朱豫西

（西山煤電西曲礦通風(fēng)科技術(shù)組，山西 古交 030200）

引言

煤炭行業(yè)是全社會(huì)公認(rèn)的高危行業(yè)，提高開(kāi)采過(guò)程的安全性是煤礦企業(yè)的重要課題。在煤炭開(kāi)采過(guò)程中，瓦斯爆炸引起的人員傷亡和生產(chǎn)事故占到了很大的比例。工作面掘進(jìn)過(guò)程中，煤層中被釋放的瓦斯、爆破作業(yè)產(chǎn)生的礦塵、以及各種設(shè)備產(chǎn)生高溫聚集在一起，極易發(fā)生爆炸事故。局部通風(fēng)機(jī)向工作面輸入新鮮空氣，抽出污濁空氣，是保障工作面工作環(huán)境的重要設(shè)備。可供局部通風(fēng)機(jī)選擇的布置方式有多種，不同布置方式的通風(fēng)效率、成本、安全性等方面具有不同的特點(diǎn)，從而適用于不同環(huán)境的采煤巷道。隨著掘進(jìn)面的推進(jìn)和巷道瓦斯?jié)舛鹊淖兓植客L(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況點(diǎn)是不斷變化的，因此帶來(lái)了運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。因此，結(jié)合《煤礦安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定[1-2]，對(duì)局部通風(fēng)機(jī)的選型與工況調(diào)節(jié)進(jìn)行研究。

1 局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)方式

煤礦新擴(kuò)建采區(qū)和工作面時(shí)需要開(kāi)掘長(zhǎng)距離巷道，在此過(guò)程中巖層中的瓦斯會(huì)被釋放出來(lái)，爆破作業(yè)形成的礦塵也會(huì)充斥在巷道中，威脅巷道內(nèi)工作人員的人身安全。掘進(jìn)過(guò)程中可采用局部通風(fēng)或掘進(jìn)通風(fēng)的方式向巷道輸送新鮮空氣，掘進(jìn)通風(fēng)有引射器法、全風(fēng)壓法和局部通風(fēng)機(jī)法。局部通風(fēng)機(jī)利用電機(jī)帶動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)將新鮮空氣送到掘進(jìn)工作面，按照抽風(fēng)和壓風(fēng)的布局方式可分為三種類型。

1）壓入式通風(fēng)。如圖1-1所示，局部通風(fēng)機(jī)被安裝在距離煤礦掘進(jìn)工作面巷道進(jìn)風(fēng)側(cè)10 m以外，通風(fēng)機(jī)將新鮮空氣壓入風(fēng)筒，風(fēng)筒出風(fēng)口向掘進(jìn)面輸送新鮮空氣，氣流在形成有限貼壁射流后折返，將污濁空氣帶出巷道。壓入式通風(fēng)具有安全性高、排塵效率高、風(fēng)筒材質(zhì)要求低的特點(diǎn)，適合用于以瓦斯為主要排出物的巷道中。

2）抽出式通風(fēng)。如圖1-2所示，局部通風(fēng)機(jī)被安裝在距離煤礦掘進(jìn)工作面巷道出風(fēng)側(cè)10 m以外，通風(fēng)機(jī)從風(fēng)筒內(nèi)抽取污濁氣流，風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口安裝在巷道工作面處，污濁空氣從此處被抽入風(fēng)筒，形成低氣壓區(qū)，新鮮空氣在此氣壓差下被抽入巷道。抽出式通風(fēng)具有排塵效率高、衛(wèi)生條件好的特點(diǎn)，適合用于以礦塵為主要排出物的巷道中。由于抽出式通風(fēng)具有一定的有效吸程，在瓦斯風(fēng)流等環(huán)境中容易引起爆炸，因此不適用于瓦斯?jié)舛雀叩拿旱V[3]。

