矿井通风设备选型设计思考

韩猛

（中煤邯郸设计工程有限责任公司，河北 邯郸 056031）

关健词：通风设备；选型设计；风机；风道；不停风倒机系统

矿井通风设备就是向井下输送空气的设备，是矿井生产的关键设备，在矿井安全生产中发挥着关键的作用。笔者根据多年的设计经验，提供以下几点通风设备选型设计心得，以供大家参考。

1 风机型式

目前，在煤矿矿井通风设备选型设计中，采用的都是轴流式通风机。轴流式通风机可分为防爆轴流式通风机和普通轴流式通风机。

防爆轴流式通风机主要为FBCDZ 型煤矿地面用防爆抽出式对旋轴流风机和FBCZ 型煤矿地面用防爆抽出式轴流风机，FBCZ 型风机主要应用在矿井风量、负压较小的一些小型矿井，在大中型矿井风机选型设计中采用的防爆轴流式通风机以FBCDZ 型煤矿地面用防爆抽出式对旋轴流风机为主。该类型风机的主要优点是机房土建工程量小，安装简单，施工周期短。其缺点：（1）由于电机安装在风机隔流腔内，需要采用隔爆电动机，电机散热差，电机的维修较为复杂。（2）风机高效区范围较窄，不利风量、负压变化较大的工况调节。（3）用户普遍反映风机实际运行效率较低，不利于节能。

普通轴流式通风机有短轴风机和长轴风机之分。相对于短轴风机，长轴风机设备布置更为合理，气流流经风机时更为顺畅，故在目前设计中，采用长轴风机更多，比如GAF 型、MAF 型、ANN 型风机，原来生产短轴风机的厂家，也开始为用户提供长轴风机。普通轴流式通风机可按“量体裁衣”的方式选择风机，风机制造质量好、高效区范围宽、实际运行效率较高，其缺点是机房土建工程量大，施工安装较对旋风机复杂，安装周期较长。

对比两种类型的风机，当矿井风量、负压较大，风机选型叶轮直径超过2.8m 时，建议选用长轴风机。风机叶轮直径在2.8m 及以下时可选用防爆轴流式通风机。

2 风机反风方式

不同类型的风机，反风方式也有一定的区别。防爆轴流式通风机的反风方式采用的是风机电机反转反风。普通轴流式通风机的反风方式可以分为调节叶片角度反风、风机电机反转反风和风机配合专用反风道和反风风门反风。采用风机电机反转方式方式最为简单，操作时间短，从控制上可以做到“一键反风”。采用调节叶片角度反风方式，虽然反风风量很大，但需要停机调整叶片角度，操作时间较长，且反风效率低、反风功率大，有时可能超过风机正常运行时的功率。采用专用反风道和反风风门反风方式，土建工程量大，操作复杂。通过对比几种反风方式，建议在设计中采用风机电机反转方式反风。

3 风机运行工况调节方式

对于风机自身运行工况的调节方式，在设计中常用的有调整叶片安装角度、改变风机运行转速、改变叶片数量、两级叶轮的风机通风容易时期可以采用单级运行等方式。

对于调整叶片安装角度的方式，可以分为停机调节和动叶在线调节。无论哪种调节叶片方式，只适用于矿井风量和负压变化时的调节，对于某一确定的工况点，单纯靠调节叶片角度，不能起到提高风机运行效率的作用。以图1 为例，某矿井通风容易时期风机工况点的风量为150m3/s，负压为1000Pa，工况点效率为70%，叶片角度为-18°。若想通过调节叶片角度的方式来提高风机运行效率，必然会增大矿井的风量和负压。比如，若使风机在效率为88%的高效区运行，根据通风网路特性曲线，风机叶片角度应调整至0°～5°之间，此时风机的风量约为250m3/s，负压约为2500Pa，极大的超出了矿井井下所需风量和负压的要求，严重影响矿井的安全生产，是实际生产中所不允许的。

图1 风机运行特性曲线图（f=50Hz，n=740r/min）

对于改变风机运行转速的方式，目前常用的是采用变频调速技术。通过改变风机运行的转速，来改变风机的风量和负压，同时配合风机叶片角度的调节，可使风机运行在高效区。同样以上图1 为例，该图是风机在频率50Hz、转速740r/min 下的风机运行特性曲线图，若使风机在效率为88%的高效区运行，并保持风量和负压不变，根据通风机的比例定律，需将频率调至30Hz，转速降为444r/min，叶片角度调整到3°。调节后的风机运行特性曲线见图2。对于采用变频调速技术运行的风机，应特别注意，风机运行的频率应避开共振频率。

图2 风机运行特性曲线图（f=30Hz，n=444r/min）

对于个别矿井来说，即使采用变频调速技术也很难使风机运行在高效区，此时也可以采用改变叶片数量的调节方式，如通风容易时期半数叶片运行，通风困难时期全数叶片运行。选用有双级叶轮的风机，通风容易时期可以单级运行，通风困难时期双级运行。

4 风道布置型式

在设计中，风道的布置型式有两种，单风道和双风道，如图3、4 所示。单风道布置型式从土建工程量、工程投资、施工工期上来说优于双风道型式，但是从使用效果上来说，双风道布置型式优于单风道布置型式。双风道布置型式方便通风机的现场性能测定，因为该种方式有两条单独的水平直线段风道，通过在风道上设置的垂直风门和水平测试风门，能够在不影响矿井正常通风的情况下实现对风机的性能测定。当然，很多单风道布置型式的风机，通过在风机入口处增加测试风筒也实现了风机性能测定，但是其占地面积增大，机房土建工程量增加。而且由于很多测试风筒长度不够，导致测试风流不够稳定，影响测试效果。对比两种风道布置型式，条件允许时，在设计中建议尽可能采用双风道布置型式。

图3 单风道布置图

图4 双风道布置图

5 不停风倒机系统

在矿井日常生产中，当矿井主通风机倒机时，在倒机的短暂停风(通风系统失稳)时间内，高突矿井出现瓦斯超限具有普遍性，给矿井安全生产埋下隐患。不停风倒机系统是近年来出现的一种新的通风技术及装备，其主要配置由立式挂网风门、对空测试风门、备用检修风门组成，通过风门间的配合可以实现一台风机正常工作运行，另一台风机进行热备，从而实现在风机倒换过程中井下不停风的目的，对矿井的安全生产起到了一定的保障作用。在条件允许时，可在设计中采用该系统。

6 结语

矿井通风设备的选型设计合理与否，直接影响着矿井的安全生产、电能消耗和生产成本，在选型设计过程中，应遵循设备和设施质量可靠、技术先进、经济合理、节能、环保的原则。上述仅为个人观点，希望工程设计人员能够从中得到启发，不当之处敬请批评、指正。