煤礦井下排水設(shè)備噪聲控制技術(shù)分析

閆 振

(山西天地煤機(jī)裝備有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

煤礦井下排水設(shè)備噪聲的影響是多面性的，即除了會(huì)對(duì)工作人員身心造成負(fù)面影響外，還會(huì)對(duì)周邊環(huán)境及設(shè)備造成影響，如導(dǎo)致周邊土層出現(xiàn)共振，容易引起坍塌，導(dǎo)致設(shè)備共振，影響設(shè)備效率與能效等。由此可見，對(duì)煤礦井下排水設(shè)備噪聲進(jìn)行控制非常重要。

1 煤礦井下排水設(shè)備噪聲成因

煤礦井下排水噪音主要分為水力噪音和機(jī)械噪音兩類，一般來講水力噪音要比機(jī)械噪音響度大。水力噪音是由于水在葉輪的正反面施加的壓力不同，葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度不勻產(chǎn)生的。機(jī)械噪音則是因?yàn)楸玫男D(zhuǎn)、軸承中的油膜震蕩以及軸承摩擦等產(chǎn)生的。簡(jiǎn)單來說，煤礦井下排水設(shè)備的主要噪聲成因?yàn)樗煤碗娏Σ考?/p>

1.1 水泵

造成噪聲的機(jī)理有多種表現(xiàn)，如水泵葉輪、汽蝕現(xiàn)象、組件異常等。

1.1.1 水泵葉輪

目前，多數(shù)煤礦井下排水設(shè)備的水泵都是葉輪水泵，葉輪是水泵的重要部件，在水泵工作過程中，水泵中的葉輪在運(yùn)轉(zhuǎn)中會(huì)不斷旋轉(zhuǎn)，雖然實(shí)現(xiàn)了排水，但也會(huì)受其他因素影響而出現(xiàn)噪聲，即煤礦井排出的水中一般都含有泥沙、細(xì)碎石塊等大量雜質(zhì)，因此在水體攜帶這些雜質(zhì)通過葉輪時(shí)，葉輪會(huì)與雜質(zhì)進(jìn)行摩擦或者膨脹，由此產(chǎn)生噪聲污染，且因?yàn)殡s質(zhì)量很大，所以這種噪聲具有持續(xù)性長(zhǎng)或頻次較高的特征。除此之外，水泵基礎(chǔ)螺栓松動(dòng)、泵軸彎曲、軸承磨損等也會(huì)產(chǎn)生噪聲。

1.1.2 汽蝕現(xiàn)象

汽蝕現(xiàn)象是煤礦井下排水設(shè)備水泵運(yùn)轉(zhuǎn)中的常見現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致水泵內(nèi)部出現(xiàn)多個(gè)局部高壓區(qū)域，具體表現(xiàn)為小氣泡，而小氣泡無法持久，會(huì)在短暫時(shí)間內(nèi)破裂，破裂時(shí)其內(nèi)部壓力瞬間釋放，使得水體或空氣對(duì)周邊金屬表面進(jìn)行打擊，由此產(chǎn)生噪聲，這種噪聲頻次、密集度高，同時(shí)對(duì)設(shè)備本身也會(huì)造成質(zhì)量影響，可能導(dǎo)致設(shè)備損壞。

1.1.3 組件異常

當(dāng)水泵的某個(gè)組件出現(xiàn)磨損、松動(dòng)、彎曲、位移等異常現(xiàn)象時(shí)，水泵運(yùn)轉(zhuǎn)帶來的振動(dòng)力會(huì)導(dǎo)致該組件高頻率晃動(dòng)，隨之與周邊物體發(fā)生撞擊，產(chǎn)生高頻次噪聲；排水管在輸送礦水至地面的過程中，如果管道內(nèi)有大量空氣，會(huì)讓管路振動(dòng)產(chǎn)生噪音；管路中的濾水器底閥增加吸水管阻力或者存有雜物，都會(huì)使水泵產(chǎn)生噪聲。組件異常是煤礦井下排水設(shè)備水泵出現(xiàn)噪聲最主要的因素。

1.2 電力部件

在煤礦井下排水設(shè)備電力部件正常的狀態(tài)下，此類部件并不會(huì)產(chǎn)生噪聲，但如果電力部件異常，如電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡、電流過載，則很容易產(chǎn)生噪聲。

1.2.1 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子是一種軸承支撐的旋轉(zhuǎn)體，在電動(dòng)機(jī)正常狀態(tài)下必須保持水平狀態(tài)(即平衡狀態(tài))，但如果轉(zhuǎn)子的水平狀態(tài)被破壞，則說明其旋轉(zhuǎn)不規(guī)則，容易與周邊物體發(fā)生較大摩擦、碰撞，由此產(chǎn)生噪聲。同時(shí)在不斷的摩擦、碰撞中，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子水平狀態(tài)會(huì)不斷被破壞，易引起設(shè)備故障。

1.2.2 電流過載

根據(jù)電流傳輸原理可知，當(dāng)電流傳輸速度過快、電流過大時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大噪聲。因此當(dāng)煤礦井下排水設(shè)備的某個(gè)電力部件出現(xiàn)電流過載時(shí)，電流傳輸速度過快、電流過大，就會(huì)帶來噪聲污染，同時(shí)電流過載具有安全隱患，必須引起重視。

2 煤礦井下排水設(shè)備噪聲控制技術(shù)

2.1 噪聲預(yù)防控制技術(shù)

