姚桥煤矿东二风井1#主通风机性能鉴定研究

程根银，曹 健，姚宏章，谢中朋，冯 山，程 宥

(1.华北科技学院 安全培训部，河北 三河 065201；2.华北科技学院 安全学院，河北 三河 065201；3.上海大屯能源股份有限公司 江苏分公司姚桥煤矿，江苏 徐州 221000；4.首都经济贸易大学 安全学院，北京 100070)

姚桥煤矿东二风井1#主通风机性能鉴定研究

程根银1，2，曹 健2，姚宏章3，谢中朋4，冯 山2，程 宥2

(1.华北科技学院 安全培训部，河北 三河 065201；2.华北科技学院 安全学院，河北 三河 065201；3.上海大屯能源股份有限公司 江苏分公司姚桥煤矿，江苏 徐州 221000；4.首都经济贸易大学 安全学院，北京 100070)

根据《煤矿安全规程》“每5年至少进行1次风机性能测定”的规定，为掌握姚桥煤矿东二风井ANN-2500/1250型轴流式通风机运转参数及性能，根据风机安装现有条件，采取不停产的条件下，运用精密气压计等设备，使用静压差法对1#备用主通风机进行性能鉴定。根据现场测试出的相关参数，绘制出姚桥煤矿东二风井1#风机的输出功率、风压、效率与风量关系特性曲线。通过测定结果和数据分析，表明1#主通风机性能良好，并能满足东二风井必备的井下用风要求。为保障主要通风机安全经济运行，针对东二风井通风系统中存在的不足，提出了相应的整改建议。本次ANN-2500/1250型风机性能鉴定的测试方法及结果分析，对类同轴流式风机的鉴定工作具有一定的借鉴和指导作用。

轴流式通风机；风机特性曲线；技术测试；系统分析；

0 引 言

姚桥煤矿位于江苏省徐州市西北大约82 km处，南距沛县县城17 km.该矿于1976年12月建成投产，1982年达到年产120万t的设计生产能力[1]。投产近40 a来，生产能力经过多次改扩建，目前已达到了445万t/a，开拓水平增加到3个，-400 m水平和-650 m水平，-850 m水平正在开拓建设之中。为适应日益复杂的生产系统，先后开掘了7个井筒以保证通风，通风系统路线长，通风设施多，通风系统复杂[2]。矿井通风方式为混合式(四进三回)：即由井田中央-400 m水平的主副井和-650 m水平的新主副井两对井筒进风，由井田西翼边界的西风井、井田东翼边界的东二风井和井田中央边界的东一风井3个井筒回风。东二风井安装了2台ANN-2500/1250型轴流式通风机[3]，适配电机(异步)额定功率[4-5]均为1 000 kW，额定转速994 r/min.此次风机性能鉴定，首先根据《煤矿安全规程》规定[6]，“生产矿井每5年进行1次性能测定”要求；同时为掌握该风井1#主通风机的相关运转参数及其性能。通过风机鉴定，它不仅有助于熟悉矿井通风管理现状，科学管理矿井通风；而且还可为今后矿井通风系统的优化调整、改造和各项安全技术措施的制定、实施提供可靠的技术依据[7]。根据该矿井生产实际需求，井下开拓布局将有所调整，主要是东二风井通风系统风量将有所下调；目前该风井安装的轴流式风机运转叶片角度为440，依据生产矿井的要求，不再下调该主通风机的叶片角度，只需测定东二风井1#ANN-2500/1250型轴流式主通风机叶片角度为440条件下，风机输出功率、风压、效率与风量关系特性曲线。华北科技学院和姚桥煤矿组成联合测定小组，对该矿东二风井1#ANN-2500/1250型轴流式主通风机，叶片角度为440条件下进行了性能鉴定。依据测定结果对该风机的安全性能进行评价，并对该风机与井下风网的匹配情况进行分析[8]。

1 测试工作安排

1.1 测试方案选择

考虑到不影响井下生产，本次测定采用不停产地面风流短路法测定，即由2#风机负责井下正常通风，关闭1#风机立闸门，将风路隔开，对1#风机性能进行性能测定。测定时，风流从1#风机的水平门闸门口(0-0断面)进入风硐(1-1断面)，经2-2断面进入风机后由扩散器排入地面大气，如图1所示。

