提高安全性能

馬永杰 吳東明 段鵬飛

【摘要】煤礦的安全保障，是提高煤礦作業(yè)效率的前提，也是我國(guó)煤礦事業(yè)發(fā)展的重要條件。煤礦主通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)選型對(duì)提高煤礦的安全有著重要的意義，要解決煤礦生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，必須了解我國(guó)煤礦主通風(fēng)機(jī)的現(xiàn)狀，并對(duì)其進(jìn)行選型設(shè)計(jì)改造，設(shè)計(jì)出合適煤礦作業(yè)環(huán)境的主通風(fēng)機(jī)，以提高煤礦生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。本文通過(guò)對(duì)煤礦主通風(fēng)機(jī)的選型分析，研究煤礦主通風(fēng)機(jī)的選型系統(tǒng)以及選型方法。

【關(guān)鍵字】煤礦；主通風(fēng)機(jī)；選型設(shè)計(jì)；選型系統(tǒng)

1.前言

礦井通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，在生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造的同時(shí)，必然要進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)改造。隨著地質(zhì)條件、生產(chǎn)布局的改變，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)也將隨之改變，但與原來(lái)礦井通風(fēng)系統(tǒng)匹配的離心式通風(fēng)機(jī)性能卻不能伴隨這種特征的變化而變化，因而造成設(shè)備性能不匹配，影響了設(shè)備的使用效率；而且原來(lái)主通風(fēng)機(jī)由于性能特性單一和長(zhǎng)期使用而造成的設(shè)備老化問(wèn)題，將使煤礦生產(chǎn)成本增加，造成直接經(jīng)濟(jì)損失。因此，為了滿足市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要和礦井安全生產(chǎn)的要求，必須提高主通風(fēng)機(jī)工作能力，使之與改造后的通風(fēng)系統(tǒng)匹配。但就目前來(lái)說(shuō)，更換新型風(fēng)機(jī)是最經(jīng)濟(jì)、最見(jiàn)效、最長(zhǎng)久的措施，只有了解通風(fēng)機(jī)選型原則并進(jìn)行合理選型設(shè)計(jì)，才能永久改善煤礦生產(chǎn)效率和安全性能。

2.煤礦主通風(fēng)機(jī)的選型

2.1選型主要原則

合理的選型不但為煤礦帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也為減排噪聲污染及煤礦的正常生活帶來(lái)更大的方便，選型時(shí)應(yīng)注意：①必須滿足煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)量和風(fēng)壓的要求；②使通風(fēng)機(jī)的實(shí)際工況點(diǎn)在0%的高效區(qū)內(nèi)運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

選型的原則：①根據(jù)煤礦的系統(tǒng)要求，煤礦用主風(fēng)機(jī)的裝機(jī)功率一般較大，選型應(yīng)首先注重節(jié)能和高效；②根據(jù)煤礦的環(huán)境要求（一般主通風(fēng)機(jī)靠辦公區(qū)域比較近，有的還在村莊附近）選型時(shí)，還要考慮低噪聲。要保證低噪聲，首選效率高、葉輪圓周速度低的通風(fēng)機(jī)；③根據(jù)當(dāng)前市場(chǎng)的技術(shù)情況，還要進(jìn)一步了解國(guó)內(nèi)通風(fēng)機(jī)行業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)狀和產(chǎn)品的質(zhì)量以及新產(chǎn)品的推廣情況等，以便擇優(yōu)選用氣動(dòng)性能優(yōu)良，效率高，噪音低，震動(dòng)小，反風(fēng)量大，高效區(qū)域?qū)拸V的礦用主通風(fēng)機(jī)[1]。對(duì)新建礦井的選型，一般由設(shè)計(jì)院按礦井的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，地形結(jié)構(gòu)，通風(fēng)系統(tǒng)的布置等，精確的計(jì)算出礦井所需的風(fēng)量和風(fēng)壓，增加一定的漏風(fēng)系數(shù)以及消聲阻力，通過(guò)計(jì)算，得出裝機(jī)功率，再參考風(fēng)機(jī)產(chǎn)品樣本進(jìn)行選型；對(duì)生產(chǎn)礦井舊風(fēng)機(jī)更新改造的選型，一般需要更新改造的風(fēng)機(jī)：①風(fēng)機(jī)的實(shí)際工況點(diǎn)嚴(yán)重偏離高效區(qū)；②不能滿足煤礦所需風(fēng)量風(fēng)壓參數(shù)要求；③不能滿足反風(fēng)要求；④因葉片調(diào)整后裝機(jī)功率過(guò)小；⑤屬已淘汰或?qū)⒁蕴漠a(chǎn)品等。以上情況，一般由使用單位（在生產(chǎn)煤礦）根據(jù)實(shí)測(cè)的風(fēng)量和風(fēng)壓或根據(jù)以后為擴(kuò)大采面等因素，比較準(zhǔn)確地估算出后期的風(fēng)量和負(fù)壓，計(jì)算出裝機(jī)功率，按產(chǎn)品樣本選型或參考其它同類參數(shù)通風(fēng)系統(tǒng)的礦井進(jìn)行選型，有時(shí)也有生產(chǎn)廠家參與選型（或由廠家重新設(shè)計(jì)葉型，來(lái)滿足新的工況參數(shù)）。