煤礦井下噪聲非常嚴(yán)重，井下排水設(shè)備是造成井下噪聲的重要因素之一。研究煤礦井下排水設(shè)備噪聲控制技術(shù)，降低噪聲傳播有助于煤礦井下整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的噪聲控制，保護(hù)煤礦井下工作人員的身心健康，促進(jìn)安全生產(chǎn)。為了預(yù)防煤礦井下排水設(shè)備出現(xiàn)噪聲，可以采用提高部件精度和部件性能的預(yù)防技術(shù)來進(jìn)行控制。

2.1.1 提高部件精度

以煤礦井下排水設(shè)備水泵為例，在提高部件精度策略中，對(duì)水泵的各個(gè)部件進(jìn)行處理。①對(duì)葉輪尺寸、精度、質(zhì)量、材質(zhì)以及相連結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，使其精度提升，這樣可以減小葉輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)與雜質(zhì)的接觸面，同時(shí)在材質(zhì)改造上能夠降低噪聲分貝，實(shí)現(xiàn)噪聲預(yù)防控制。②針對(duì)氣蝕現(xiàn)象，調(diào)節(jié)水泵管道的吸入阻力、液體飽和壓力，使吸入阻力、液體飽和壓力盡可能減小，消除噪聲。③加強(qiáng)各組件的穩(wěn)固度，避免或延緩它們出現(xiàn)磨損、松動(dòng)、彎曲、位移等現(xiàn)象，由此可起到預(yù)防噪聲的作用。

2.1.2 提高部件性能

某些部件出現(xiàn)噪聲，與其本身的性能有一定關(guān)系，如在電氣部件噪聲成因中，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡、電流過載的出現(xiàn)都與其性能有關(guān)，因此在預(yù)防噪聲時(shí)，應(yīng)當(dāng)提高此類部件的性能。針對(duì)電流過載現(xiàn)象，在電源處安置電流控制裝置，確保電流始終符合標(biāo)準(zhǔn)，由此可預(yù)防噪聲?；诖?，一方面要注意選材，增強(qiáng)零部件的硬度、剛度、耐磨性等性能。泵軸通常采用45鋼，以提高其耐磨性、抗沖擊性和減振性，避免軸承變形，減輕噪聲。葉輪要采用具有碳化物顆粒的合金鑄鐵、高鉻鑄鐵等增強(qiáng)葉輪的硬度和耐磨能力，在降低噪聲的同時(shí)還可以延長(zhǎng)葉輪壽命。另一方面要注意部件的鍛造工藝，比如泵軸鍛造后球化退火、粗車后高溫時(shí)效和淬火后中溫回火，可以避免變形，確保精準(zhǔn)度。

2.2 控制管理技術(shù)

針對(duì)噪聲成因進(jìn)行實(shí)時(shí)管理，避免某些成因產(chǎn)生，由此實(shí)現(xiàn)噪聲控制。大體可以分為煤礦井下排水設(shè)備監(jiān)測(cè)和人工處理2個(gè)環(huán)節(jié)。

2.2.1 煤礦井下排水設(shè)備監(jiān)測(cè)

可采用傳感器監(jiān)測(cè)設(shè)備，通過傳感器獲取設(shè)備實(shí)時(shí)信息，如果發(fā)現(xiàn)某信息出現(xiàn)異常，則可以確認(rèn)煤礦井下排水設(shè)備可能出現(xiàn)故障，并產(chǎn)生噪聲，這時(shí)可進(jìn)入下一個(gè)環(huán)節(jié)。如采用振動(dòng)率傳感器監(jiān)測(cè)煤礦井下排水設(shè)備，可以依照設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)率區(qū)間來進(jìn)行判斷，如果實(shí)時(shí)振動(dòng)率低于、高于標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間，則說明設(shè)備可能存在組件異常、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡等物理性噪聲成因。

2.2.2 人工處理

根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果可確認(rèn)煤礦井下排水設(shè)備的狀態(tài)，在出現(xiàn)噪聲時(shí)間較短的情況下，工作人員必須第一時(shí)間對(duì)設(shè)備進(jìn)行排查，找到主要成因位置，并對(duì)此進(jìn)行處理，如更換零部件后，有必要對(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，如果依舊存在噪聲，則重復(fù)處理此步驟，直至消除噪聲。定期清理排水管路、水倉和沉淀池的積垢，并適當(dāng)減少水泵啟停次數(shù)等來降低噪音。除此之外，還要加強(qiáng)對(duì)工作人員的培訓(xùn)管理，提升專業(yè)能力和綜合素質(zhì)，確保按照要求正常操作設(shè)備，避免水泵超時(shí)、超負(fù)荷工作，并嚴(yán)格按照規(guī)定定期進(jìn)行大、中、小檢修，盡可能做到早發(fā)現(xiàn)、早檢修，盡量降低噪聲傳播。

此外，還要加強(qiáng)對(duì)噪聲傳播途徑的控制，電動(dòng)機(jī)、水泵等部件與地面或者底盤的交接處采用橡膠墊鏈接，以達(dá)到減振、隔振的效果。將噪聲較大的水泵房和變電所用隔音門隔開，切斷噪聲傳播途徑。同時(shí)將巷道壁設(shè)置成凹凸不平的表面，達(dá)到吸聲、降低噪聲的目的。

3 結(jié)語

煤礦井下作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變，要給工作人員創(chuàng)造一個(gè)較為舒適的工作環(huán)境，以吸引更多高素質(zhì)的專業(yè)人才。本文分析了煤礦井下排水設(shè)備噪聲控制技術(shù)，通過分析可知，該設(shè)備出現(xiàn)噪聲的成因很多，且某些成因還具有安全隱患，因此必須加以控制。文中提出了噪聲預(yù)防、管理控制技術(shù)，從多個(gè)角度實(shí)現(xiàn)噪聲的預(yù)防、消除控制。