提高煤礦主通風機效率的途徑及措施

提高煤礦主通風機效率的途徑及措施

一、前言

煤礦井工生產是地下作業，自然條件複雜，工作環境惡劣。地麵空氣在進入井下並流經各作業場所的過程中，將摻入有毒有害氣體和礦塵，成分逐漸發生變化。同時，由於地熱作用，人體和機械的散熱、水分的蒸發等，都會顯著提高井下空氣的溫度和濕度，造成不良的氣候條件。解決這些問題就需要礦井通風係統。通風係統之於煤礦，一如心髒之於身體，其重要性可想而知。礦井通風係統是向礦井各作業地點供給新鮮空氣、排出汙濁空氣的進、回風井的布置方式，主要通風機的工作方法，通風網絡和風流控製設施的總稱。礦井通風係統的分類有很多種。根據礦井通風係統的結構可分為統一通風和分區通風；根據進、回風井的布置位置可分為中央式、對角式、分區式及混合式通風；根據主要通風機的工作方式可分為壓入式、抽出式和混合式通風；根據主要通風機的安裝地點可分為井下、地表和井下地表混合式通風。礦井通風係統應根據礦井設計生產能力、煤層賦存條件、表土層厚度、井田麵積、地溫、礦井瓦斯湧出量、煤層自然傾向性等條件，在確保礦井安全、兼顧中、後期生產需要的前提下，通過對多個可行的礦井通風係統方案進行技術經濟比較後確定。

　　合理的礦井通風係統是防治瓦斯、煤塵、自然發火事故的關鍵。瓦斯是煤礦最嚴重的危害，預防瓦斯超限，防止瓦斯爆炸，基礎工作是要構建可靠的通風係統，使井下巷道和工作麵供風可靠，風量充足，使風排瓦斯含量能夠滿足礦井要求。而針對采煤工作麵上隅角的瓦斯，很大一部分是由采空區漏風從采空區岩層裂隙中帶到上隅角的。因此，控製上隅角瓦斯首先要減少采空區漏風量，利用擋風帳，隔絕采空區通風，盡量減少采煤工作麵向采空區的漏風，使采空區的高濃度瓦斯不流動到上隅角再進入采煤工作麵風流。這樣可以使采空區的瓦斯湧出得到控製，降低采煤工作麵回風流中的瓦斯濃度。

　　煤塵有爆炸危險，通風的目的之一就是將井下煤塵稀釋到安全濃度以下並排出礦井。決定通風除塵效果的主要因素有風速、風流方向及礦塵密度、粒度、形狀、濕潤程度等。風速過低，粗粒礦塵將與空氣分離下沉，不易排出而滯留在采掘空間，增加煤塵的濃度；風速過高，雖然能夠將煤塵帶走，但又使采掘空間的落塵重新吹起，反而會增加煤塵濃度。一般而言，掘進工作麵的最優排塵風速為0.4-0.7m/s，機械化采煤工作麵的風速為1.5-2.5m/s，回采工作麵、掘進煤巷最高允許風速為4m/s。這不僅考慮了工作麵通風的要求，同時也考慮到煤塵的二次飛揚問題。

　　近年來，我國煤礦技術快速發展，但隨著井下采掘工作的進行，礦井通風係統會不斷發生變化。因此，在實際生產過程中必須要進行通風係統調整，改善通風網絡結構、調整通風機的性能參數，對複雜落後、急需優化的通風係統進行優化改造，才能有效的避免通風事故的發生，為煤礦安全生產建立可靠保障。

煤礦主通風機是各種機電設備中耗電量最大的設備之一,其耗電量一般占礦井總耗電量的20%～30%。如果能把其耗電量降低幾個百分點,節能效益將是非常可觀的。造成主通風機耗電量大的一個主要因素就是風機整體效率低。據有關部門對30個礦務局使用老式軸流式風機的100個風井調查表明:效率低於50%的風機占風機總數的49%。另據煤礦通風報表統計,國有重點煤礦1086台主通風機,平均運轉效率僅為52.79%。因此提高風機效率,降低電耗勢在必行。

