赫永峰

寧夏礦山安全監(jiān)察局安全技術(shù)中心，寧夏銀川，750000

0 引言

通風(fēng)機(jī)是礦山通風(fēng)安全中不可替代的角色，如何保證其連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、穩(wěn)定通風(fēng)、高效運(yùn)行是關(guān)乎礦山企業(yè)是否能夠穩(wěn)定生產(chǎn)的先決條件。當(dāng)前礦山企業(yè)是采用安裝2臺通風(fēng)機(jī)，2臺通風(fēng)機(jī)互為備用。當(dāng)一臺通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)問題時，則啟動另一臺通風(fēng)機(jī)，以此來保證通風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。此舉只能保證通風(fēng)機(jī)的連續(xù)運(yùn)行，但是對通風(fēng)機(jī)的性能沒有做科學(xué)的考量?；谏鲜鰡栴}，本文重點(diǎn)闡述了如何快速準(zhǔn)確地對一臺正在運(yùn)行的通風(fēng)機(jī)進(jìn)行性能測定，并對其當(dāng)前的狀態(tài)是否滿足礦山今后發(fā)展需要的問題進(jìn)行研究診斷。

1 礦山在用主通風(fēng)機(jī)性能測定研究的意義

1.1 礦山企業(yè)未來蓬勃發(fā)展的經(jīng)濟(jì)意義

礦山企業(yè)作為基本生產(chǎn)資料的提供者，在國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展中就起著中流砥柱的作用。國家“十四五”發(fā)展綱要指出，礦山企業(yè)要安全發(fā)展、綠色發(fā)展。那么在新的歷史起點(diǎn)上，貫徹總體國家安全觀，統(tǒng)籌發(fā)展和安全的問題就是未來礦山企業(yè)發(fā)展中要肩負(fù)的責(zé)任和重?fù)?dān)[1]。

1.2 主通風(fēng)機(jī)在礦山發(fā)展中的重要意義

雖然我國幅員遼闊，但與歐美發(fā)達(dá)國家比較，我國礦產(chǎn)資源相對貧乏，如若要最大限度地開采好現(xiàn)有資源，那么礦山企業(yè)的開采深度只能是越來越深，隨著開采深度的不斷加深，礦井通風(fēng)阻力會越來越大；隨著深度的增加，瓦斯、一氧化碳、硫化氫等有毒有害氣體也會增多，用風(fēng)量也會越來越大。為了保證礦井的正常通風(fēng)，保證井下氧氣濃度不低于20%、二氧化碳濃度不超過0.5%、一氧化碳濃度不高于0.0024%、氧化氮濃度不高于0.00025%、二氧化硫濃度不高于0.0005%、硫化氫濃度不高于0.00066%、氨氣濃度不超過0.004%的規(guī)定，并提供穩(wěn)定及良好的礦井空氣流通，保障礦工的生命安全，那對主通風(fēng)機(jī)的性能要求也隨之越來越高。出于安全考量，礦山在用主通風(fēng)機(jī)是需要24小時不間斷運(yùn)行，而且還必須要配備一臺同等性能的備用通風(fēng)機(jī)且要在10分鐘之內(nèi)啟動運(yùn)行。所以通風(fēng)機(jī)性能的優(yōu)劣，在礦山企業(yè)的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。

2 礦山在用主通風(fēng)機(jī)性能測定的要求與方法

2.1 礦山企業(yè)在用主通風(fēng)機(jī)性能測定的要求

礦山主通風(fēng)機(jī)在新安裝到礦井中后，必須要進(jìn)行首次性能測定。雖然按國家要求，每臺通風(fēng)機(jī)出廠時都必須要進(jìn)行出廠性能測定檢驗，為客戶提供本機(jī)的性能測定曲線圖。但是，由于各個礦山企業(yè)各自開采的地域不同，同一地域開采的深度與廣度也不同，這就導(dǎo)致每臺通風(fēng)機(jī)面臨的氣壓、空氣濕度、大氣環(huán)境溫度及礦井通風(fēng)阻力不同，而這些都會最終導(dǎo)致該臺通風(fēng)機(jī)性能輸出結(jié)果與原廠比較會發(fā)生很大變化。通風(fēng)機(jī)在原廠出廠時，每一臺通風(fēng)機(jī)進(jìn)行性能測定時，它面臨的大氣壓力、空氣濕度、環(huán)境溫度基本變化是很小的，并且通風(fēng)機(jī)測試風(fēng)道也是極度規(guī)則，通風(fēng)阻力基本恒定，所以測出的最小風(fēng)量與最大風(fēng)量是不能代表該臺通風(fēng)機(jī)在安裝入礦井后在工況下所能提供的最低風(fēng)量與最高風(fēng)量值的。那么，對于礦山企業(yè)來說，新安裝的主通風(fēng)機(jī)必須要進(jìn)行首次性能測定，隨著開采深度與廣度的變化，后續(xù)還需要繼續(xù)對其進(jìn)行性能測定，以此確保通風(fēng)機(jī)在各個工況時期，在保證提供正常通風(fēng)的情況下，電耗也始終能保持一個最優(yōu)值。國家現(xiàn)規(guī)定，通風(fēng)機(jī)性能測定周期最長不能超過五年。具體是幾年，要根據(jù)自身礦山開采程度而定，如果礦山企業(yè)自身并不是產(chǎn)能落后企業(yè)，那么很顯然，五年的性能測定檢測要求是不適合自己的[2]。