图1 通风机性能测定示意图Fig.1 Schematic diagram of performance measurement of ventilator

风量是反映煤矿主要通风机性能优劣的主要参数之一，也是煤矿选择主要通风机的主要依据[9]。风量测定是煤矿主要通风机安全技术性能测定的重要环节之一，能否准确测定风量将直接影响到煤矿主要通风机安全技术性能测定的成败。考虑到姚桥煤矿待测风机的风道断面风速稳定，断面面积相差较大(经测量，2-2断面和1-1断面比值为31.9%)，且便于引出静压管口，适宜使用静压差法测定风量[10-12]。

在1#风机0-0断面，通过在水平门进风口，增加或减少木板来调节工况[13-14]。在1-1断面和2-2断面内均匀的布置测点，测定相对静压，由于1，2断面相距很近且位于同一标高，则有ρ1=ρ2=ρ，h1=h2，根据能量方程和1，2断面的能量转换关系，推得主要通风机的风量计算公式为

(1)

式中 Δhs12为1，2两断面的静压差，Pa；α为系数，根据现场标定，也可以通过下式近似计算

(2)

式中ρ为空气密度，kg/m3；S1，S2为1，2断面的面积，m2；k为阻力损失系数，一般取0.98.

轴流式风机一般需要测定静压特性曲线，在2-2断面附近选择测点，测定风流的相对静压hs，则通风机装置静压Hs

Hs=hs-hv.

(3)

式中hv为测压断面的平均动压，通常按测得的风量求断面平均风速后算得。

记录每次测定的具体时间，利用气压计测定外界大气压变化，同时，0-0断面测定干湿温度。风机全开状态下启动风机，逐渐按需要改变进风口断面积，直至进风量最小，测定结束。

1.2 测定步骤

1.2.1 测定准备

测试前，根据已确定的方案和实施计划进行组织分工(指挥组、工况调节组、通风参数测定组、电气参数测定组、记录与速算组、通讯组等)，准备仪表、工具、记录表格，并登录风机和电机铭牌技术参数，实测风机结构尺寸，测定断面尺寸，安装测定装置和仪表。

1.2.2 测定过程

为不影响该矿正常生产工作，由2#风机负责井下正常通风，关闭1#风机立闸门，对1#风机进行测试。

具体操作步骤如下

工况点调节：一切准备工作就绪，启动风机，利用水平门调节风阻。轴流式风机应由小风阻逐步增加到大风阻，故启动风机时水平门应全部打开，风流稳定后(启动风机后约3～5 min)，正式测定，开始读取测定参数。然后逐步增加木板，通过调节进风口面积，以增加风阻，达到调节风机工况的目的。待某一工况的测定数据全部测出后，调节工况，再读取各参数的数值，直至测出整条曲线(一般为不少于8～9个测点)，停转风机。

为防止风压过大，造成木板断裂，导致风机受损，特于水平门进风口处放置10根钢轨，防止木板受压断裂，以达到保护风机之目的。

在水平门增阻过程中，应密切关注风机风压及电机电流变化，当风机接近最高风压值或电流达到额定电流时，风机可能出现喘震现象，此时应立即停止风机运转[15-17]。

1.2.3 资料整理与分析

将测定数据输入计算机或人工计算，进行整理、绘图，然后对所得结果进行分析，完成测定报告。

1.3 注意事项

1)鉴于待测风机是轴流式通风机，启动时应在风量最大(工况调节断面全面开启)情况下启动，以避免过负荷情况出现；

2)性能测定过程中，要严密注视电机的温升和电流波动情况，当温升或电流波动范围接近和超过额定值时，机电负责人或司机应立即停转风机，保证风机安全[18]。测定过程中出现其他危及风机(含电机)安全时，也应立即停机，中断测定工作；

3)性能测定过程中工况调节口附近，严禁闲杂人员靠近；

4)测定前检查隔断井下风流与测定风流的立闸门的严密程度，设计堵塞漏风，以减少测定工作对井下风流的影响，确保井下安全生产；

5)断面的毕托管(测压管)要固定牢靠，不能偏斜，其连接的胶皮管要固定牢靠，防止抖动或脱落[19]。

2 测定结果及分析

测定的东二风井1#风机的大气参数和电气参数等见表1.

表1 1#风机静态参数表

把所测得的数据送入微型计算机[20-22]，通过计算整理后，得到其最终结果，见表2.根据公式(4)计算出风机效率

(4)

式中 η为风机效率；Hs为风机风压，Pa；Q为风机风量，m3/s；N为风机轴功率，kW.