二、主通風機效率低的原因分析

（一）風機本身性能不好

根據資料,目前我國在用的通風機中80%以上是70B2、2BY等軸流式通風機和9-57、4-62等離心通風機。這些風機普遍存在著性能差、效率低的問題,已被國家列為淘汰產品。其中9-57型風機的最高效率低於65% ,而70B2風機的最高靜壓效率也僅為70%。據山西省對六大國有重點礦務局36對通風機運行情況調查表明,64台主通風機的平均效率僅為54.1%。

(1) 風機進風口部件不齊全或結構不合理

軸流式通風機進風口是由集流器和流線罩圍成的一段斷麵逐漸縮小的圓環形通道。它可使氣流以最小的阻力損失均勻地進入葉輪。如果進風口部件不齊全或結構不合理就會增加進風口處的衝擊和渦流損失,使風機效率降低。

(2) 風機內間隙過大

軸流式通風機的徑向間隙過大也是普遍存在的造成效率下降的一個原因。風機的徑向間隙增大後,會使風機內部的渦流損失增加。有人認為,徑向間隙每超過葉片長度的1% ,風機效率就下降2.8%,風機產生的壓力要下降10%左右。目前現場不少風機的徑間隙就過大,徑向間隙有的達到

30mm左右,致使風機效率下降。

(3) 整流器導葉不齊全或被鏽蝕

整流器的作用是改變氣流在風機內部的旋轉速度和方向,減少渦流損失,提高風機效率。當風機整流器的導葉不齊全或被鏽蝕時,就會影響整流器的性能。此時雖有整流器,但風機效率仍較低。另外諸如前導器不合格、風機外殼強度不夠或有破洞等因素也能導致風機本體性能變差,影響風機效率的提高。

　（二）通風機附屬裝置的影響

通風機附屬裝置性能好壞對風機效率的影響主要表現在以下幾個方麵。

(1) 擴散器結構不合理

通風機擴散器的主要作用是把風機出口的一部分動壓轉化為靜壓,以提高風機效率。但是有的礦井安裝的擴散器結構不合理,或壁麵粗糙,或擴散器內障礙物太多,從而使擴散器阻力增大,效率下降。忻州窯礦4-72№20通風機,由於立式擴散器出入口麵積比偏小(1.8倍) ,敞角偏大(16°) ,有100Pa 能量消耗在擴散器出口;且出口處有部分回流出現,回流區麵積達400×900(mm2) ,回流深度達1.5m。

(2) 通風機引風道結構不合理

引風道是指抽出式通風礦井的風峒和風機進風口之間的一般過渡風道。為了保證減少阻力和風流均勻穩定地進入風機,要求引風道成流線形,且曲率半徑要和坡度適合,其內無局部障礙物。如果引風道結構不合理,就會加大風機入口的風

流紊亂程度,甚至可能使葉片共振而受損。

（三） 驅動電機的負荷率低

礦井在設計時,主通風機及其驅動電機大都是按投產後通風容易時期和困難時期的最大需要風量及負壓選型的,而在投產初期有的礦受地質條件的影響,實際產量與設計產量相差較大,造成了“大馬拉小車”的局麵。由於電機的效率η和功率因數cosθ是隨著負荷率的變化而變化的,負荷率下降,η和cosθ也下降,而且在負荷率低於0.5時,η和cosθ下降速度增大。據對全國30個礦務局使用軸流式通風機的100個回風井調查表明:39%的驅動電機負荷率低於50%。另據沈陽煤研

所對東北、華北34個礦務局的311台主通風機負荷率的調查表明: 65%以上的電機,負荷率低於65%。因此驅動電機負荷率低也是導致風機總體

（四） 安裝質量不高、維修不及時

有些礦井主通風機效率低是由於安裝質量不符合要求,或在長期運轉中嚴重鏽蝕而檢修不及時造成的。一台70B2-№28 風機運轉5年後進行了檢修,檢修後風機效率比檢修前有較大的提高。

三、提高主通風機效率的措施

（一）提高風機本身的工作性能

(1) 將不扭曲葉片變為扭曲葉片

當礦井風阻較小時,可用扭曲葉片代替70B2係列風機的直葉片,並相應調整動葉和導葉數量及導葉角度,以提高風機的效率。

(2) 采用新型高效低耗風機替換老式風機

有些老式風機效率低,修修補補也解決不了根本問題,這時采用新型高效風機是提高這類風機效率的一個有效措施。例如, 北京礦務局用2K60-4-№24風機替換了07-21-№24風機,電機仍用原來475kW的JSQ1510-8型電機,風機效率從原風機的29.73 %提高至57.16%。再如龍口北皂礦西風井用1K58-№24風機替換70B2-№24風機,同時用N = 320kW , n = 1000r/min 的電機替換原先570kW、750r/ min的電機後,效率從46%提高到79%。

