煤矿地面用轴流通风机现状及发展趋势浅析

摘要：矿用主通风机是保障煤矿井下作业人员的健康和安全的重要保障，是煤矿安全生产的重要基础，随着通风机新产品、新技术的发展，未来将出现自适应矿用主通风机、自监测与故障预警矿用主通风机、动叶可调矿用主通风机等。

关键词：轴流通风机；发展趋势；计算流体力学

中图分类号：TD441 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）05（c）-0000-00

通风机在矿井中承担着向井下输送新鲜空气，调节煤矿井下的气候条件，稀释煤矿生产过程中产生的瓦斯、粉尘及有毒有害气体、保证井下设备的正常运行，保障作业人员的健康和安全的重要任务，是矿井通风安全可靠性的重要保障[1]。近年来，随着煤炭资源整合力度的加大和大型现代化煤矿建设的加快，大型轴流通风机得到了广泛的应用。有关资料显示，目前我国有煤矿企业8000家以上，按照每个矿井配套2台主要通风机计算，目前在役的煤矿主通风机约1.6万台。

1. 煤矿地面用轴流通风机现状

近年来，矿井主通风机取得了前所未有的发展，伴随着计算流体力学和控制技术的迅猛发展，矿用风机的设计技术取得了巨大进步，从简单的一维无粘流动的直叶片设计，到具有代表性的二维无粘流动的等环量扭曲叶片设计、可控涡设计、再到准三维无粘流动的S1、S2流面的弯扭掠叶片设计等。20世纪80年代后，由于采用了新技术、新工艺，通风机的效率提高了5～10%[2]，扩大了调节范围，提高了变负荷条件下通风机的运行效率。

目前我国煤矿主要采用抽出式轴流通风机作为主通风机通风，其型号主要有：煤矿地面用防爆抽出式轴流通风机（FBCZ系列）、煤矿地面用防爆抽出式对旋轴流通风机（FBCDZ系列）、煤矿地面用防爆抽出式a级串联轴流通风机（FBLCZ系列）。该系列通风机最大叶轮直径已达4m。如平安电气股份有限公司生产的FBCDZ№37/2×900、南阳防爆集团股份有限公司生产的FBCDZ№37/2×1250山西渝煤科安运风机有限公司生产的FBCDZ№39/2×1250、山西省运城安瑞节能风机有限公司生产的FBCDZ№40/2×1850、三河市燕京矿山设备有限公司生产的FBCDZ№40/2×1600等，个别生产企业具备生产最大通风机叶轮直径为4600mm的能力。

2.国外通风机发展现状

在国外，全三维粘性计算流体力学技术已在西方发达国家矿用通风机及其系统的分析、控制与优化设计中得到应用。不仅如此，西方发达国家还将计算流体力学技术和控制技术等有机结合，应用于风机本体、系统及运行的全过程的流动数值研究与分析，基于全三维粘性流动数值研究与分析的叶片优化设计、通流部分设计、叶片调节和电机变频调速技术为一体的风机及系统优化设计技术极大地提高了风机的运行效率和节能技术水平。生产矿用通风机的国外公司主要有英国的Howden、Keith-Blackman公司、美国的Jeffrey、Bonanza Fans、Buffalo Forge、Fairchild、Joy、Strobic Air、TLT-Babcock公司、德国的TLT、Turag、korfmann、3K、Vortfx公司、日本的三井三池等。其中Jeffrey公司生产的通风机叶轮最大直径达 4.27m， 压力4300Pa，功率3800kW， 动叶单独可调；叶轮直径3.66m的通风机， 压力10200Pa，功率2×3800kW， 动叶同时可调。德国Turag公司生产的矿用轴流主通风机最大直径可达5m， 风量达700m3/s，单级风压达4500Pa。

3. 煤矿地面用轴流通风机发展趋势

随着煤炭工業发展和市场需求，通风机新产品、新技术的应用程度也在逐年加快，未来煤矿地面用轴流通风机发展将体现在以下几个方面：

（1）通风机型号将进一步加大。随着大型现代化煤矿建设，我国煤矿数量将逐年将少，生产规模将扩大[3]，主通风机将向大直径、高电压、大功率、大风量方向发展。如：山西潞安环保能源开发股份有限公司五阳煤矿煤矿现用的FBCDZ系列通风机叶轮直径达4000mm，功率2×1850kW；应用于晋煤赵庄矿的GAF42.2通风机，叶轮直径4220mm，风量36000m3/min，静压6120 Pa， 配备功率3400kW。在未来10年中，我国将会使用叶轮直径大于4200mm甚至达到5000mm的矿用大型通风机。

（2）通风机智能化水平将进一步提高。现有的矿井通风机大部分存在不能根据生产现场的需要自动调节、风机轴承和风机电机易损坏、需要反向送风时不能快速反向送风等问题，随着传感、控制、调节技术的发展，自适应矿用主通风机系统即将实现。该矿用主通风机系统由数据采集单元检测环境参数信号以及主通风机、备用通风机的故障信号传输至控制单元，通过执行单元与主风机、备用风机连接，控制单元调节控制主风机和备用风机的运行。采用该技术自动调节风机转速和运行状况，适时提供矿井生产所需要的风量，出现故障时能停止故障风机，自动切换成备用风机运转，在矿井需要反向送风时能快速反向送风，提高矿井通风系统的安全性和可靠性。

（3）通风机叶片角度动态调节技术将得以实现。在矿井生产过程中，常常会因为各种情况需要对通风系统进行调整，例如因回采、掘进衔接导致需风量增加或减小需要调整系统风量，或因主要通风机故障、维护、检修、调角等需要开停主要通风机等等。在进行通风系统调整工作时，对主要通风机的要求很高。在主要通风机叶片角度动态可调的技术实现后，通风系统调整工作可以得到最大程度的简化。

（4）通风机预警技术将得到应用。主通风机长时间不间断运转，在其运行过程中可能会存在不可预期的故障隐患，这些隐患一旦存在将严重地威胁着整个矿井的生产与安全，随着电力电子技术、微电子技术和控制技术的发展，通风机运行状态监测与故障预警技术将被逐渐应用于矿井主通风机中，从而研发出具有自监测与故障预警功能的矿用主通风机，以解决主通风机分散在整个矿区的不同区域、相距中心矿区偏远的问题。

4.结论

（1）随着计算流体力学和控制技术的发展，煤矿地面用轴流通风机技术取得巨大的进步，产品性能进一步提高。

（2）为适应大型现代化煤矿建设的需要，未来通风机型号将进一步增大，同时产品将逐步向智能化、自动化方向发展，产品可靠性将进一步增强。

参考文献

[1] 吴劭星.主扇与局扇联合运转在煤矿通风系统中的优化研究[D].昆明理工大学硕士论文，2011

[2] 李永刚. 基于PLC控制的变频调速通风机系统[D].太原理工大学硕士论文，2012

[3] 柴天兴.谈我国煤矿安全生产中存在的问题及管理[J].科技创业家，2012（4）

作者简介：杨华运（1982-），男，广西桂林人，工程师，注册安全工程师，硕士，2010年6月毕业于煤炭科学研究总院，主要从事矿井通风机械和矿井灾害防治方面的研究工作。