一種礦用通風(fēng)機通風(fēng)調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計及應(yīng)用分析

薛昌盛

（晉能控股集團(tuán)寺河礦， 山西 晉城 048400）

引言

目前我國煤礦井下開采作業(yè)過程中通過使用通風(fēng)機對作業(yè)面進(jìn)行通風(fēng)，目的是有效地保證風(fēng)量要求。在實際的操作過程中，一些煤礦井下通風(fēng)機的通風(fēng)口是在某個固定的位置，無法對其通風(fēng)角度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，所以采用該通風(fēng)機的時候會出現(xiàn)一定的弊端，從而無法滿足當(dāng)前不同巷道的通風(fēng)需求。此外，傳統(tǒng)的通風(fēng)機在工作的過程中會經(jīng)常出現(xiàn)通風(fēng)口堵塞的現(xiàn)象，而且通風(fēng)口出現(xiàn)堵塞以后不容易被檢查出，造成在通風(fēng)口處瓦斯的含量較高，在生產(chǎn)過程中帶來安全方面的問題，因此，面對通風(fēng)機在工作過程中經(jīng)常出現(xiàn)的以上問題，對煤礦局部通風(fēng)機的通風(fēng)方式進(jìn)行分析研究，最終設(shè)計了一種能夠?qū)νL(fēng)機通風(fēng)角度進(jìn)行控制的設(shè)備并進(jìn)行分析。

1 局部通風(fēng)機通風(fēng)方式

1）壓入式通風(fēng)。如圖1-1 所示，在煤礦作業(yè)巷道進(jìn)風(fēng)側(cè)安裝有局部通風(fēng)機，距離進(jìn)風(fēng)側(cè)約10 m 的位置處，通風(fēng)機的工作原理是通過將新鮮的空氣吸入風(fēng)筒中，然后通過風(fēng)筒的出風(fēng)口將新鮮的空氣傳輸?shù)阶鳂I(yè)區(qū)域，并且由于氣流的折返作用，會同時將污濁的氣體及時的排出。采用壓風(fēng)式通風(fēng)具有的優(yōu)勢是工作安全可靠、通風(fēng)效率較高、成本較低等，采用該方式滿足了巷道中排出瓦斯的要求[1]。

2）抽出式通風(fēng)。如圖1-2 所示，局部通風(fēng)機的位置是在距離工作面巷道出風(fēng)側(cè)10 m 左右處，該通風(fēng)機的工作原理是通過將風(fēng)筒內(nèi)吸收污濁的氣體，在巷道的作業(yè)面會安裝風(fēng)筒的進(jìn)風(fēng)口，此時，污濁的空氣在進(jìn)風(fēng)口處被吸入風(fēng)筒中，從而出現(xiàn)了低壓區(qū)，由于氣壓差的作用，導(dǎo)致了新鮮的空氣被吸入巷道中。采用抽出式通風(fēng)的優(yōu)勢是排塵效率高等，滿足了主要排出礦塵的工作環(huán)境中。因為采用抽出式通風(fēng)設(shè)備時吸程范圍是有限的，所以在面對具有瓦斯風(fēng)流的情況下，容易造成瓦斯泄漏甚至爆炸的現(xiàn)象，所以不適合瓦斯密度較大的場合。

3）混合式通風(fēng)。如圖1-3 和圖1-4 所示，混合式通風(fēng)是在抽出式和壓入式方式相結(jié)合的基礎(chǔ)上設(shè)計出來的，一般情況下，在巷道口和工作面應(yīng)該選擇不同的通風(fēng)方式進(jìn)行的，其工作原理是當(dāng)面對新鮮空氣是通過壓入式通風(fēng)進(jìn)行輸送的，當(dāng)面對污濁空氣是通過抽出式通風(fēng)進(jìn)行抽出的。在巷道口應(yīng)該選擇具有較長風(fēng)筒的壓入式通風(fēng)，在工作面處應(yīng)該選擇具有較長風(fēng)筒的抽出式通風(fēng)，相應(yīng)的情況下在工作面采用具有較短風(fēng)筒的壓入式通風(fēng)，將這種方式也稱之為長抽短壓方式進(jìn)行混合通風(fēng)。采用混合式通風(fēng)的方式具有的優(yōu)勢是成本比較高、耗能較高、效率高等，因此在大斷面進(jìn)行作業(yè)的巷道中比較常用[2]。

