提高安全性能

马永杰 吴东明 段鹏飞

【摘要】煤矿的安全保障，是提高煤矿作业效率的前提，也是我国煤矿事业发展的重要条件。煤矿主通风机的设计选型对提高煤矿的安全有着重要的意义，要解决煤矿生产中出现的问题，必须了解我国煤矿主通风机的现状，并对其进行选型设计改造，设计出合适煤矿作业环境的主通风机，以提高煤矿生产效率，实现安全生产。本文通过对煤矿主通风机的选型分析，研究煤矿主通风机的选型系统以及选型方法。

【关键字】煤矿；主通风机；选型设计；选型系统

1.前言

矿井通风系统是煤矿生产系统的一个重要组成部分，在生产系统进行技术改造的同时，必然要进行通风系统技术改造。随着地质条件、生产布局的改变，通风网络也将随之改变，但与原来矿井通风系统匹配的离心式通风机性能却不能伴随这种特征的变化而变化，因而造成设备性能不匹配，影响了设备的使用效率；而且原来主通风机由于性能特性单一和长期使用而造成的设备老化问题，将使煤矿生产成本增加，造成直接经济损失。因此，为了满足市场竞争的需要和矿井安全生产的要求，必须提高主通风机工作能力，使之与改造后的通风系统匹配。但就目前来说，更换新型风机是最经济、最见效、最长久的措施，只有了解通风机选型原则并进行合理选型设计，才能永久改善煤矿生产效率和安全性能。

2.煤矿主通风机的选型

2.1选型主要原则

合理的选型不但为煤矿带来明显的经济效益，同时也为减排噪声污染及煤矿的正常生活带来更大的方便，选型时应注意：①必须满足煤矿通风系统中风量和风压的要求；②使通风机的实际工况点在0%的高效区内运行，达到节能降耗的目的。

选型的原则：①根据煤矿的系统要求，煤矿用主风机的装机功率一般较大，选型应首先注重节能和高效；②根据煤矿的环境要求（一般主通风机靠办公区域比较近，有的还在村庄附近）选型时，还要考虑低噪声。要保证低噪声，首选效率高、叶轮圆周速度低的通风机；③根据当前市场的技术情况，还要进一步了解国内通风机行业的生产现状和产品的质量以及新产品的推广情况等，以便择优选用气动性能优良，效率高，噪音低，震动小，反风量大，高效区域宽广的矿用主通风机[1]。对新建矿井的选型，一般由设计院按矿井的设计生产能力，地形结构，通风系统的布置等，精确的计算出矿井所需的风量和风压，增加一定的漏风系数以及消声阻力，通过计算，得出装机功率，再参考风机产品样本进行选型；对生产矿井旧风机更新改造的选型，一般需要更新改造的风机：①风机的实际工况点严重偏离高效区；②不能满足煤矿所需风量风压参数要求；③不能满足反风要求；④因叶片调整后装机功率过小；⑤属已淘汰或将要淘汰的产品等。以上情况，一般由使用单位（在生产煤矿）根据实测的风量和风压或根据以后为扩大采面等因素，比较准确地估算出后期的风量和负压，计算出装机功率，按产品样本选型或参考其它同类参数通风系统的矿井进行选型，有时也有生产厂家参与选型（或由厂家重新设计叶型，来满足新的工况参数）。

2.2设计主通风机选型系统

风机选型往往要经过大量的性能计算。采用人工选型，选型时间长、工作效率低，如果利用计算机技术进行风机选型，不仅能加快风机选型速度而且能提高准确率。由于煤矿通风的复杂性，一般的通风机选型软件并不适用于煤矿主通风机选型，必须根据煤矿通风的具体情况进行开发。整个系统包括风机选型和数据维护两大模块[2]。风机选型模块由矿井通风参数输入与换算、风机选型计算、风机性能参数计算、安装尺寸及安装图的显示和风机外形图显示等子模块组成。

