姚橋煤礦東二風井1#主通風機性能鑒定研究

程根銀，曹 健，姚宏章，謝中朋，馮 山，程 宥

(1.華北科技學院 安全培訓部，河北 三河 065201；2.華北科技學院 安全學院，河北 三河 065201；3.上海大屯能源股份有限公司 江蘇分公司姚橋煤礦，江蘇 徐州 221000；4.首都經濟貿易大學 安全學院，北京 100070)

姚橋煤礦東二風井1#主通風機性能鑒定研究

程根銀1，2，曹 健2，姚宏章3，謝中朋4，馮 山2，程 宥2

(1.華北科技學院 安全培訓部，河北 三河 065201；2.華北科技學院 安全學院，河北 三河 065201；3.上海大屯能源股份有限公司 江蘇分公司姚橋煤礦，江蘇 徐州 221000；4.首都經濟貿易大學 安全學院，北京 100070)

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》“每5年至少進行1次風機性能測定”的規(guī)定，為掌握姚橋煤礦東二風井ANN-2500/1250型軸流式通風機運轉參數(shù)及性能，根據(jù)風機安裝現(xiàn)有條件，采取不停產的條件下，運用精密氣壓計等設備，使用靜壓差法對1#備用主通風機進行性能鑒定。根據(jù)現(xiàn)場測試出的相關參數(shù)，繪制出姚橋煤礦東二風井1#風機的輸出功率、風壓、效率與風量關系特性曲線。通過測定結果和數(shù)據(jù)分析，表明1#主通風機性能良好，并能滿足東二風井必備的井下用風要求。為保障主要通風機安全經濟運行，針對東二風井通風系統(tǒng)中存在的不足，提出了相應的整改建議。本次ANN-2500/1250型風機性能鑒定的測試方法及結果分析，對類同軸流式風機的鑒定工作具有一定的借鑒和指導作用。

軸流式通風機；風機特性曲線；技術測試；系統(tǒng)分析；

0 引 言

姚橋煤礦位于江蘇省徐州市西北大約82 km處，南距沛縣縣城17 km.該礦于1976年12月建成投產，1982年達到年產120萬t的設計生產能力[1]。投產近40 a來，生產能力經過多次改擴建，目前已達到了445萬t/a，開拓水平增加到3個，-400 m水平和-650 m水平，-850 m水平正在開拓建設之中。為適應日益復雜的生產系統(tǒng)，先后開掘了7個井筒以保證通風，通風系統(tǒng)路線長，通風設施多，通風系統(tǒng)復雜[2]。礦井通風方式為混合式(四進三回)：即由井田中央-400 m水平的主副井和-650 m水平的新主副井兩對井筒進風，由井田西翼邊界的西風井、井田東翼邊界的東二風井和井田中央邊界的東一風井3個井筒回風。東二風井安裝了2臺ANN-2500/1250型軸流式通風機[3]，適配電機(異步)額定功率[4-5]均為1 000 kW，額定轉速994 r/min.此次風機性能鑒定，首先根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定[6]，“生產礦井每5年進行1次性能測定”要求；同時為掌握該風井1#主通風機的相關運轉參數(shù)及其性能。通過風機鑒定，它不僅有助于熟悉礦井通風管理現(xiàn)狀，科學管理礦井通風；而且還可為今后礦井通風系統(tǒng)的優(yōu)化調整、改造和各項安全技術措施的制定、實施提供可靠的技術依據(jù)[7]。根據(jù)該礦井生產實際需求，井下開拓布局將有所調整，主要是東二風井通風系統(tǒng)風量將有所下調；目前該風井安裝的軸流式風機運轉葉片角度為440，依據(jù)生產礦井的要求，不再下調該主通風機的葉片角度，只需測定東二風井1#ANN-2500/1250型軸流式主通風機葉片角度為440條件下，風機輸出功率、風壓、效率與風量關系特性曲線。華北科技學院和姚橋煤礦組成聯(lián)合測定小組，對該礦東二風井1#ANN-2500/1250型軸流式主通風機，葉片角度為440條件下進行了性能鑒定。依據(jù)測定結果對該風機的安全性能進行評價，并對該風機與井下風網的匹配情況進行分析[8]。

1 測試工作安排

1.1 測試方案選擇

考慮到不影響井下生產，本次測定采用不停產地面風流短路法測定，即由2#風機負責井下正常通風，關閉1#風機立閘門，將風路隔開，對1#風機性能進行性能測定。測定時，風流從1#風機的水平門閘門口(0-0斷面)進入風硐(1-1斷面)，經2-2斷面進入風機后由擴散器排入地面大氣，如圖1所示。

