礦井通風設備選型設計思考

韓猛

（中煤邯鄲設計工程有限責任公司，河北 邯鄲 056031）

關健詞：通風設備；選型設計；風機；風道；不停風倒機系統

礦井通風設備就是向井下輸送空氣的設備，是礦井生產的關鍵設備，在礦井安全生產中發揮著關鍵的作用。筆者根據多年的設計經驗，提供以下幾點通風設備選型設計心得，以供大家參考。

1 風機型式

目前，在煤礦礦井通風設備選型設計中，采用的都是軸流式通風機。軸流式通風機可分為防爆軸流式通風機和普通軸流式通風機。

防爆軸流式通風機主要為FBCDZ 型煤礦地面用防爆抽出式對旋軸流風機和FBCZ 型煤礦地面用防爆抽出式軸流風機，FBCZ 型風機主要應用在礦井風量、負壓較小的一些小型礦井，在大中型礦井風機選型設計中采用的防爆軸流式通風機以FBCDZ 型煤礦地面用防爆抽出式對旋軸流風機為主。該類型風機的主要優點是機房土建工程量小，安裝簡單，施工周期短。其缺點：（1）由于電機安裝在風機隔流腔內，需要采用隔爆電動機，電機散熱差，電機的維修較為復雜。（2）風機高效區范圍較窄，不利風量、負壓變化較大的工況調節。（3）用戶普遍反映風機實際運行效率較低，不利于節能。

普通軸流式通風機有短軸風機和長軸風機之分。相對于短軸風機，長軸風機設備布置更為合理，氣流流經風機時更為順暢，故在目前設計中，采用長軸風機更多，比如GAF 型、MAF 型、ANN 型風機，原來生產短軸風機的廠家，也開始為用戶提供長軸風機。普通軸流式通風機可按“量體裁衣”的方式選擇風機，風機制造質量好、高效區范圍寬、實際運行效率較高，其缺點是機房土建工程量大，施工安裝較對旋風機復雜，安裝周期較長。

對比兩種類型的風機，當礦井風量、負壓較大，風機選型葉輪直徑超過2.8m 時，建議選用長軸風機。風機葉輪直徑在2.8m 及以下時可選用防爆軸流式通風機。

2 風機反風方式

不同類型的風機，反風方式也有一定的區別。防爆軸流式通風機的反風方式采用的是風機電機反轉反風。普通軸流式通風機的反風方式可以分為調節葉片角度反風、風機電機反轉反風和風機配合專用反風道和反風風門反風。采用風機電機反轉方式方式最為簡單，操作時間短，從控制上可以做到“一鍵反風”。采用調節葉片角度反風方式，雖然反風風量很大，但需要停機調整葉片角度，操作時間較長，且反風效率低、反風功率大，有時可能超過風機正常運行時的功率。采用專用反風道和反風風門反風方式，土建工程量大，操作復雜。通過對比幾種反風方式，建議在設計中采用風機電機反轉方式反風。

3 風機運行工況調節方式

對于風機自身運行工況的調節方式，在設計中常用的有調整葉片安裝角度、改變風機運行轉速、改變葉片數量、兩級葉輪的風機通風容易時期可以采用單級運行等方式。

對于調整葉片安裝角度的方式，可以分為停機調節和動葉在線調節。無論哪種調節葉片方式，只適用于礦井風量和負壓變化時的調節，對于某一確定的工況點，單純靠調節葉片角度，不能起到提高風機運行效率的作用。以圖1 為例，某礦井通風容易時期風機工況點的風量為150m3/s，負壓為1000Pa，工況點效率為70%，葉片角度為-18°。若想通過調節葉片角度的方式來提高風機運行效率，必然會增大礦井的風量和負壓。比如，若使風機在效率為88%的高效區運行，根據通風網路特性曲線，風機葉片角度應調整至0°～5°之間，此時風機的風量約為250m3/s，負壓約為2500Pa，極大的超出了礦井井下所需風量和負壓的要求，嚴重影響礦井的安全生產，是實際生產中所不允許的。

圖1 風機運行特性曲線圖（f=50Hz，n=740r/min）

對于改變風機運行轉速的方式，目前常用的是采用變頻調速技術。通過改變風機運行的轉速，來改變風機的風量和負壓，同時配合風機葉片角度的調節，可使風機運行在高效區。同樣以上圖1 為例，該圖是風機在頻率50Hz、轉速740r/min 下的風機運行特性曲線圖，若使風機在效率為88%的高效區運行，并保持風量和負壓不變，根據通風機的比例定律，需將頻率調至30Hz，轉速降為444r/min，葉片角度調整到3°。調節后的風機運行特性曲線見圖2。對于采用變頻調速技術運行的風機，應特別注意，風機運行的頻率應避開共振頻率。

圖2 風機運行特性曲線圖（f=30Hz，n=444r/min）

對于個別礦井來說，即使采用變頻調速技術也很難使風機運行在高效區，此時也可以采用改變葉片數量的調節方式，如通風容易時期半數葉片運行，通風困難時期全數葉片運行。選用有雙級葉輪的風機，通風容易時期可以單級運行，通風困難時期雙級運行。

4 風道布置型式

在設計中，風道的布置型式有兩種，單風道和雙風道，如圖3、4 所示。單風道布置型式從土建工程量、工程投資、施工工期上來說優于雙風道型式，但是從使用效果上來說，雙風道布置型式優于單風道布置型式。雙風道布置型式方便通風機的現場性能測定，因為該種方式有兩條單獨的水平直線段風道，通過在風道上設置的垂直風門和水平測試風門，能夠在不影響礦井正常通風的情況下實現對風機的性能測定。當然，很多單風道布置型式的風機，通過在風機入口處增加測試風筒也實現了風機性能測定，但是其占地面積增大，機房土建工程量增加。而且由于很多測試風筒長度不夠，導致測試風流不夠穩定，影響測試效果。對比兩種風道布置型式，條件允許時，在設計中建議盡可能采用雙風道布置型式。

圖3 單風道布置圖

圖4 雙風道布置圖

5 不停風倒機系統

在礦井日常生產中，當礦井主通風機倒機時，在倒機的短暫停風(通風系統失穩)時間內，高突礦井出現瓦斯超限具有普遍性，給礦井安全生產埋下隱患。不停風倒機系統是近年來出現的一種新的通風技術及裝備，其主要配置由立式掛網風門、對空測試風門、備用檢修風門組成，通過風門間的配合可以實現一臺風機正常工作運行，另一臺風機進行熱備，從而實現在風機倒換過程中井下不停風的目的，對礦井的安全生產起到了一定的保障作用。在條件允許時，可在設計中采用該系統。

6 結語

礦井通風設備的選型設計合理與否，直接影響著礦井的安全生產、電能消耗和生產成本，在選型設計過程中，應遵循設備和設施質量可靠、技術先進、經濟合理、節能、環保的原則。上述僅為個人觀點，希望工程設計人員能夠從中得到啟發，不當之處敬請批評、指正。