(3) 采用合理的進風結構

改進進風口的結構,可使進風口處漏風和渦流通渠道損失降低,提高了風機效率,如阜新局改造一台CTⅡ-57型風機的進風結構後,風機效率明顯提高。

(4) 調節導葉角度

70B2、BY等老式軸流通風機和2K60新型通風機的高效區都在高壓區。如礦井的通風網絡阻力小,就會使風機長期在低效區運行。北京礦務局經研究發現,中壓、低、中等風量的軸流式通風機,可以通過調節導葉角度的方法來改善風機的性能,提高風機效率,但風機動葉與導葉間,必須有一個最佳的匹配角度。

（二） 改造附屬設備,提高風機效率

(1) 改造擴散器

減小擴散器的內外轉角。減小擴散器的內外轉角可縮小擴散器出口回流吸風口範圍,降低排風阻力。對於臥式擴散器來說,其內轉角應為50°～60°,外轉角應為45°。這樣做可減少擴散器內的回流損失。減小立式外接擴散器的敞角。減小立式外接擴散器的敞角可以縮小回流吸風區的麵積。一般此類擴散器的敞角以8°～10°為宜。本溪彩屯礦將K4-73№32 通風機的擴散器外轉角由56°減為45°,內轉角由70°減為50°,並調整了其它尺寸,收到了明顯效果: ①消除了擴散器出口的回流區; ②風量為2500m3/ min 時,風機排風側阻力減少了93Pa,擴散器出口動壓減少了54.3Pa;③在等風量情況下,風機靜壓提高了200～500Pa;而在全壓相同情況下,風機風量增加了1000～3000m3/min。由此可見改造擴散器可達到改善風機性能的目的。

(2) 改造引風道結構

改造引風道應注意以下幾點: ①引風道要是流線形; ②其曲率半徑和坡度要適合; ③內部不能有障礙物; ④此風道斷麵最好是圓形,也可以是方形,但其長、寬及直徑應和風機入口直徑相匹配。

(3) 合理選擇機型,提高電機負荷率

對於新上馬或改造項目,要注意風機型號的選擇,盡量避免“大馬拉小車”。電機負荷率提高後可提高電機的效率和功率因數,減少電能損耗。如北京礦務局某礦一台2BY№18通風機,原驅動電機為JRQ147-8型,負荷率為21% ,電機效率較低。采用AMCO-15-8-8型電機後,負荷率提高了14% ,電機效率提高了10% ,節電效果較明顯。

（三） 提高安裝質量,及時檢修

(1) 減小風機徑向間隙

在安裝風機時,應注意不能使徑向間隙過大,徑向間隙不要超過葉片長度的1%。不少礦井將徑向間隙減小後,取得了較好的效果。如淮北礦務局袁莊礦采用環氧樹脂等混合塗料塗隙的辦法處理了一台70B2-21№18型通風機後,使風機效率提高了5%左右,電機輸入減少10.3kW。

(2) 調整葉片安裝角偏差

安裝葉片時,如各葉片的安裝角度不能保持一致,就會引起翼柵間距不等,增大葉片間的氣流阻力,增大衝擊和渦流損失,降低風機效率。因此必須調整葉片安裝角的偏差,以提高風機效率。井徑一礦對一台70B2- 21№24 通風機的性能測定表明,糾正葉片安裝角偏差+ 2.2°～2.5°後,風機效率比調整前提高了3.5 %,年節電達12萬kW·h 。

(3) 及時檢修

及時對風機進行檢修可以使風機保持良好的工作性能,避免因構件受損而影響風機的效率。如井徑局某礦對一台70B2-№28通風機檢修前後的性能所做的鑒定結果表明,檢修後比檢修前的風機靜壓效率提高了34%。

參　考　文　獻

1 　方裕章等編著. 礦井通風係統技術改造. 煤炭工業出版社,1994.

2 　方裕章. 礦井主扇風機其裝置存在的問題. 地方煤礦,1989 .

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