山東某金礦多中段并聯(lián)輔扇風(fēng)機(jī)高效聯(lián)合運轉(zhuǎn)的通風(fēng)研究及應(yīng)用

王中利，周永帥，李瑞昆，張俊嶺，梁 帥

（中礦金業(yè)股份有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265400）

1 某金礦通風(fēng)現(xiàn)狀及問題分析

某金礦通風(fēng)系統(tǒng)當(dāng)前采用兩翼對角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)，兩進(jìn)兩回的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。此金礦采用主豎井-盲主井、1#豎井-1#盲豎井兩路接力進(jìn)風(fēng)井進(jìn)風(fēng)，新鮮風(fēng)流經(jīng)一級盲井通過各中段主進(jìn)風(fēng)巷按需分配風(fēng)量，為各生產(chǎn)區(qū)域提供新鮮風(fēng)流并排出有毒有害物質(zhì)[1]。

東翼回風(fēng)井承擔(dān)主要回風(fēng)任務(wù)。其中西翼回風(fēng)主要服務(wù)二十六中段以下深部作業(yè)區(qū)域，沖刷作業(yè)面后污風(fēng)由6#盲豎井二十六、二十八中段兩臺37KW并聯(lián)輔扇風(fēng)機(jī)排至二十中段，經(jīng)3#盲豎井回至十四中段，再經(jīng)西風(fēng)井排出地表[2]。

此金礦西翼回風(fēng)系統(tǒng)由于系統(tǒng)通風(fēng)線路長，通風(fēng)阻力過大，而6#盲豎井二十六中段、二十八中段兩臺并聯(lián)37KW輔扇風(fēng)機(jī)由于靠近回風(fēng)井筒安裝，一是兩臺風(fēng)機(jī)出風(fēng)口在井筒匯合處風(fēng)流出現(xiàn)相互沖擊形成局部阻力，二是風(fēng)機(jī)出風(fēng)口風(fēng)流直角拐彎造成局部阻力過大，造成西翼回風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)效率偏低，通風(fēng)能耗增大。

圖1 二十六中段風(fēng)流導(dǎo)向板安裝示意圖和安裝傾角

2 通風(fēng)理論分析及研究

（1）兩并聯(lián)風(fēng)路風(fēng)流交匯時，產(chǎn)生撞擊損失和渦流損失。一方面6#盲豎井二十六中段、二十八中段兩條回風(fēng)線風(fēng)流均出現(xiàn)直角轉(zhuǎn)彎后進(jìn)入回風(fēng)井內(nèi)；另一方面兩條并聯(lián)回風(fēng)線路巷道匯合時，由于風(fēng)流的速度和方向突然發(fā)生變化，導(dǎo)致兩股風(fēng)流產(chǎn)生劇烈沖擊、撞擊，形成極為紊亂的渦流而造成能量損失和風(fēng)量的減少，產(chǎn)生較大的局部阻力[3]。

（2）風(fēng)機(jī)聯(lián)合運轉(zhuǎn)時互相成為阻力，風(fēng)機(jī)聯(lián)合運轉(zhuǎn)未發(fā)揮最大效能。兩臺風(fēng)機(jī)聯(lián)合運轉(zhuǎn)，在實際的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，兩臺風(fēng)機(jī)均未發(fā)揮最佳效能和最佳工況點，即風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為靜壓和動能，造成聯(lián)合運轉(zhuǎn)的兩臺風(fēng)機(jī)互相成為阻力，影響風(fēng)機(jī)聯(lián)合運轉(zhuǎn)時效能的發(fā)揮[4]。

3 并聯(lián)輔扇風(fēng)機(jī)高效通風(fēng)研究方向

3.1 在并聯(lián)回風(fēng)巷道內(nèi)兩股風(fēng)流匯合處設(shè)計了導(dǎo)風(fēng)板

把連接巷道和井筒兩個不同斷面風(fēng)道的邊緣做成斜線（斜線與巷道底板夾角β）并制作風(fēng)流導(dǎo)向板，利用風(fēng)流導(dǎo)向板改變風(fēng)流方向，盡量避免出現(xiàn)直角轉(zhuǎn)彎，減少風(fēng)流撞擊損失，降低局部阻力。

3.1.1 未作調(diào)整時，巷道匯合局部阻力概算

如圖2所示，則1-3段和2-3段的局部阻力h13、h23分別為：

（1）巷道粗糙度的影響系數(shù)Kα的取值，根據(jù)巷道摩擦阻力系數(shù)α值確定。首先，井巷摩擦阻力系數(shù)α的選取，即α取值在0.00588 ～ 0.000784之間[5]。