圖1 通風機性能測定示意圖Fig.1 Schematic diagram of performance measurement of ventilator

風量是反映煤礦主要通風機性能優(yōu)劣的主要參數(shù)之一，也是煤礦選擇主要通風機的主要依據(jù)[9]。風量測定是煤礦主要通風機安全技術性能測定的重要環(huán)節(jié)之一，能否準確測定風量將直接影響到煤礦主要通風機安全技術性能測定的成敗?？紤]到姚橋煤礦待測風機的風道斷面風速穩(wěn)定，斷面面積相差較大(經測量，2-2斷面和1-1斷面比值為31.9%)，且便于引出靜壓管口，適宜使用靜壓差法測定風量[10-12]。

在1#風機0-0斷面，通過在水平門進風口，增加或減少木板來調節(jié)工況[13-14]。在1-1斷面和2-2斷面內均勻的布置測點，測定相對靜壓，由于1，2斷面相距很近且位于同一標高，則有ρ1=ρ2=ρ，h1=h2，根據(jù)能量方程和1，2斷面的能量轉換關系，推得主要通風機的風量計算公式為

(1)

式中 Δhs12為1，2兩斷面的靜壓差，Pa；α為系數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場標定，也可以通過下式近似計算

(2)

式中ρ為空氣密度，kg/m3；S1，S2為1，2斷面的面積，m2；k為阻力損失系數(shù)，一般取0.98.

軸流式風機一般需要測定靜壓特性曲線，在2-2斷面附近選擇測點，測定風流的相對靜壓hs，則通風機裝置靜壓Hs

Hs=hs-hv.

(3)

式中hv為測壓斷面的平均動壓，通常按測得的風量求斷面平均風速后算得。

記錄每次測定的具體時間，利用氣壓計測定外界大氣壓變化，同時，0-0斷面測定干濕溫度。風機全開狀態(tài)下啟動風機，逐漸按需要改變進風口斷面積，直至進風量最小，測定結束。

1.2 測定步驟

1.2.1 測定準備

測試前，根據(jù)已確定的方案和實施計劃進行組織分工(指揮組、工況調節(jié)組、通風參數(shù)測定組、電氣參數(shù)測定組、記錄與速算組、通訊組等)，準備儀表、工具、記錄表格，并登錄風機和電機銘牌技術參數(shù)，實測風機結構尺寸，測定斷面尺寸，安裝測定裝置和儀表。

1.2.2 測定過程

為不影響該礦正常生產工作，由2#風機負責井下正常通風，關閉1#風機立閘門，對1#風機進行測試。

具體操作步驟如下

工況點調節(jié)：一切準備工作就緒，啟動風機，利用水平門調節(jié)風阻。軸流式風機應由小風阻逐步增加到大風阻，故啟動風機時水平門應全部打開，風流穩(wěn)定后(啟動風機后約3～5 min)，正式測定，開始讀取測定參數(shù)。然后逐步增加木板，通過調節(jié)進風口面積，以增加風阻，達到調節(jié)風機工況的目的。待某一工況的測定數(shù)據(jù)全部測出后，調節(jié)工況，再讀取各參數(shù)的數(shù)值，直至測出整條曲線(一般為不少于8～9個測點)，停轉風機。

為防止風壓過大，造成木板斷裂，導致風機受損，特于水平門進風口處放置10根鋼軌，防止木板受壓斷裂，以達到保護風機之目的。

在水平門增阻過程中，應密切關注風機風壓及電機電流變化，當風機接近最高風壓值或電流達到額定電流時，風機可能出現(xiàn)喘震現(xiàn)象，此時應立即停止風機運轉[15-17]。

1.2.3 資料整理與分析

將測定數(shù)據(jù)輸入計算機或人工計算，進行整理、繪圖，然后對所得結果進行分析，完成測定報告。

1.3 注意事項

1)鑒于待測風機是軸流式通風機，啟動時應在風量最大(工況調節(jié)斷面全面開啟)情況下啟動，以避免過負荷情況出現(xiàn)；

2)性能測定過程中，要嚴密注視電機的溫升和電流波動情況，當溫升或電流波動范圍接近和超過額定值時，機電負責人或司機應立即停轉風機，保證風機安全[18]。測定過程中出現(xiàn)其他危及風機(含電機)安全時，也應立即停機，中斷測定工作；

3)性能測定過程中工況調節(jié)口附近，嚴禁閑雜人員靠近；

4)測定前檢查隔斷井下風流與測定風流的立閘門的嚴密程度，設計堵塞漏風，以減少測定工作對井下風流的影響，確保井下安全生產；

5)斷面的畢托管(測壓管)要固定牢靠，不能偏斜，其連接的膠皮管要固定牢靠，防止抖動或脫落[19]。

2 測定結果及分析

測定的東二風井1#風機的大氣參數(shù)和電氣參數(shù)等見表1.

表1 1#風機靜態(tài)參數(shù)表

把所測得的數(shù)據(jù)送入微型計算機[20-22]，通過計算整理后，得到其最終結果，見表2.根據(jù)公式(4)計算出風機效率

(4)

式中 η為風機效率；Hs為風機風壓，Pa；Q為風機風量，m3/s；N為風機軸功率，kW.

