提高安全性能

馬永杰 吳東明 段鵬飛

【摘要】煤礦的安全保障，是提高煤礦作業效率的前提，也是我國煤礦事業發展的重要條件。煤礦主通風機的設計選型對提高煤礦的安全有著重要的意義，要解決煤礦生產中出現的問題，必須了解我國煤礦主通風機的現狀，并對其進行選型設計改造，設計出合適煤礦作業環境的主通風機，以提高煤礦生產效率，實現安全生產。本文通過對煤礦主通風機的選型分析，研究煤礦主通風機的選型系統以及選型方法。

【關鍵字】煤礦；主通風機；選型設計；選型系統

1.前言

礦井通風系統是煤礦生產系統的一個重要組成部分，在生產系統進行技術改造的同時，必然要進行通風系統技術改造。隨著地質條件、生產布局的改變，通風網絡也將隨之改變，但與原來礦井通風系統匹配的離心式通風機性能卻不能伴隨這種特征的變化而變化，因而造成設備性能不匹配，影響了設備的使用效率；而且原來主通風機由于性能特性單一和長期使用而造成的設備老化問題，將使煤礦生產成本增加，造成直接經濟損失。因此，為了滿足市場競爭的需要和礦井安全生產的要求，必須提高主通風機工作能力，使之與改造后的通風系統匹配。但就目前來說，更換新型風機是最經濟、最見效、最長久的措施，只有了解通風機選型原則并進行合理選型設計，才能永久改善煤礦生產效率和安全性能。

2.煤礦主通風機的選型

2.1選型主要原則

合理的選型不但為煤礦帶來明顯的經濟效益，同時也為減排噪聲污染及煤礦的正常生活帶來更大的方便，選型時應注意：①必須滿足煤礦通風系統中風量和風壓的要求；②使通風機的實際工況點在0%的高效區內運行，達到節能降耗的目的。

選型的原則：①根據煤礦的系統要求，煤礦用主風機的裝機功率一般較大，選型應首先注重節能和高效；②根據煤礦的環境要求（一般主通風機靠辦公區域比較近，有的還在村莊附近）選型時，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機；③根據當前市場的技術情況，還要進一步了解國內通風機行業的生產現狀和產品的質量以及新產品的推廣情況等，以便擇優選用氣動性能優良，效率高，噪音低，震動小，反風量大，高效區域寬廣的礦用主通風機[1]。對新建礦井的選型，一般由設計院按礦井的設計生產能力，地形結構，通風系統的布置等，精確的計算出礦井所需的風量和風壓，增加一定的漏風系數以及消聲阻力，通過計算，得出裝機功率，再參考風機產品樣本進行選型；對生產礦井舊風機更新改造的選型，一般需要更新改造的風機：①風機的實際工況點嚴重偏離高效區；②不能滿足煤礦所需風量風壓參數要求；③不能滿足反風要求；④因葉片調整后裝機功率過小；⑤屬已淘汰或將要淘汰的產品等。以上情況，一般由使用單位（在生產煤礦）根據實測的風量和風壓或根據以后為擴大采面等因素，比較準確地估算出后期的風量和負壓，計算出裝機功率，按產品樣本選型或參考其它同類參數通風系統的礦井進行選型，有時也有生產廠家參與選型（或由廠家重新設計葉型，來滿足新的工況參數）。

2.2設計主通風機選型系統

風機選型往往要經過大量的性能計算。采用人工選型，選型時間長、工作效率低，如果利用計算機技術進行風機選型，不僅能加快風機選型速度而且能提高準確率。由于煤礦通風的復雜性，一般的通風機選型軟件并不適用于煤礦主通風機選型，必須根據煤礦通風的具體情況進行開發。整個系統包括風機選型和數據維護兩大模塊[2]。風機選型模塊由礦井通風參數輸入與換算、風機選型計算、風機性能參數計算、安裝尺寸及安裝圖的顯示和風機外形圖顯示等子模塊組成。

