矿井通风机节能调节

张仁康

（山西汾西矿业（集团）有限责任公司高阳煤矿，山西孝义032306）

引言

近些年来，高阳煤矿实现了较快发展，而在发展的同时伴随着通风机等主要煤矿设备能源消耗大等问题，能源消耗大不仅导致煤矿运行成本增加，还不利于实现节能减排。因此，对通风机进行节能调节十分必要，有利于降低煤矿运营成本、提高经济效益，有利于煤矿实现可持续发展。李万隆、李宝玉和王晓东对矿井主要通风机节能进行了研究，提出利用三元流动理论研制高效风机和通过扩散器等辅助装置实现风机节能的建议[1]。郑祥呈和王磊提出了利用自然通风原理和调节原理和节能计算等方法来对矿井通风机进行节能调节的建议[2]。学者张书征研究了煤矿主通风机的技术改造，提出了利用增大转速和更换不同轮毂比的同直径叶轮来对通风机进行技术改造的建议[3]。与其他研究成果不同，本文提出了从通风机结构调整、通风网路调整和利用变频调速等节能技术三个方面对通风机进行节能调节的建议，以解决高阳煤矿通风机能源消耗大的问题。

1 在对矿井通风机使用的过程中容易遇到的问题

1.1 风机管网阻力的计算易出现偏差

在选型设计时经常会遇到对风机管网阻力的计算存在偏差的现象，导致其额定值不准确。比如，在选型的时候如果没有按照标准进行，那么在计算通风机网管阻力进行计算时就会出现数值不准确的现象。再如，当风机内的进气条件出现不真实的状况时也会导致计算出数值出现偏差，进而导致通风机处于轻载而能耗却很高的状态，不利于煤矿企业的节能降耗的顺利进行[4]。

1.2 通风机容易被烧毁

在选择机型时如果选择了负荷波动较大的机型会导致通风机被烧毁[5]。比如，如果选择了前向风机，其功率曲线陡峭，容易导致风机管网压力损失的波动增大，进而有可能导致通风机被烧毁。

2 在通风机的使用过程中应该注意的事项

2.1 对通风机进行现场风量实测和远程风量调节

通风技术员必须定期到各个测风地点进行风量和风速的检测[6]，将检测数据记录后根据现场记录的数据修正测控系统的相关参数，以实现对风量的远程调节。

2.2 利用控制计算机合理地进行生产调度监督管理

值班人员必须时刻注意生产调度中心控制计算机上的风压参数、温度参数和风速参数变化情况[7]，如果系统发出参数超出正常范围值警报时，值班人员要及时联系相关负责人，提醒操作人员对异常情况进行查看处理和修正。

2.3 现场操作工人要做好定期巡查维护

现场操作工人要定时的到采场等工作地点对分量变化和通风设施等进行检查和维护[8]。另外，要及时检查仪表和检测仪器设备等以确保其运行正常，定时对矿井的通风情况进行检查，发现未通风情况及时通风。

3 对矿井通风机的风量进行调节的原因

在对通风机的通风量进行设置时需要考虑的因素很多，比如，要统计矿井下的作业人员具体数目，检测通风巷所受的阻力，还要依据瓦斯的涌出量，这些因素都对通风机风量的设置起着重要的影响作用[9]。由于通风机的服务年限比较长，在其服务年限内工况点每天对于通风机的通风量的要求不可能是一样的，比如，在夜班期间矿井下的作业人数相对减少，因此通风量也要相应的减小，以避免能源浪费，或者是节假日期间，矿井下的作业人数也比较少，所需要的通风量当然也不高。所以根据具体情况对矿井通风机的风量进行调节是保证煤矿企业节能减排的必然要求，有利于提高煤矿企业经济效益、降低成本。

4 节能调节的具体方法

4.1 调节通风机网路阻力

对通风机网路阻力进行调节有两种具体的方法，即风道降阻调节和风门调节[10]。

首先，风道降阻调节。在煤矿初期设计的时候会对通风井巷匹配与其风阻相符的通风机，而通风机的能源消耗量受到风道阻力的高低程度的影响，因为风道物理和通风机风压呈作用力和反作用力的关系，所以对风道进行降阻调节可以实现对通风机的节能调节。

