煤礦地面用軸流通風機現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢淺析

摘要：礦用主通風機是保障煤礦井下作業(yè)人員的健康和安全的重要保障，是煤礦安全生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)，隨著通風機新產(chǎn)品、新技術(shù)的發(fā)展，未來將出現(xiàn)自適應(yīng)礦用主通風機、自監(jiān)測與故障預(yù)警礦用主通風機、動葉可調(diào)礦用主通風機等。

關(guān)鍵詞：軸流通風機；發(fā)展趨勢；計算流體力學

中圖分類號：TD441 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）05（c）-0000-00

通風機在礦井中承擔著向井下輸送新鮮空氣，調(diào)節(jié)煤礦井下的氣候條件，稀釋煤礦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的瓦斯、粉塵及有毒有害氣體、保證井下設(shè)備的正常運行，保障作業(yè)人員的健康和安全的重要任務(wù)，是礦井通風安全可靠性的重要保障[1]。近年來，隨著煤炭資源整合力度的加大和大型現(xiàn)代化煤礦建設(shè)的加快，大型軸流通風機得到了廣泛的應(yīng)用。有關(guān)資料顯示，目前我國有煤礦企業(yè)8000家以上，按照每個礦井配套2臺主要通風機計算，目前在役的煤礦主通風機約1.6萬臺。

1. 煤礦地面用軸流通風機現(xiàn)狀

近年來，礦井主通風機取得了前所未有的發(fā)展，伴隨著計算流體力學和控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，礦用風機的設(shè)計技術(shù)取得了巨大進步，從簡單的一維無粘流動的直葉片設(shè)計，到具有代表性的二維無粘流動的等環(huán)量扭曲葉片設(shè)計、可控渦設(shè)計、再到準三維無粘流動的S1、S2流面的彎扭掠葉片設(shè)計等。20世紀80年代后，由于采用了新技術(shù)、新工藝，通風機的效率提高了5～10%[2]，擴大了調(diào)節(jié)范圍，提高了變負荷條件下通風機的運行效率。

目前我國煤礦主要采用抽出式軸流通風機作為主通風機通風，其型號主要有：煤礦地面用防爆抽出式軸流通風機（FBCZ系列）、煤礦地面用防爆抽出式對旋軸流通風機（FBCDZ系列）、煤礦地面用防爆抽出式a級串聯(lián)軸流通風機（FBLCZ系列）。該系列通風機最大葉輪直徑已達4m。如平安電氣股份有限公司生產(chǎn)的FBCDZ№37/2×900、南陽防爆集團股份有限公司生產(chǎn)的FBCDZ№37/2×1250山西渝煤科安運風機有限公司生產(chǎn)的FBCDZ№39/2×1250、山西省運城安瑞節(jié)能風機有限公司生產(chǎn)的FBCDZ№40/2×1850、三河市燕京礦山設(shè)備有限公司生產(chǎn)的FBCDZ№40/2×1600等，個別生產(chǎn)企業(yè)具備生產(chǎn)最大通風機葉輪直徑為4600mm的能力。

2.國外通風機發(fā)展現(xiàn)狀

在國外，全三維粘性計算流體力學技術(shù)已在西方發(fā)達國家礦用通風機及其系統(tǒng)的分析、控制與優(yōu)化設(shè)計中得到應(yīng)用。不僅如此，西方發(fā)達國家還將計算流體力學技術(shù)和控制技術(shù)等有機結(jié)合，應(yīng)用于風機本體、系統(tǒng)及運行的全過程的流動數(shù)值研究與分析，基于全三維粘性流動數(shù)值研究與分析的葉片優(yōu)化設(shè)計、通流部分設(shè)計、葉片調(diào)節(jié)和電機變頻調(diào)速技術(shù)為一體的風機及系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)極大地提高了風機的運行效率和節(jié)能技術(shù)水平。生產(chǎn)礦用通風機的國外公司主要有英國的Howden、Keith-Blackman公司、美國的Jeffrey、Bonanza Fans、Buffalo Forge、Fairchild、Joy、Strobic Air、TLT-Babcock公司、德國的TLT、Turag、korfmann、3K、Vortfx公司、日本的三井三池等。其中Jeffrey公司生產(chǎn)的通風機葉輪最大直徑達 4.27m， 壓力4300Pa，功率3800kW， 動葉單獨可調(diào)；葉輪直徑3.66m的通風機， 壓力10200Pa，功率2×3800kW， 動葉同時可調(diào)。德國Turag公司生產(chǎn)的礦用軸流主通風機最大直徑可達5m， 風量達700m3/s，單級風壓達4500Pa。

