司馬煤業(yè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化研究

路建玲

（潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 047105）

1 引言

司馬煤業(yè)礦井主通風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行受電網(wǎng)穩(wěn)定性、風(fēng)門結(jié)構(gòu)等因素制約，風(fēng)機(jī)性能未能充分發(fā)揮，直接影響井下安全作業(yè)。針對(duì)現(xiàn)狀，技術(shù)人員急需采取有效措施優(yōu)化提升通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2 礦井主通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)組成

司馬煤礦主通風(fēng)機(jī)布設(shè)2臺(tái)，其中1臺(tái)工作1臺(tái)備用，井下3個(gè)采區(qū)均具備獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)。通風(fēng)機(jī)主扇采用機(jī)械抽出式方法通風(fēng)作業(yè)，主通風(fēng)機(jī)型號(hào)是FBCDZ-10-NO（29）對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)，主通風(fēng)機(jī)電機(jī)的額定功率是2×630kW。對(duì)旋式通風(fēng)機(jī)的兩級(jí)葉輪分別安裝于兩臺(tái)防爆電機(jī)軸上，兩級(jí)葉輪并排安裝相對(duì)旋轉(zhuǎn)。通風(fēng)機(jī)組成部分包括：主風(fēng)筒（1級(jí)）及電機(jī)、葉輪（1級(jí)）、氣流集流器、氣流疏流罩、葉輪（2級(jí)）、主風(fēng)筒（2級(jí)）及電機(jī)、擴(kuò)散器，如圖1所示。該型通風(fēng)機(jī)沒(méi)有導(dǎo)葉片，第二級(jí)葉輪兼具做功與導(dǎo)流的雙重作用。通風(fēng)機(jī)工作至額定工況點(diǎn)附近時(shí)，經(jīng)過(guò)二級(jí)葉輪的氣體流向近似沿軸向；當(dāng)實(shí)際工況點(diǎn)偏離額定工況點(diǎn)的程度較大時(shí)，二級(jí)轉(zhuǎn)子流出的則為旋轉(zhuǎn)氣流。

圖1 FBCDZ-10-NO.29型通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)

圖中，數(shù)值1、2、3、4分別表示電動(dòng)機(jī)（1級(jí)）、葉輪（1級(jí)）、葉輪（2級(jí)）、電動(dòng)機(jī)（2級(jí)）；數(shù)值5、6、7、8分別表示擴(kuò)散器、擴(kuò)散塔、人窗及制動(dòng)裝置；數(shù)值9、10、11分別表示溫度、加熱器和動(dòng)力線接線盒。

3 影響通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行因素

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，因主通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)及風(fēng)機(jī)間隙、風(fēng)門等因素影響，礦井采用的主通風(fēng)機(jī)普遍存在著設(shè)備性能未能充分發(fā)揮、設(shè)備效率低下的問(wèn)題。主通風(fēng)機(jī)由風(fēng)機(jī)主體和附屬裝置組成，附屬設(shè)備性能是否穩(wěn)定也是直接影響通風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。通風(fēng)機(jī)散熱系統(tǒng)性能不良、未發(fā)揮應(yīng)有效用，致使通風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后機(jī)身產(chǎn)生過(guò)多的熱量無(wú)法充分釋放冷卻風(fēng)機(jī)，高溫作業(yè)影響其工作效率。由于風(fēng)機(jī)引風(fēng)口與大氣壓存在很大差值，如果風(fēng)機(jī)引風(fēng)口直徑、結(jié)構(gòu)不合理，會(huì)使空氣在風(fēng)口處產(chǎn)生漏風(fēng)或渦流現(xiàn)象，進(jìn)而降低通風(fēng)效率。主通風(fēng)機(jī)作為礦井最主要的動(dòng)力源頭，其通風(fēng)運(yùn)行的可靠性、有效性，直接關(guān)系到井下作業(yè)人員生命安全。以下所述因素是影響主通風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的主要原因。