圖2 兩種巷道匯合局部阻力概算

（2）巷道粗糙度的影響系數(shù)Kα的取值

巷道粗糙度的影響系數(shù)Kα的取值，根據(jù)巷道摩擦阻力系數(shù)α值來選取，見下表：即Kα取值為1.1～1.25，取Kα=1.25。

則未作調(diào)整前，則對1-3段和2-3段的校正系數(shù)計算：

Q1—6#盲豎井二十六中段回風(fēng)風(fēng)量；Q2—6#盲豎井二十八中段回風(fēng)風(fēng)量；

Q3—6#盲豎井系統(tǒng)總回風(fēng)量；V1—6#盲豎井二十六中段回風(fēng)風(fēng)速；

V2—6#盲豎井二十八中段回風(fēng)風(fēng)速；θ1、θ2—并聯(lián)回風(fēng)巷道與總回風(fēng)巷道中心線夾角。

（3）調(diào)整前，對1-3段和2-3段的局部阻力h13、h23計算：

即調(diào)整前1-3段和2-3段的局部阻力分別為10.75Pa、8.56Pa。

3.1.2 安裝風(fēng)流導(dǎo)向板且調(diào)整風(fēng)機(jī)聯(lián)合運轉(zhuǎn)后，巷道匯合局部阻力概算

（2）調(diào)整后，則對1-3段和2-3段的局部阻力h13＇、h23＇計算：

校正系數(shù)：

綜上得，即安裝導(dǎo)向板后，局部阻力下降17.05Pa，另外原有的渦流阻力損失也明顯減少，從而使回風(fēng)量得到有效增加。

3.2 按照風(fēng)流匯合點風(fēng)壓相等原理，調(diào)整兩臺風(fēng)機(jī)運行頻率，達(dá)到最佳能效點

通過現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)分析，并結(jié)合兩臺通風(fēng)機(jī)的特性曲線，確定通風(fēng)機(jī)聯(lián)合運轉(zhuǎn)后的最佳工況點，實現(xiàn)風(fēng)機(jī)聯(lián)合運轉(zhuǎn)后，風(fēng)量最大，能耗最低，實現(xiàn)高效、低耗、安全運行[6]。

并聯(lián)輔扇風(fēng)機(jī)運行情況實際檢測數(shù)據(jù)。

表1 二十六中段及二十八中段風(fēng)機(jī)變頻調(diào)整運行數(shù)據(jù)匯總

通過現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)分析，并結(jié)合兩臺通風(fēng)機(jī)的特性曲線，確定通風(fēng)機(jī)聯(lián)合運轉(zhuǎn)后的最佳工況點。

圖3 二十六中段、二十八中段并聯(lián)風(fēng)機(jī)的等效特性曲線

4 取得的效益及成果

（1）降低了并聯(lián)輔扇風(fēng)機(jī)之間聯(lián)合運轉(zhuǎn)的局部阻力，增大了系統(tǒng)回風(fēng)量。

在回風(fēng)井馬頭門與井筒連接處了安裝斜面導(dǎo)風(fēng)板后，大大減小了風(fēng)流相互沖擊及渦流等局部阻力損失，6#盲井總回風(fēng)量由30m3/s增加到現(xiàn)在的40m3/s，回風(fēng)量增加了10m3/s，深部通風(fēng)得到優(yōu)化和加強[7]。

（2）實現(xiàn)輔扇風(fēng)機(jī)最佳工況點運行，確定最佳能效點通風(fēng)，減少通風(fēng)能耗。

通過將二十八中段37KW輔扇風(fēng)機(jī)變頻調(diào)至45HZ（受用電負(fù)荷及額定功率影響，風(fēng)機(jī)不能超此負(fù)荷），將二十六中段37KW輔扇風(fēng)機(jī)變頻由50HZ調(diào)至40HZ，達(dá)到了風(fēng)量、能耗最優(yōu)化值，風(fēng)機(jī)總電耗由74.65KW下降到現(xiàn)在的49.50KW，節(jié)約25.15KW，年可節(jié)約電量19.92萬度(按年運轉(zhuǎn)330天），按0.75元/度計算，年可節(jié)約成本14.94萬元[8]。

5 結(jié)語

因受現(xiàn)場條件制約和制作工藝影響，理論計算也只是粗略估算。該導(dǎo)風(fēng)板安裝時只安裝成斜面而未形成弧面，因而尚未達(dá)到最大化減少阻力的目的，需要在以后進(jìn)行優(yōu)化改造。隨著礦井開采不斷延深，通風(fēng)阻力逐漸增大，風(fēng)機(jī)聯(lián)合運轉(zhuǎn)最佳運轉(zhuǎn)狀態(tài)也會發(fā)生變化，需要不斷檢測，隨時關(guān)注風(fēng)機(jī)聯(lián)合運轉(zhuǎn)狀態(tài)下相關(guān)參數(shù)的變化來作調(diào)整。

本次通風(fēng)理論及并聯(lián)輔扇風(fēng)機(jī)的聯(lián)合運轉(zhuǎn)降低了并聯(lián)輔扇風(fēng)機(jī)之間聯(lián)合運轉(zhuǎn)的局部阻力，增大了系統(tǒng)回風(fēng)量，實現(xiàn)輔扇風(fēng)機(jī)最佳工況點運行，確定最佳能效點通風(fēng)，減少通風(fēng)能耗。礦山機(jī)械通風(fēng)是礦山的發(fā)展方向，風(fēng)機(jī)的聯(lián)合運轉(zhuǎn)也提高了總風(fēng)量，為礦山安全生產(chǎn)提供了根本保障。