2.2設(shè)計(jì)主通風(fēng)機(jī)選型系統(tǒng)

風(fēng)機(jī)選型往往要經(jīng)過(guò)大量的性能計(jì)算。采用人工選型，選型時(shí)間長(zhǎng)、工作效率低，如果利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行風(fēng)機(jī)選型，不僅能加快風(fēng)機(jī)選型速度而且能提高準(zhǔn)確率。由于煤礦通風(fēng)的復(fù)雜性，一般的通風(fēng)機(jī)選型軟件并不適用于煤礦主通風(fēng)機(jī)選型，必須根據(jù)煤礦通風(fēng)的具體情況進(jìn)行開(kāi)發(fā)。整個(gè)系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)選型和數(shù)據(jù)維護(hù)兩大模塊[2]。風(fēng)機(jī)選型模塊由礦井通風(fēng)參數(shù)輸入與換算、風(fēng)機(jī)選型計(jì)算、風(fēng)機(jī)性能參數(shù)計(jì)算、安裝尺寸及安裝圖的顯示和風(fēng)機(jī)外形圖顯示等子模塊組成。

2.3選擇可用風(fēng)機(jī)

一般風(fēng)機(jī)的選型步驟分為按有因次特性曲線選型和無(wú)因次特性曲線選型。有因次特性曲線選型法需要參數(shù)量多、比較次數(shù)多、占用空間大、不利于用計(jì)算機(jī)選型。與之相對(duì)比，無(wú)因次特性曲線選型法只需要一種型號(hào)一種參數(shù)，其它參數(shù)只需要通過(guò)計(jì)算得出，這樣利用計(jì)算機(jī)選型能減少比較次數(shù)，選型速度快、占用空間小。因此，本系統(tǒng)中“可用風(fēng)機(jī)”選擇采用無(wú)因次特性曲線選型法，具體步驟如下：利用待選風(fēng)機(jī)參數(shù)，選用一定的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速（在煤礦主通風(fēng)機(jī)所用電機(jī)轉(zhuǎn)速系列較少，可先選定轉(zhuǎn)速，如果初定的轉(zhuǎn)速不合適，可以調(diào)整后重新選型），計(jì)算出比轉(zhuǎn)數(shù)，根據(jù)比轉(zhuǎn)數(shù)確定風(fēng)機(jī)類型，由無(wú)因次性能參數(shù)計(jì)算風(fēng)機(jī)機(jī)號(hào)并圓整到系列機(jī)號(hào)；用圓整后的機(jī)號(hào)重新計(jì)算風(fēng)機(jī)性能參數(shù)，篩去流量、壓力落在風(fēng)機(jī)合理工作區(qū)外的風(fēng)機(jī)，求出礦井通風(fēng)阻力特性曲線方程；求出工況點(diǎn)，篩去工況點(diǎn)落在合理工作區(qū)外的通風(fēng)機(jī)，選取所有可用風(fēng)機(jī)中功率最小的風(fēng)機(jī)作為選定風(fēng)機(jī)，顯示選定風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)、安裝尺寸（圖）、外形圖。

3.煤礦主通風(fēng)機(jī)的選型方法

3.1選型方式

通風(fēng)機(jī)選型通常采用以下五種方式：①按無(wú)因次特性曲線選型；②按對(duì)數(shù)坐標(biāo)曲線選型；③按有因次特性曲線或性能表選型；④按變型選型；⑤按管網(wǎng)阻力進(jìn)行選型。