2.3选择可用风机

一般风机的选型步骤分为按有因次特性曲线选型和无因次特性曲线选型。有因次特性曲线选型法需要参数量多、比较次数多、占用空间大、不利于用计算机选型。与之相对比，无因次特性曲线选型法只需要一种型号一种参数，其它参数只需要通过计算得出，这样利用计算机选型能减少比较次数，选型速度快、占用空间小。因此，本系统中“可用风机”选择采用无因次特性曲线选型法，具体步骤如下：利用待选风机参数，选用一定的风机转速（在煤矿主通风机所用电机转速系列较少，可先选定转速，如果初定的转速不合适，可以调整后重新选型），计算出比转数，根据比转数确定风机类型，由无因次性能参数计算风机机号并圆整到系列机号；用圆整后的机号重新计算风机性能参数，筛去流量、压力落在风机合理工作区外的风机，求出矿井通风阻力特性曲线方程；求出工况点，筛去工况点落在合理工作区外的通风机，选取所有可用风机中功率最小的风机作为选定风机，显示选定风机的性能参数、安装尺寸（图）、外形图。

3.煤矿主通风机的选型方法

3.1选型方式

通风机选型通常采用以下五种方式：①按无因次特性曲线选型；②按对数坐标曲线选型；③按有因次特性曲线或性能表选型；④按变型选型；⑤按管网阻力进行选型。

3.2具体操作

煤矿用户在选型时方式比较简单，通常的做法是：①首先确定的是煤矿所需要的风量和风阻，然后根据产品样本给出的标准状态下的静压特性曲线，找出横坐标与纵坐标的焦点（即工况点），再根据其等效曲线确定运转效率。在多个可满足所需风量和压力的风机中，选择效率较高的风机，选择的风机工况点最好的是在高效圈附近，不要选择工况点接近最大或最小安装角的风机，以选择安装角在中线最好；②然后在对应上面的流量和功率曲线找一下最高功率点来确定风机的装机功率。比较准确的选型方式应按下式来确定装机功率：

N=P×Q×1.2/1000×η风×η电

式中：N—电机功率，kW；

P—风机的压力，Pa；

Q—风机的流量，m3/s；

η风—风机的效率；

η电—电机的效率。

根据煤矿的具体情况，除了简单地按上述选型外，为了更加准确地选择风机的直径，最好按管网阻力进行选型。因为煤矿的风量比较好计算，就是有足够的压力去克服管网阻力就可以了，管网总阻力就是矿井的阻力（它是管网摩擦阻力和局部阻力之和），管网阻力P=K×Q2也就是要求风机能够达到的压力，当矿井的通风系统（巷道等风道）确定好以后，管网的阻力系数K也就确定了。按管网阻力系

数K与转速n，叶轮直径D，及叶轮的圆周速度v之的关系：

n=K3/4nsQ/5.54（r/min）

D=149.7/K1/4ρ1/2Χ1/2（m）

式中：ρ—空气密度；

K—管网总阻力系数；

ns—比转速；

Χ—风机的压力系数；

D—叶轮直径；

n—叶轮转速；

Q—流量。

计算出叶轮直径D和风机的转速n以及叶轮的圆周速度v。后，再参考产品样本进行比较选择。叶轮圆周速度V0是轴流通风机设计中的重要参数之一，旋转噪声与涡流噪声与之成正比。有资料推荐，单机低噪声轴流通风机的运转时的圆周速度应≤40m/s，一般的轴流通风机保持安静运转时的圆周速度≤70m/s，最高不超过120m/s，圆周速度≥120m/s时要注意噪声的处理。

结语

矿用主通风机是保证矿井正常生产和井下工人安全的关键设备，所以，正确选择矿用主通风机对矿山的节能降耗和安全生产，具有十分重要的意义。合理的通风机选型设计改善了矿井通风系统，使煤矿作业效率有了很大的提高，既满足了煤矿安全生产的要求，同时又在很大程度上提高了煤矿生产的经济效益。通风系统改造是将新技术、新产品、新工艺灵活运用到煤矿生产中的一个复杂过程。成功的改造可以節约大量能源，提供安全生产保障，进而提高煤矿生产在市场中的竞争能力。这是我国煤矿现阶段一项很重要、很有经济价值的工作。

参考文献

[1]乔海涛.浅谈矿用主通风机的选型[J]. 煤矿机电，2008（06）：84-86

[2]陈光柱煤矿主通风机选型系统的设计[J]. 工矿自动化，2002（04）：24-27