產(chǎn)生的有毒、有害氣體帶到作業(yè)地點(diǎn)并可配合救災(zāi)工作的進(jìn)行。其反風(fēng)量達(dá)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)時風(fēng)量的60%以上。

根據(jù)上述描述，F(xiàn)BCDZ54型礦用節(jié)能軸流通風(fēng)機(jī)符合設(shè)計(jì)要求，安裝角為35°，風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率大于80%。

3 礦井通風(fēng)安全

隨著礦井的不斷開采以及礦井深度的增加，容易產(chǎn)生比較多的粉塵和瓦斯氣體，若通風(fēng)不暢，致使局部瓦斯積聚或粉塵濃度超標(biāo)，會引發(fā)瓦斯或煤塵爆炸，因此礦井通風(fēng)的安全性直接關(guān)乎礦工的人身安全和生產(chǎn)的順利進(jìn)行，在礦井生產(chǎn)中只有將通風(fēng)安全運(yùn)行放在工作首位，才能保證井下生產(chǎn)的安全進(jìn)行。為此，需要嚴(yán)格遵守國家的安全生產(chǎn)政策、方針、法令、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，同時對于本礦區(qū)各種不安全因素的成因、特性以及事故發(fā)生的規(guī)律做到了如指掌，并在此基礎(chǔ)上制定和采取有效的技術(shù)手段消除安全隱患。

4 總結(jié)

根據(jù)礦井優(yōu)化原則、標(biāo)準(zhǔn)以及目標(biāo)所設(shè)計(jì)的礦井通風(fēng)系統(tǒng)，在滿足礦井通風(fēng)安全基本要求的前提下，具有結(jié)構(gòu)簡單、通風(fēng)效果好、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)，為煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)提供了一定的保障。

［1］ 張榮立，何國緯，李鐸.采礦工程設(shè)計(jì)手冊［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2003.

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［3］ 魏新利.泵與風(fēng)機(jī)的節(jié)能技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［4］ 王運(yùn)敏.中國采礦設(shè)備手冊［M］.北京：科學(xué)出版社，2007.

［5］ 張玉成.通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)與選型［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

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