2.3選擇可用風機

一般風機的選型步驟分為按有因次特性曲線選型和無因次特性曲線選型。有因次特性曲線選型法需要參數量多、比較次數多、占用空間大、不利于用計算機選型。與之相對比，無因次特性曲線選型法只需要一種型號一種參數，其它參數只需要通過計算得出，這樣利用計算機選型能減少比較次數，選型速度快、占用空間小。因此，本系統中“可用風機”選擇采用無因次特性曲線選型法，具體步驟如下：利用待選風機參數，選用一定的風機轉速（在煤礦主通風機所用電機轉速系列較少，可先選定轉速，如果初定的轉速不合適，可以調整后重新選型），計算出比轉數，根據比轉數確定風機類型，由無因次性能參數計算風機機號并圓整到系列機號；用圓整后的機號重新計算風機性能參數，篩去流量、壓力落在風機合理工作區外的風機，求出礦井通風阻力特性曲線方程；求出工況點，篩去工況點落在合理工作區外的通風機，選取所有可用風機中功率最小的風機作為選定風機，顯示選定風機的性能參數、安裝尺寸（圖）、外形圖。

3.煤礦主通風機的選型方法

3.1選型方式

通風機選型通常采用以下五種方式：①按無因次特性曲線選型；②按對數坐標曲線選型；③按有因次特性曲線或性能表選型；④按變型選型；⑤按管網阻力進行選型。

3.2具體操作

煤礦用戶在選型時方式比較簡單，通常的做法是：①首先確定的是煤礦所需要的風量和風阻，然后根據產品樣本給出的標準狀態下的靜壓特性曲線，找出橫坐標與縱坐標的焦點（即工況點），再根據其等效曲線確定運轉效率。在多個可滿足所需風量和壓力的風機中，選擇效率較高的風機，選擇的風機工況點最好的是在高效圈附近，不要選擇工況點接近最大或最小安裝角的風機，以選擇安裝角在中線最好；②然后在對應上面的流量和功率曲線找一下最高功率點來確定風機的裝機功率。比較準確的選型方式應按下式來確定裝機功率：

N=P×Q×1.2/1000×η風×η電

式中：N—電機功率，kW；

P—風機的壓力，Pa；

Q—風機的流量，m3/s；

η風—風機的效率；

η電—電機的效率。

根據煤礦的具體情況，除了簡單地按上述選型外，為了更加準確地選擇風機的直徑，最好按管網阻力進行選型。因為煤礦的風量比較好計算，就是有足夠的壓力去克服管網阻力就可以了，管網總阻力就是礦井的阻力（它是管網摩擦阻力和局部阻力之和），管網阻力P=K×Q2也就是要求風機能夠達到的壓力，當礦井的通風系統（巷道等風道）確定好以后，管網的阻力系數K也就確定了。按管網阻力系

數K與轉速n，葉輪直徑D，及葉輪的圓周速度v之的關系：

n=K3/4nsQ/5.54（r/min）

D=149.7/K1/4ρ1/2Χ1/2（m）

式中：ρ—空氣密度；

K—管網總阻力系數；

ns—比轉速；

Χ—風機的壓力系數；

D—葉輪直徑；

n—葉輪轉速；

Q—流量。

計算出葉輪直徑D和風機的轉速n以及葉輪的圓周速度v。后，再參考產品樣本進行比較選擇。葉輪圓周速度V0是軸流通風機設計中的重要參數之一，旋轉噪聲與渦流噪聲與之成正比。有資料推薦，單機低噪聲軸流通風機的運轉時的圓周速度應≤40m/s，一般的軸流通風機保持安靜運轉時的圓周速度≤70m/s，最高不超過120m/s，圓周速度≥120m/s時要注意噪聲的處理。

結語

礦用主通風機是保證礦井正常生產和井下工人安全的關鍵設備，所以，正確選擇礦用主通風機對礦山的節能降耗和安全生產，具有十分重要的意義。合理的通風機選型設計改善了礦井通風系統，使煤礦作業效率有了很大的提高，既滿足了煤礦安全生產的要求，同時又在很大程度上提高了煤礦生產的經濟效益。通風系統改造是將新技術、新產品、新工藝靈活運用到煤礦生產中的一個復雜過程。成功的改造可以節約大量能源，提供安全生產保障，進而提高煤礦生產在市場中的競爭能力。這是我國煤礦現階段一項很重要、很有經濟價值的工作。

參考文獻

[1]喬海濤.淺談礦用主通風機的選型[J]. 煤礦機電，2008（06）：84-86

[2]陳光柱煤礦主通風機選型系統的設計[J]. 工礦自動化，2002（04）：24-27