3. 煤礦地面用軸流通風機發(fā)展趨勢

隨著煤炭工業(yè)發(fā)展和市場需求，通風機新產(chǎn)品、新技術(shù)的應(yīng)用程度也在逐年加快，未來煤礦地面用軸流通風機發(fā)展將體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）通風機型號將進一步加大。隨著大型現(xiàn)代化煤礦建設(shè)，我國煤礦數(shù)量將逐年將少，生產(chǎn)規(guī)模將擴大[3]，主通風機將向大直徑、高電壓、大功率、大風量方向發(fā)展。如：山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司五陽煤礦煤礦現(xiàn)用的FBCDZ系列通風機葉輪直徑達4000mm，功率2×1850kW；應(yīng)用于晉煤趙莊礦的GAF42.2通風機，葉輪直徑4220mm，風量36000m3/min，靜壓6120 Pa， 配備功率3400kW。在未來10年中，我國將會使用葉輪直徑大于4200mm甚至達到5000mm的礦用大型通風機。

（2）通風機智能化水平將進一步提高?，F(xiàn)有的礦井通風機大部分存在不能根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的需要自動調(diào)節(jié)、風機軸承和風機電機易損壞、需要反向送風時不能快速反向送風等問題，隨著傳感、控制、調(diào)節(jié)技術(shù)的發(fā)展，自適應(yīng)礦用主通風機系統(tǒng)即將實現(xiàn)。該礦用主通風機系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集單元檢測環(huán)境參數(shù)信號以及主通風機、備用通風機的故障信號傳輸至控制單元，通過執(zhí)行單元與主風機、備用風機連接，控制單元調(diào)節(jié)控制主風機和備用風機的運行。采用該技術(shù)自動調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速和運行狀況，適時提供礦井生產(chǎn)所需要的風量，出現(xiàn)故障時能停止故障風機，自動切換成備用風機運轉(zhuǎn)，在礦井需要反向送風時能快速反向送風，提高礦井通風系統(tǒng)的安全性和可靠性。

（3）通風機葉片角度動態(tài)調(diào)節(jié)技術(shù)將得以實現(xiàn)。在礦井生產(chǎn)過程中，常常會因為各種情況需要對通風系統(tǒng)進行調(diào)整，例如因回采、掘進銜接導致需風量增加或減小需要調(diào)整系統(tǒng)風量，或因主要通風機故障、維護、檢修、調(diào)角等需要開停主要通風機等等。在進行通風系統(tǒng)調(diào)整工作時，對主要通風機的要求很高。在主要通風機葉片角度動態(tài)可調(diào)的技術(shù)實現(xiàn)后，通風系統(tǒng)調(diào)整工作可以得到最大程度的簡化。

（4）通風機預(yù)警技術(shù)將得到應(yīng)用。主通風機長時間不間斷運轉(zhuǎn)，在其運行過程中可能會存在不可預(yù)期的故障隱患，這些隱患一旦存在將嚴重地威脅著整個礦井的生產(chǎn)與安全，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，通風機運行狀態(tài)監(jiān)測與故障預(yù)警技術(shù)將被逐漸應(yīng)用于礦井主通風機中，從而研發(fā)出具有自監(jiān)測與故障預(yù)警功能的礦用主通風機，以解決主通風機分散在整個礦區(qū)的不同區(qū)域、相距中心礦區(qū)偏遠的問題。

4.結(jié)論

（1）隨著計算流體力學和控制技術(shù)的發(fā)展，煤礦地面用軸流通風機技術(shù)取得巨大的進步，產(chǎn)品性能進一步提高。

（2）為適應(yīng)大型現(xiàn)代化煤礦建設(shè)的需要，未來通風機型號將進一步增大，同時產(chǎn)品將逐步向智能化、自動化方向發(fā)展，產(chǎn)品可靠性將進一步增強。

參考文獻

[1] 吳劭星.主扇與局扇聯(lián)合運轉(zhuǎn)在煤礦通風系統(tǒng)中的優(yōu)化研究[D].昆明理工大學碩士論文，2011

[2] 李永剛. 基于PLC控制的變頻調(diào)速通風機系統(tǒng)[D].太原理工大學碩士論文，2012

[3] 柴天興.談我國煤礦安全生產(chǎn)中存在的問題及管理[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2012（4）

作者簡介：楊華運（1982-），男，廣西桂林人，工程師，注冊安全工程師，碩士，2010年6月畢業(yè)于煤炭科學研究總院，主要從事礦井通風機械和礦井災(zāi)害防治方面的研究工作。