表2 1#主通风机性能测定结果

注：表中数据均来自实测。

根据表2中计算所得数据，画出1#主通风机输出功率、风量特性曲线以及风机风量、风压及效率特性曲线，如图2，3所示。

图2 1#主通风机输出功率、风量特性曲线Fig.2 Performance curve about output power and air volume of 1# main ventilator

图3 1#主通风机风量、风压及效率特性曲线Fig.3 Performance curve about air volume and wind pressure and efficiency of 1# main ventilator

从表2，图2，图3可以看出，东二风井1#风机具有良好的运转性能

1)通风机装置比通风机增加了扩散器、消音设施，从而致使阻力增大；

2)通风机经长期运行后，各通流部件积垢、叶轮锈蚀磨损导致通风机性能有所降低；

3)对姚桥煤矿进行通风阻力测定，得知东二风井系统阻力为2 354.0 Pa，东二风井回风量约为133 m3/s.风机在当前工况下运行的实际风量大于理论需风量，原因是井下巷道变形失修、或者由于胶带运输机机头机尾搭接，影响有效通风断面，造成局部通风阻力过大，加之外部漏风等情况造成；

4)在当前运转条件下，主通风机与风网基本相匹配，风机运行效率较高，能达到70%以上，满足矿井用风需求。

3 结 论

1)风机实测过程中，由于风机启动时，电机实际消耗功率为正常运转时的6～7倍，为防风机启动初期烧坏电机；同时轴流式主要通风机的功率随风量增加而减小，故测定过程中，首先敞开水平闸门，使通风机在工作风阻最小时启动，即大风量、小阻力启动风机，等风机转速正常后，在框架上逐步加盖木板，逐渐加盖木板调节工况点；

2)测定采用地面短路不停产鉴定方式，同时采用增加木板进行工况调节，操作简单、省时省力、效率高；

3)风机风量的准确测定影响着整个风机性能测定结果的可靠性，根据东二风井轴流式风机的运行环境，选用静压差法测定风量，方法可行，结论实用可靠；

4)对主通风机的工况点进行调节及分析，使其在整个服务期内的工况点在安全、合理的范围之内，保证了通风机安全、经济和可靠地运转；

5)通过这次测定，测得了通风机装置的实际性能参数和实际特性曲线，为保证其安全高效运行和风量调节提供了可靠的理论依据。鉴于该风机出厂时间和安装时间过长，无法获得风机出厂性能曲线，缺乏与此次测定结果对比的资料，但现场实测表明，风机在当前工况点运行良好，尚且有一定富余，可以满足目前生产需要；

6)东二风井地面风硐有一处类似直角弯，造成局部损失较大，消耗部分能量，矿井应尽量避免此类问题的出现。

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Measurementandanalysisofperformanceof1#mainventilatorsofDongershaftinYaoqiaocoalmine

CHENGGen-yin1，2，CAOJian2，YAOHong-zhang3，XIEZhong-peng4，FENGShan2，CHENGYou2

(1.DepartmentofSafetyTraining,NorthChinaInstituteofScienceandTechnology,Sanhe065201,China；2.CollegeofSafetyEngineering,NorthChinaInstituteofScienceandTechnology,Sanhe065201,China；3.YaoqiaoCoalMineofJiangsuBranch,ShanghaiDatunEnergyCo.,Ltd.,Xuzhou221000,China；4.SchoolofSafetyandEnvironmentalEngineering,CapitalUniversityofEconomicsandBusiness,Beijing100070,China)

On the basis of the clause in the Coal Mine Safety Regulations：the measurement of the fan performance must be conducted once at least every five years，and in order to grasp the actual operation parameters and performance of ANN-2500/1250 axial main ventilators of Donger shaft in Yaoqiao coal mine，according to the existing conditions of the fan installation，we used equipment for precision barometer and then made a performance test about 1#anti-explosion extraction axial fan in Donger shaft under the condition of no shutdown by static pressure method.According to the parameters of the test，we drew the performance curve about output power，wind pressure，efficiency and air volume about 1#fans of Donger shaft in Yaoqiao coal mine.By measuring the results and data analysis，it indicates that the good performance of 1#main fan，which meets the needs of mine with the wind of Donger shaft.To ensure the safe and economic operation of the main fan，we put forward the corresponding improvement measures aiming at the shortcomings of the existing in the ventilation system of Donger shaft.The test method and results of the ANN-2500/1250 fan performance test have a certain reference significance for the test of the similar axial fan.

axial fan；fan characteristic curve；measurement technology；system analysis

2015-04-10 责任编辑：高 佳

国家自然科学基金联合基金项目资助(U1361130)

程根银(1968-)，男，安徽安庆人，博士，教授，E-mail:1298275966@qq.com

10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2015.0404

1672-9315(2015)04-0415-06

TD

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