2.2 礦山企業(yè)在用主通風(fēng)機(jī)性能測定的方法

新形勢下，通風(fēng)機(jī)的性能考量不能只是單獨(dú)評價風(fēng)量夠不夠用，而要結(jié)合能耗要求整體考慮。那么通風(fēng)機(jī)測定總體也就分為兩部分，第一部分為輸入，第二部分為輸出。輸入主要指主電機(jī)的輸入功率，輸出為通風(fēng)機(jī)風(fēng)量的輸出功率。最終在風(fēng)量滿足要求的基礎(chǔ)上，獲得通風(fēng)機(jī)的最大效率。

2.3 輸入功率測定方法

礦山企業(yè)通風(fēng)機(jī)多為交流異步電動機(jī)，測定交流異步電動機(jī)電參數(shù)時選用精度等級為0.5的測量儀器，測量值應(yīng)該位于儀器量程范圍20%～90%的測量區(qū)內(nèi)。電參數(shù)測量時，記錄每一個試驗工況點(diǎn)的電壓、電流、功率因數(shù)、有功功率。電機(jī)電源交流電壓波動不應(yīng)超過額定電壓的5%（電源電壓應(yīng)在額定電壓的95%～105%之間變化），輸出功率不應(yīng)超過電機(jī)銘牌額定值的5%，超過以上限定值，該試驗值對試驗結(jié)果分析并無實際意義。

為保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性，現(xiàn)階段礦山企業(yè)大型電機(jī)電氣參數(shù)測量主要方法有兩種：一種是在測試條件允許時，采用礦山電機(jī)綜合參數(shù)測試儀測量，另一種是如果測量儀器受限，可以采用二瓦特法進(jìn)行測量。測量結(jié)果也可保證較高準(zhǔn)確度，原理分析見下式[3]。

在三相三線制情況下采用二瓦特表法測量，接線如圖1，計算公式見公式2。

圖1 二瓦特表法測量接線法

二瓦特表法總有功功率計算公式：

公式推導(dǎo)原來：三相功率二瓦特表法測量電路，則總功率為:

根據(jù)基爾霍夫電流定律：“電路中任一個節(jié)點(diǎn)上，在任一時刻，流入節(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出節(jié)點(diǎn)的電流之和”。那么在一個固定的三項電路中，同一時刻，任意兩根火線的流入電流恒等于第三根火線的流出電流，及電路中三根火線電流矢量和恒等于零，即：

將式（1）代入公式3中可得：

COSφAC與COSφBC分別是UAC與IA、UBC與IB的向位差角。

2.4 通風(fēng)機(jī)輸出流量的測定方法

現(xiàn)階段去采集某一截面的流量較為通用的方法有兩種，一種是采用速度場法，用多組電子風(fēng)速表，將該截面按照該界面形狀，平均分成若干等分，截面分割數(shù)越多，采集結(jié)果越有代表意義（實際測量中不得低于8個），運(yùn)用電子風(fēng)速表同時采集該截面上各個點(diǎn)的速度，再計算出平均速度。該方法的優(yōu)點(diǎn)是方法適用性廣，對截面形狀無要求。缺點(diǎn)是該方法測量時間長，且結(jié)果需要精確處理。實踐當(dāng)中，使用該方法在布置好電子風(fēng)速表后進(jìn)行測量時，發(fā)現(xiàn)由于風(fēng)流渦流等問題，會出現(xiàn)部分風(fēng)速表風(fēng)速極低的情況，這時就需要重新加倍加裝風(fēng)速表再次進(jìn)行采集。所以在采用該方法時，必須進(jìn)行初始試驗，確定風(fēng)速表安裝的數(shù)量與每次采集所需要觀測的時間長度。第二種辦法是靜壓差法，用壓差儀采集。該方法的優(yōu)點(diǎn)是，采集用時短，數(shù)據(jù)采集精準(zhǔn)。即使由不同的人在不同的時間進(jìn)行參數(shù)讀取，其結(jié)果也有很好的精準(zhǔn)性。缺點(diǎn)是該方法要求采集截面必須是圓截面，風(fēng)管有一定的直線長度。現(xiàn)階段，隨著礦山老舊通風(fēng)機(jī)的換代，實踐采集過程中發(fā)現(xiàn)，該方法適用性正在逐步變廣，且會成為未來通風(fēng)機(jī)性能測定的主流方法，部分大型礦山在用主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測裝置也是采用的該方法來實時對風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行在線監(jiān)測。