具体调节办法：选择阻力小的通风井巷支护材料；井巷壁面的平滑程度影响着风道阻力，因此要将井巷壁面做平滑处理；通风井巷断面的形状和大小对风道阻力也有很大程度的影响，因此要尽量将断面做大，形状要尽量设计成圆形；清理风道内滞留的生产材料等杂物[11]，因为风道中如果有异物会增大风道阻力；风道的长度对风道阻力也有很大程度的影响，风道越长风道阻力越大，从而导致通风机能耗越大，风道越短风道阻力越小，有利于减少风机能耗，因此要尽量缩短风道的长度，可以采取截弯取直的办法，如果不得不采取弯道时要确保转角平滑，同时还有加设导流板。

其次，风门调节办法。风门调节时煤矿对通风机工况进行调节的一种传统办法。

具体调节办法：首先，确认通风机的特性没有发生改变，然后将通风机的闸门的开度减小，闸门的开度与通风机风量成正比[12]，开度越大风量越大，开度越小风量也越小，因此减小开度可以减小风量，进而达到节能调节的目的。

4.2 调节通风机结构

通过调节风机结构可以实现节能调节，具体是靠调节叶片安装角度和前导流器来完成的。

首先，叶片安装角度调节。这种办法适用于轴流式通风机，目前我国对叶片安装角度的调节主要是靠手动调节，并且调节技术已经相对成熟，也取得了较好的效率。

具体调节办法：计算出精确的风压，然后在风机停机状态下依照通风机特性曲线将叶片角度调节为曲线显示的应调的角度。

其次，前导流器调节。通常此方法应用于轴流式通风机和离心式通风机。

具体调节办法：在装有前导流器通风机能耗大的情况下，利用叶轮出口的旋转速度和风压成负相关的关系（前提是叶轮出口转速为恒速）调节叶片角度[13]，叶片角度发生改变后叶落进口处的风流方向也相应的发生了改变，叶落的冲角得到降低，从而使风量减小，完成节能调节的目的。

4.3 通过变频调速调整通风机转速

通风机的转速决定着特性曲线，因此，可以利用这一原理对风机转速进行调节。转速n与通风机流量Q成正比关系，轴功率p和转速n的三次方成正比关系[14]，由此定律可知，假如通风机的n由90%降至40%，Q也从90%降低至40%，而p将从90%降低至2.5%，由此可知调节通风机的转速具有明显的节能效果。而对通风机的转速进行调节可以通过变频调速来实现，变频调速的调节单位比较广泛，能够从0 Hz调节到50 Hz。

变频调速是依靠变频器来调整电机定子供电源频率实现的，利用交流电机同步转速n和电机频率f成正比的原理来对通风机转速进行调节，具体公式为n=60f（1-s）/p（其中，s为转差率，p为电机磁极对数），由此公式更能清晰的知晓n和f成正比关系[15]，所以改变f便能对n进行调节，进而实现对通风机的节能调节。

5 结语

变频调节技术是目前我国对矿用通风机进行节能调节的效果最明显的办法，但是相对于其他方法而言，其成本也相对较高。之前有研究人员对如何进行通风机节能调节进行了研究，并发表了很多见解，为本文的研究提供了重要的借鉴作用。然而，本文研究的节能调节方法在创新方面尚存在不足，需继续不断探索提高矿井通风机节能调节技术的新方法。

[1]李万隆，李宝玉，王晓东.矿井主要通风机通风节能研究[J].煤炭科技，2003（1）：37-38.

[2]郑祥呈，王磊.矿井通风机节能调节与技术管理[J].中国新技术新产品，2013（19）：67.

[3]张书征.煤矿主通风机技术改造[J].风机技术，2010（3）：78-79.

[4]张国枢.通风安全学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2000.

[5]朱宏，李中华，李继平.浅析煤矿通风系统优化改造技术的应用[J].煤炭工程，2008（4）：157-160.

[6]杜均新.高压变频器在煤矿主通风机上的应用[J].煤矿机械，2008（4）：92.

[7]姜筱瀛.矿井主通风机节能调节方式探讨[J].煤炭工程，2012（5）：123-124.

[8]商坤，王建军.变频调速在煤矿矿井通风机上的应用[J].煤矿安全，2006（7）：110.

[9]刘素云.基于变频技术的矿井通风机改造[J].中州煤炭，2009（4）：63-66.