3.2具體操作

煤礦用戶在選型時(shí)方式比較簡(jiǎn)單，通常的做法是：①首先確定的是煤礦所需要的風(fēng)量和風(fēng)阻，然后根據(jù)產(chǎn)品樣本給出的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的靜壓特性曲線，找出橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)的焦點(diǎn)（即工況點(diǎn)），再根據(jù)其等效曲線確定運(yùn)轉(zhuǎn)效率。在多個(gè)可滿足所需風(fēng)量和壓力的風(fēng)機(jī)中，選擇效率較高的風(fēng)機(jī)，選擇的風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)最好的是在高效圈附近，不要選擇工況點(diǎn)接近最大或最小安裝角的風(fēng)機(jī)，以選擇安裝角在中線最好；②然后在對(duì)應(yīng)上面的流量和功率曲線找一下最高功率點(diǎn)來(lái)確定風(fēng)機(jī)的裝機(jī)功率。比較準(zhǔn)確的選型方式應(yīng)按下式來(lái)確定裝機(jī)功率：

N=P×Q×1.2/1000×η風(fēng)×η電

式中：N—電機(jī)功率，kW；

P—風(fēng)機(jī)的壓力，Pa；

Q—風(fēng)機(jī)的流量，m3/s；

η風(fēng)—風(fēng)機(jī)的效率；

η電—電機(jī)的效率。

根據(jù)煤礦的具體情況，除了簡(jiǎn)單地按上述選型外，為了更加準(zhǔn)確地選擇風(fēng)機(jī)的直徑，最好按管網(wǎng)阻力進(jìn)行選型。因?yàn)槊旱V的風(fēng)量比較好計(jì)算，就是有足夠的壓力去克服管網(wǎng)阻力就可以了，管網(wǎng)總阻力就是礦井的阻力（它是管網(wǎng)摩擦阻力和局部阻力之和），管網(wǎng)阻力P=K×Q2也就是要求風(fēng)機(jī)能夠達(dá)到的壓力，當(dāng)?shù)V井的通風(fēng)系統(tǒng)（巷道等風(fēng)道）確定好以后，管網(wǎng)的阻力系數(shù)K也就確定了。按管網(wǎng)阻力系

數(shù)K與轉(zhuǎn)速n，葉輪直徑D，及葉輪的圓周速度v之的關(guān)系：

n=K3/4nsQ/5.54（r/min）

D=149.7/K1/4ρ1/2Χ1/2（m）

式中：ρ—空氣密度；

K—管網(wǎng)總阻力系數(shù)；

ns—比轉(zhuǎn)速；

Χ—風(fēng)機(jī)的壓力系數(shù)；

D—葉輪直徑；

n—葉輪轉(zhuǎn)速；

Q—流量。

計(jì)算出葉輪直徑D和風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n以及葉輪的圓周速度v。后，再參考產(chǎn)品樣本進(jìn)行比較選擇。葉輪圓周速度V0是軸流通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)之一，旋轉(zhuǎn)噪聲與渦流噪聲與之成正比。有資料推薦，單機(jī)低噪聲軸流通風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的圓周速度應(yīng)≤40m/s，一般的軸流通風(fēng)機(jī)保持安靜運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的圓周速度≤70m/s，最高不超過(guò)120m/s，圓周速度≥120m/s時(shí)要注意噪聲的處理。

結(jié)語(yǔ)

礦用主通風(fēng)機(jī)是保證礦井正常生產(chǎn)和井下工人安全的關(guān)鍵設(shè)備，所以，正確選擇礦用主通風(fēng)機(jī)對(duì)礦山的節(jié)能降耗和安全生產(chǎn)，具有十分重要的意義。合理的通風(fēng)機(jī)選型設(shè)計(jì)改善了礦井通風(fēng)系統(tǒng)，使煤礦作業(yè)效率有了很大的提高，既滿足了煤礦安全生產(chǎn)的要求，同時(shí)又在很大程度上提高了煤礦生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。通風(fēng)系統(tǒng)改造是將新技術(shù)、新產(chǎn)品、新工藝靈活運(yùn)用到煤礦生產(chǎn)中的一個(gè)復(fù)雜過(guò)程。成功的改造可以節(jié)約大量能源，提供安全生產(chǎn)保障，進(jìn)而提高煤礦生產(chǎn)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力。這是我國(guó)煤礦現(xiàn)階段一項(xiàng)很重要、很有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的工作。

參考文獻(xiàn)

[1]喬海濤.淺談礦用主通風(fēng)機(jī)的選型[J]. 煤礦機(jī)電，2008（06）：84-86

[2]陳光柱煤礦主通風(fēng)機(jī)選型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 工礦自動(dòng)化，2002（04）：24-27