表2 1#主通風機性能測定結果

注：表中數(shù)據(jù)均來自實測。

根據(jù)表2中計算所得數(shù)據(jù)，畫出1#主通風機輸出功率、風量特性曲線以及風機風量、風壓及效率特性曲線，如圖2，3所示。

圖2 1#主通風機輸出功率、風量特性曲線Fig.2 Performance curve about output power and air volume of 1# main ventilator

圖3 1#主通風機風量、風壓及效率特性曲線Fig.3 Performance curve about air volume and wind pressure and efficiency of 1# main ventilator

從表2，圖2，圖3可以看出，東二風井1#風機具有良好的運轉性能

1)通風機裝置比通風機增加了擴散器、消音設施，從而致使阻力增大；

2)通風機經長期運行后，各通流部件積垢、葉輪銹蝕磨損導致通風機性能有所降低；

3)對姚橋煤礦進行通風阻力測定，得知東二風井系統(tǒng)阻力為2 354.0 Pa，東二風井回風量約為133 m3/s.風機在當前工況下運行的實際風量大于理論需風量，原因是井下巷道變形失修、或者由于膠帶運輸機機頭機尾搭接，影響有效通風斷面，造成局部通風阻力過大，加之外部漏風等情況造成；

4)在當前運轉條件下，主通風機與風網基本相匹配，風機運行效率較高，能達到70%以上，滿足礦井用風需求。

3 結 論

1)風機實測過程中，由于風機啟動時，電機實際消耗功率為正常運轉時的6～7倍，為防風機啟動初期燒壞電機；同時軸流式主要通風機的功率隨風量增加而減小，故測定過程中，首先敞開水平閘門，使通風機在工作風阻最小時啟動，即大風量、小阻力啟動風機，等風機轉速正常后，在框架上逐步加蓋木板，逐漸加蓋木板調節(jié)工況點；

2)測定采用地面短路不停產鑒定方式，同時采用增加木板進行工況調節(jié)，操作簡單、省時省力、效率高；

3)風機風量的準確測定影響著整個風機性能測定結果的可靠性，根據(jù)東二風井軸流式風機的運行環(huán)境，選用靜壓差法測定風量，方法可行，結論實用可靠；

4)對主通風機的工況點進行調節(jié)及分析，使其在整個服務期內的工況點在安全、合理的范圍之內，保證了通風機安全、經濟和可靠地運轉；

5)通過這次測定，測得了通風機裝置的實際性能參數(shù)和實際特性曲線，為保證其安全高效運行和風量調節(jié)提供了可靠的理論依據(jù)。鑒于該風機出廠時間和安裝時間過長，無法獲得風機出廠性能曲線，缺乏與此次測定結果對比的資料，但現(xiàn)場實測表明，風機在當前工況點運行良好，尚且有一定富余，可以滿足目前生產需要；

6)東二風井地面風硐有一處類似直角彎，造成局部損失較大，消耗部分能量，礦井應盡量避免此類問題的出現(xiàn)。

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Measurementandanalysisofperformanceof1#mainventilatorsofDongershaftinYaoqiaocoalmine

CHENGGen-yin1，2，CAOJian2，YAOHong-zhang3，XIEZhong-peng4，F(xiàn)ENGShan2，CHENGYou2

(1.DepartmentofSafetyTraining,NorthChinaInstituteofScienceandTechnology,Sanhe065201,China；2.CollegeofSafetyEngineering,NorthChinaInstituteofScienceandTechnology,Sanhe065201,China；3.YaoqiaoCoalMineofJiangsuBranch,ShanghaiDatunEnergyCo.,Ltd.,Xuzhou221000,China；4.SchoolofSafetyandEnvironmentalEngineering,CapitalUniversityofEconomicsandBusiness,Beijing100070,China)

On the basis of the clause in the Coal Mine Safety Regulations：the measurement of the fan performance must be conducted once at least every five years，and in order to grasp the actual operation parameters and performance of ANN-2500/1250 axial main ventilators of Donger shaft in Yaoqiao coal mine，according to the existing conditions of the fan installation，we used equipment for precision barometer and then made a performance test about 1#anti-explosion extraction axial fan in Donger shaft under the condition of no shutdown by static pressure method.According to the parameters of the test，we drew the performance curve about output power，wind pressure，efficiency and air volume about 1#fans of Donger shaft in Yaoqiao coal mine.By measuring the results and data analysis，it indicates that the good performance of 1#main fan，which meets the needs of mine with the wind of Donger shaft.To ensure the safe and economic operation of the main fan，we put forward the corresponding improvement measures aiming at the shortcomings of the existing in the ventilation system of Donger shaft.The test method and results of the ANN-2500/1250 fan performance test have a certain reference significance for the test of the similar axial fan.

axial fan；fan characteristic curve；measurement technology；system analysis

2015-04-10 責任編輯：高 佳

國家自然科學基金聯(lián)合基金項目資助(U1361130)

程根銀(1968-)，男，安徽安慶人，博士，教授，E-mail:1298275966@qq.com

10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2015.0404

1672-9315(2015)04-0415-06

TD

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