3 礦山企業(yè)在用主通風(fēng)機(jī)性能測定案例分析

案例中為某國企大型煤礦，一號立風(fēng)井安裝2臺FBCDZ№30/2×450型對旋軸流式通風(fēng)機(jī)，配備YBF630-8電機(jī)，電機(jī)功率2×450kW，額定電流34.5A、額定電壓10000V。額定風(fēng)量為100～295m3/s，即6000～17700m3/min，額定風(fēng)壓230～4850Pa，工作方式為一臺風(fēng)機(jī)工作，一臺風(fēng)機(jī)備用。同時裝備有在線監(jiān)控系統(tǒng)，能隨時對礦井通風(fēng)能力及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況進(jìn)行監(jiān)控。接下來我們就這臺通風(fēng)機(jī)展開性能測定。

首先應(yīng)與使用者溝通，制定此次性能測定的目的。該案例中通過與礦方溝通，根據(jù)礦井5年內(nèi)采掘接續(xù)計劃預(yù)測礦井需風(fēng)量、礦井通風(fēng)阻力，并預(yù)計主通風(fēng)機(jī)在近5年內(nèi)可能運(yùn)行的葉片安裝角度及運(yùn)行頻率。通過與礦方溝通，最終決定對該礦兩臺主通風(fēng)機(jī)6°葉片角度進(jìn)行性能測定。測定風(fēng)機(jī)葉片在6°葉片角度不同頻率下（34Hz、36Hz、38Hz、41Hz）的風(fēng)壓、功率、效率與風(fēng)量之間變化關(guān)系，并繪制主通風(fēng)機(jī)性能曲線[4]。

4 礦山企業(yè)在用主通風(fēng)機(jī)性能結(jié)果分析

4.1 通風(fēng)機(jī)1號性能曲線圖

圖2 主通風(fēng)機(jī)6°工況下性能曲線（靜壓、風(fēng)量曲線）

圖3 主通風(fēng)機(jī)6°工況下性能曲線（功率、風(fēng)量曲線）

4.2 通風(fēng)機(jī)1號性能曲線圖性能結(jié)果狀態(tài)診斷

根據(jù)整理后的測定數(shù)據(jù)繪制主通風(fēng)機(jī)的靜壓曲線、功率曲線和效率曲線，所測繪的特性曲線相對較為平滑，根據(jù)實際測定數(shù)據(jù)繪制實際特性曲線，所測數(shù)據(jù)誤差均在允許范圍之內(nèi)。依據(jù)實測數(shù)據(jù)分析認(rèn)為，測試方法正確，測試過程讀取數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)處理科學(xué)合理、真實可靠，所測得的風(fēng)機(jī)特性曲線真實地反映了該風(fēng)機(jī)的性能，測試效果好，數(shù)據(jù)真實可靠[5]。

主通風(fēng)機(jī)在經(jīng)濟(jì)合理狀況下運(yùn)行，其靜壓效率不應(yīng)低于最高效率的70%（兩臺風(fēng)機(jī)的最高效率為85%），即主通風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)行區(qū)間為靜壓效率≥59.5%。目前礦方兩臺主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行在+6°葉片角38Hz下，1號主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率為75%，2號主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率為73%，均大于59.5%，主通風(fēng)機(jī)滿足合理經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求；兩臺主通風(fēng)機(jī)實際運(yùn)行的工況點(diǎn)處于安全、穩(wěn)定可靠的工況點(diǎn)范圍[6]。

5 結(jié)語

通過通風(fēng)機(jī)性能測定以及診斷可以確定該臺通風(fēng)機(jī)是否滿足該企業(yè)未來一定時間內(nèi)的使用要求，并且可以將通風(fēng)機(jī)調(diào)制到合理的經(jīng)濟(jì)狀況下運(yùn)行，礦山企業(yè)可以安全、經(jīng)濟(jì)地使用主通風(fēng)機(jī)，同時這也順應(yīng)了國家節(jié)能減排的方針政策。