3）混合式通風(fēng)。如圖1-3、1-4所示，混合式通風(fēng)是將壓入式和抽出式結(jié)合起來(lái)，在巷道口和工作面分別采用兩種通風(fēng)方式，新鮮空氣采用壓入式通風(fēng)送入工作面，污濁空氣采用抽出式通風(fēng)抽出巷道。巷道口采用風(fēng)筒較長(zhǎng)的壓入式通風(fēng)，工作面采用風(fēng)筒較短的抽出式通風(fēng)，被稱為長(zhǎng)壓短抽式混合通風(fēng)，相應(yīng)地巷道口采用風(fēng)筒較長(zhǎng)的抽出式通風(fēng)，工作面采用風(fēng)筒較短的壓入式通風(fēng)，被稱為長(zhǎng)抽短壓式混合通風(fēng)?；旌鲜酵L(fēng)具有效率高、耗電大、成本高的特點(diǎn)，常用于大斷面掘進(jìn)巷道中。

圖1 局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)方式

2 局部通風(fēng)機(jī)的選型

2.1 掘進(jìn)工作面風(fēng)量的計(jì)算

《煤礦安全規(guī)程》對(duì)于工作巷道的粉塵含量、風(fēng)流速度和溫度等環(huán)境因素做了明確的規(guī)定，在設(shè)計(jì)局部通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)首先進(jìn)行風(fēng)量計(jì)算。風(fēng)量計(jì)算由三部分組成：排出炮煙所需風(fēng)量、排出瓦斯所需風(fēng)量和排出礦塵所需風(fēng)量[4-5]。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)阻力的計(jì)算

計(jì)算出工作面風(fēng)量后，還需要計(jì)算通風(fēng)系統(tǒng)的阻力。通風(fēng)系統(tǒng)的阻力指的是風(fēng)筒對(duì)風(fēng)的摩擦力，摩擦力大小與阻力系數(shù)α、巷道通風(fēng)長(zhǎng)度L、風(fēng)量Q的2次方成正比，與風(fēng)筒直徑的5次方成反比。不同材質(zhì)和形狀的風(fēng)筒阻力系數(shù)差別很大，難以根據(jù)理論計(jì)算，常用的金屬風(fēng)筒、玻璃鋼風(fēng)筒和膠布風(fēng)筒可根據(jù)阻力系數(shù)表查閱。

2.3 局部通風(fēng)機(jī)的選型

1）對(duì)旋式局部通風(fēng)機(jī)。常用的局部通風(fēng)機(jī)有FBD系列和2BKJ系列，F(xiàn)BD系列通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓高、效率高、負(fù)載合理、調(diào)試方便。2BKJ系列通風(fēng)機(jī)噪音低、風(fēng)壓高、體積小、反風(fēng)效果佳，在瓦斯和煤塵濃度高的礦井中應(yīng)用廣泛。

2）離心式局部通風(fēng)機(jī)。DF系列為代表的離心式通風(fēng)機(jī)利用葉輪高速旋轉(zhuǎn)形成的離心力產(chǎn)生真空，氣體在此壓差下被壓入葉輪。離心式通風(fēng)機(jī)反風(fēng)效率低，較少應(yīng)用于掘進(jìn)工作面。

2.4 風(fēng)筒的選擇

根據(jù)通風(fēng)機(jī)型號(hào)選擇風(fēng)筒的材質(zhì)和直徑，風(fēng)筒的直徑根據(jù)通風(fēng)距離和掘進(jìn)面風(fēng)量需求確定，直徑越大的風(fēng)筒風(fēng)阻和耗電量也越小。

3 通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)的調(diào)節(jié)

由于掘進(jìn)工作面推進(jìn)、瓦斯?jié)舛茸兓仍?，局部通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況不是一成不變的，完成通風(fēng)機(jī)和風(fēng)筒的計(jì)算、選型和設(shè)計(jì)后，為了使通風(fēng)機(jī)運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)，需采取調(diào)節(jié)措施保證通風(fēng)機(jī)運(yùn)行在最佳工況點(diǎn)。

