煤礦地面用軸流通風機現狀及發展趨勢淺析

摘要：礦用主通風機是保障煤礦井下作業人員的健康和安全的重要保障，是煤礦安全生產的重要基礎，隨著通風機新產品、新技術的發展，未來將出現自適應礦用主通風機、自監測與故障預警礦用主通風機、動葉可調礦用主通風機等。

關鍵詞：軸流通風機；發展趨勢；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，調節煤礦井下的氣候條件，稀釋煤礦生產過程中產生的瓦斯、粉塵及有毒有害氣體、保證井下設備的正常運行，保障作業人員的健康和安全的重要任務，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代化煤礦建設的加快，大型軸流通風機得到了廣泛的應用。有關資料顯示，目前我國有煤礦企業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狀

近年來，礦井主通風機取得了前所未有的發展，伴隨著計算流體力學和控制技術的迅猛發展，礦用風機的設計技術取得了巨大進步，從簡單的一維無粘流動的直葉片設計，到具有代表性的二維無粘流動的等環量扭曲葉片設計、可控渦設計、再到準三維無粘流動的S1、S2流面的彎扭掠葉片設計等。20世紀80年代后，由于采用了新技術、新工藝，通風機的效率提高了5～10%[2]，擴大了調節范圍，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的FBCDZ№37/2×900、南陽防爆集團股份有限公司生產的FBCDZ№37/2×1250山西渝煤科安運風機有限公司生產的FBCDZ№39/2×1250、山西省運城安瑞節能風機有限公司生產的FBCDZ№40/2×1850、三河市燕京礦山設備有限公司生產的FBCDZ№40/2×1600等，個別生產企業具備生產最大通風機葉輪直徑為4600mm的能力。

2.國外通風機發展現狀

在國外，全三維粘性計算流體力學技術已在西方發達國家礦用通風機及其系統的分析、控制與優化設計中得到應用。不僅如此，西方發達國家還將計算流體力學技術和控制技術等有機結合，應用于風機本體、系統及運行的全過程的流動數值研究與分析，基于全三維粘性流動數值研究與分析的葉片優化設計、通流部分設計、葉片調節和電機變頻調速技術為一體的風機及系統優化設計技術極大地提高了風機的運行效率和節能技術水平。生產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；葉輪直徑3.66m的通風機， 壓力10200Pa，功率2×3800kW， 動葉同時可調。德國Turag公司生產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展趨勢

隨著煤炭工業發展和市場需求，通風機新產品、新技術的應用程度也在逐年加快，未來煤礦地面用軸流通風機發展將體現在以下幾個方面：

（1）通風機型號將進一步加大。隨著大型現代化煤礦建設，我國煤礦數量將逐年將少，生產規模將擴大[3]，主通風機將向大直徑、高電壓、大功率、大風量方向發展。如：山西潞安環保能源開發股份有限公司五陽煤礦煤礦現用的FBCDZ系列通風機葉輪直徑達4000mm，功率2×1850kW；應用于晉煤趙莊礦的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。現有的礦井通風機大部分存在不能根據生產現場的需要自動調節、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、調節技術的發展，自適應礦用主通風機系統即將實現。該礦用主通風機系統由數據采集單元檢測環境參數信號以及主通風機、備用通風機的故障信號傳輸至控制單元，通過執行單元與主風機、備用風機連接，控制單元調節控制主風機和備用風機的運行。采用該技術自動調節風機轉速和運行狀況，適時提供礦井生產所需要的風量，出現故障時能停止故障風機，自動切換成備用風機運轉，在礦井需要反向送風時能快速反向送風，提高礦井通風系統的安全性和可靠性。

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

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

4.結論

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

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

參考文獻

[1] 吳劭星.主扇與局扇聯合運轉在煤礦通風系統中的優化研究[D].昆明理工大學碩士論文，2011

[2] 李永剛. 基于PLC控制的變頻調速通風機系統[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中存在的問題及管理[J].科技創業家，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月畢業于煤炭科學研究總院，主要從事礦井通風機械和礦井災害防治方面的研究工作。