圖1 局部通風(fēng)機通風(fēng)方式

2 煤礦通風(fēng)機調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計分析

2.1 結(jié)構(gòu)

為了能夠處理通風(fēng)機處通風(fēng)口的角度無法進(jìn)行控制的弊端，對煤礦通風(fēng)機設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化處理，具體設(shè)計如圖2 所示。通風(fēng)機調(diào)節(jié)裝置包含轉(zhuǎn)動板、安裝板、固定塊、螺紋桿等零部件。

圖2 煤礦通風(fēng)機調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

通風(fēng)機調(diào)節(jié)設(shè)備在底端處的位置布置有多組支撐腳；在底板的上端面處設(shè)有安裝板，并且安裝板處裝有出風(fēng)口；電機位于安裝板的位置處；固定塊共有4 個，且是通過兩兩一組進(jìn)行布置的；安裝塊和螺紋桿都是以兩組的兩組進(jìn)行布置的，每組螺紋桿旋進(jìn)的時候會連接固定塊，并且會有一組螺紋桿的端部當(dāng)穿過固定塊的時候會和輸出軸進(jìn)行連接，通過傳動的方式使得螺紋桿之間連接；安裝塊的位置位于固定塊之間，兩組安裝塊之間通過螺紋的方式將螺紋桿進(jìn)行連接[3]。

第一連接桿采用兩組的方式，在此前提下，需要保證每組的第一連接桿都會開設(shè)有第一條形通孔，還需要保證的是兩組第一連接桿的端部位置是通過安裝塊相連的；在這種情況下，需要保證第二連接桿通過和兩組的第一連接桿進(jìn)行連接的，并且與安裝塊的斷面距離較遠(yuǎn)，同樣的情況下，在第二連接桿上也是開設(shè)有第二條形通孔。

在調(diào)節(jié)裝置設(shè)計了照明設(shè)備；其安裝的位置位于底板上，通過蓄電池進(jìn)行供電；照明設(shè)備的主要作用是實現(xiàn)在礦道內(nèi)照明，從而能夠有效地防止工作人員不熟悉周邊作業(yè)的環(huán)境，導(dǎo)致碰撞到設(shè)備上。

通風(fēng)機調(diào)節(jié)裝置上設(shè)計了第二伸縮裝置；根據(jù)實際作業(yè)過程的需要，必須采用分布多組第二伸縮裝置，其位置是在支撐腳和底板連接處進(jìn)行安裝布置，在伸縮端的位置處于支撐腳相連；由于在礦道內(nèi)部的作業(yè)環(huán)境比較復(fù)雜，可以采用對第二伸縮裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)的方式來進(jìn)行平穩(wěn)的放置，從而有效地增加了安全可靠性。

通風(fēng)機的調(diào)節(jié)裝置固定軸需要滿足于轉(zhuǎn)動板之間的距離應(yīng)該小于固定軸到通風(fēng)機的距離，從而能夠滿足轉(zhuǎn)動板和通風(fēng)機所偏移的角度值一樣，當(dāng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)動板偏移量小于通風(fēng)機的偏移量時，在這種情況下，能夠便于第一伸縮裝置通過小距離的伸縮方式實現(xiàn)位于第二連接桿上的通風(fēng)機進(jìn)行大范圍轉(zhuǎn)動。