3.1 改變管網(wǎng)特性

通風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)即是管網(wǎng)特性曲線和風(fēng)機(jī)特性曲線的交點(diǎn)，通過(guò)改變風(fēng)筒閥門(mén)的開(kāi)度大小可以改變管網(wǎng)特性曲線的斜率，如圖2所示，原管網(wǎng)特性曲線R1與風(fēng)機(jī)特性曲線的交點(diǎn)為A點(diǎn)，閥門(mén)開(kāi)度變小后管網(wǎng)特性曲線R2與風(fēng)機(jī)特性曲線的交點(diǎn)為B點(diǎn)，工況點(diǎn)的風(fēng)量變小風(fēng)壓變大。類似地，閥門(mén)開(kāi)度增大后工況點(diǎn)C的風(fēng)量變大風(fēng)壓變小。

圖2 管網(wǎng)特性對(duì)風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)的影響

3.2 改變風(fēng)機(jī)性能

改變風(fēng)機(jī)的速度、葉輪外徑和切換葉輪單雙級(jí)可以改變風(fēng)機(jī)的特性曲線，從而改變風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)。風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速改變，則風(fēng)量、全壓和功率等參數(shù)均會(huì)跟隨變化，對(duì)于同種型號(hào)的風(fēng)機(jī)而言，其變化規(guī)律是相似的，稱之為相似定律。目前變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展迅速，通過(guò)變頻器改變風(fēng)機(jī)供電頻率，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速。如圖3-1所示，M1、M2、M3分別對(duì)應(yīng)不同頻率供電方式下的風(fēng)機(jī)特性曲線。M1供電頻率為50 Hz，M2供電頻率為40 Hz，M3供電頻率為30 Hz，由圖可知，隨著供電頻率下降，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，則風(fēng)機(jī)特性曲線下移，對(duì)于特定管網(wǎng)而言，風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)向原點(diǎn)移動(dòng)，風(fēng)量和風(fēng)壓均減小。葉輪的外徑對(duì)風(fēng)機(jī)特性曲線也有顯著影響，如圖3-2所示[6-7]，切削縮小葉輪外徑不產(chǎn)生多余的能量消耗，但是這種方式的缺點(diǎn)也很明顯，切削葉輪需要成本支出，并且此項(xiàng)工作需要風(fēng)機(jī)停機(jī)，影響掘進(jìn)面工作效率，切削量需要嚴(yán)格計(jì)算，若切削量不準(zhǔn)確將降低風(fēng)機(jī)的效率。對(duì)旋式通風(fēng)機(jī)可通過(guò)葉輪單雙級(jí)運(yùn)行調(diào)節(jié)風(fēng)壓，管網(wǎng)阻力較小時(shí)采用一級(jí)葉輪工作，此時(shí)風(fēng)壓為雙級(jí)對(duì)旋同時(shí)工作的30%～60%，管網(wǎng)阻力增大后啟用雙級(jí)葉輪工作。除了上述方式改變風(fēng)機(jī)性能，也有煤礦采用調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)葉片夾角的方式調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)性能曲線，但是存在不穩(wěn)定的工況，因此較為少用。

圖3 風(fēng)機(jī)性能對(duì)風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)的影響

4 結(jié)語(yǔ)

局部通風(fēng)機(jī)的布置方式有抽出式、壓入式和混合式，長(zhǎng)壓短抽或長(zhǎng)抽短壓混合式通風(fēng)兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)，為了提高掘進(jìn)工作面的安全性，特別是在大斷面的巷道中適合采用此種通風(fēng)方式。掘進(jìn)面通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程包括風(fēng)量風(fēng)壓計(jì)算、阻力計(jì)算、風(fēng)機(jī)選型和風(fēng)筒選型等步驟。為了使風(fēng)機(jī)運(yùn)行在最佳工況點(diǎn)，可采用改變管網(wǎng)性能和改變風(fēng)機(jī)性能的方式調(diào)節(jié)特性曲線，使風(fēng)機(jī)運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)合理，提高風(fēng)機(jī)的使用壽命，減少風(fēng)機(jī)的電量消耗。

（編輯：王慧芳）