2.2 工作原理

當(dāng)要求對通風(fēng)機的位置需要調(diào)節(jié)時，首先需要啟動電機，當(dāng)電機在轉(zhuǎn)動的過程中會將兩組螺紋桿進(jìn)行帶動，此時，兩組安裝塊將會通過兩組螺紋桿進(jìn)行運動，并帶動兩組第一和第二連接桿進(jìn)行上下位置的變動，從而能夠有效地改變通風(fēng)機位置狀態(tài)；當(dāng)要求對通風(fēng)機角度方向進(jìn)行調(diào)節(jié)時，需要將兩組第一伸縮裝置進(jìn)行啟動，此時將會出現(xiàn)一組裝置伸長，另一組裝置將會縮短，從而會導(dǎo)致轉(zhuǎn)動板進(jìn)行轉(zhuǎn)動，進(jìn)一步使得通風(fēng)機進(jìn)行運動，滿足了對通風(fēng)機角度的控制，實現(xiàn)了通風(fēng)機位置可以針對不同的工作情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.3 甲烷濃度檢測儀

通風(fēng)機的調(diào)節(jié)裝置處還增設(shè)甲烷濃度監(jiān)測器、報警器、蓄電池等相關(guān)的部件。在底部安裝有控制器，底板上設(shè)有凹槽；在凹槽內(nèi)部裝有蓄電池；報警器在底板的上端面安裝；甲烷濃度監(jiān)測器位置處于安裝板上。

當(dāng)?shù)V道內(nèi)出現(xiàn)濃度較大的甲烷時，由于甲烷的特性時易燃易爆，所以安裝有甲烷濃度監(jiān)測器進(jìn)行對礦內(nèi)甲烷氣體濃度的實時監(jiān)測，并且將監(jiān)測出的信息及時地傳輸?shù)娇刂破鳎藭r，控制器將對傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行接收并分析，根據(jù)其濃度的大小來判斷是否觸發(fā)警報，從而能夠便于讓工作人員及時地了解到通風(fēng)口是否被堵塞的情況。

3 實踐應(yīng)用分析

3.1 工程概況

對晉能煤業(yè)公司某礦的開采模式進(jìn)行研究可知，該礦采用斜井開拓的方式作業(yè)；具有4 個井筒；開采的水平可以達(dá)到+1 125 m；目前開采的煤層為9+10號，11 號；所用到的工藝為綜采放頂煤；低瓦斯等級。該煤礦的通風(fēng)模式是使用中央并列機械式進(jìn)行，配有3 個進(jìn)風(fēng)口和一個回風(fēng)立井。采用的通風(fēng)機型號為FBCDZ-NO.25，具有防爆抽出式對旋軸流式的工作特點，其功率為2×315 kW，排風(fēng)量能夠達(dá)到4 800～9 600m3/min；目前對51006 工作面，總面積約為168000 m2，9+10 號合并煤層，夾矸 0.25～0.6 m，該煤層的傾角約為4°。對51006 工作面使用的通風(fēng)機具有噪聲小、旋軸流的特點，并配有直徑為Φ800 mm 風(fēng)筒壓入式供風(fēng)。

3.2 通風(fēng)機調(diào)節(jié)裝置的應(yīng)用

51006 掘進(jìn)工作面中使用的傳統(tǒng)通風(fēng)機由于具有固定通風(fēng)口的弊端，導(dǎo)致在針對不同挖掘位置進(jìn)行對通風(fēng)口的調(diào)節(jié)時，難度較大。因此，設(shè)計了具有新特點的低噪聲對旋軸流式局部通風(fēng)機，并且進(jìn)行在實際工作過程中的試驗。根據(jù)2021 年11 月—2022 年3月的試驗結(jié)果得知，該通風(fēng)機的整體穩(wěn)定性較好，能夠?qū)Σ煌男枨筮M(jìn)行通風(fēng)口的調(diào)節(jié)，且還能夠?qū)崟r地監(jiān)測通風(fēng)口處的甲烷的含量來判斷通風(fēng)口是否堵塞的情況，在該礦中實現(xiàn)了高效率開采的優(yōu)勢。