3.1 電網(wǎng)不穩(wěn)定因素

礦井主通風(fēng)機(jī)安裝位置距離礦井變電所較遠(yuǎn)，主通風(fēng)機(jī)設(shè)備容量較大，機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)期間轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，設(shè)備啟動(dòng)時(shí)沖擊電流大、線路壓降大導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行過(guò)熱，該現(xiàn)狀是導(dǎo)致主通風(fēng)機(jī)穩(wěn)定性降低的原因之一。此外在主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行期間，設(shè)備需要穩(wěn)定的電網(wǎng)電壓進(jìn)行作業(yè)，而實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于礦井上級(jí)變電所電網(wǎng)電壓值不穩(wěn)定影響，也會(huì)導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)主風(fēng)扇自動(dòng)跳閘現(xiàn)象，從而影響主通風(fēng)機(jī)穩(wěn)定性，進(jìn)而影響礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定。影響礦井主通風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的因素見(jiàn)圖2。

圖2 影響礦井主通風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行因素圖示

3.2 礦井風(fēng)門結(jié)構(gòu)因素

礦井主通風(fēng)機(jī)風(fēng)門也是影響通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的主要原因。司馬煤礦礦井通風(fēng)作業(yè)采用一臺(tái)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行，另一臺(tái)通風(fēng)機(jī)備用方式。原礦井風(fēng)門為圓形結(jié)構(gòu)，主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供動(dòng)力通過(guò)鋼絲繩提升圓形風(fēng)門，實(shí)現(xiàn)風(fēng)門升降開(kāi)啟關(guān)閉的過(guò)程。但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，圓形風(fēng)門在提升過(guò)程中由于風(fēng)流影響風(fēng)門扭動(dòng)致使風(fēng)門不能再升降卡槽里順利升降。冬季作業(yè)時(shí)，因天氣及滲水影響導(dǎo)致風(fēng)門與升降卡槽凍結(jié)粘連。以上因素直接導(dǎo)致風(fēng)門不能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成啟閉影響風(fēng)機(jī)切換作業(yè)，進(jìn)而影響通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

4 提高通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行技術(shù)

4.1 選取科學(xué)合理的通風(fēng)機(jī)型

礦井在投入生產(chǎn)前，必須結(jié)合礦井結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇適合礦井建設(shè)的安全高效節(jié)能風(fēng)機(jī)。在礦井新建或礦井?dāng)U建過(guò)程中很多煤礦企業(yè)都注重選擇效率高、功率大的通風(fēng)機(jī)，但更應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，科學(xué)選用合理的進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)，使進(jìn)風(fēng)口處漏風(fēng)和渦流渠道損失降低，以確保通風(fēng)機(jī)發(fā)揮安全高效的效用。

4.2 優(yōu)化礦井通風(fēng)網(wǎng)路

礦井在生產(chǎn)作業(yè)期間，擴(kuò)大通風(fēng)巷通道斷面積、開(kāi)拓新巷道、縮短通風(fēng)距離、減小巷道通風(fēng)阻力都是提高通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行的技術(shù)措施，但減小巷道通風(fēng)阻力是提高通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要技術(shù)措施。礦井通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)量、風(fēng)量流通速率與通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)緊密相連，井下通風(fēng)巷道的管路阻力越大，到達(dá)工作面的通風(fēng)量將越小，為保證通風(fēng)效果主通風(fēng)機(jī)需要提供的通風(fēng)壓力將會(huì)越大。井下生產(chǎn)過(guò)程中不難發(fā)現(xiàn)，主通風(fēng)機(jī)作業(yè)過(guò)程中需要克服各條管路阻力后才能達(dá)到輸送風(fēng)量的目的。通風(fēng)管路越長(zhǎng)、巷道斷面積越小、轉(zhuǎn)彎處的增加或是巷道局部雜物堆積堵塞都會(huì)直接加大通風(fēng)阻力。為降低主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行阻力，提高機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)性能，在井下工作面作業(yè)過(guò)程中要及時(shí)對(duì)巷道內(nèi)部堆積的生產(chǎn)材料、工具裝備及廢棄物及時(shí)清理，保證巷道風(fēng)流順暢疏通是保證通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定的積極措施。同時(shí)，將巷道風(fēng)硐斷面改成圓形，且直徑和風(fēng)機(jī)入口直徑相匹配，也是降低通風(fēng)阻力的積極舉措。

4.3 改造附屬設(shè)備，提高風(fēng)機(jī)效率

礦井主通風(fēng)機(jī)的有效運(yùn)行，離不開(kāi)附屬裝置穩(wěn)定服務(wù)。在通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，如何實(shí)現(xiàn)提高電機(jī)效率、降低故障發(fā)生率是保證通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的一大要素。

4.3.1 提高附屬裝備散熱性能

對(duì)于通風(fēng)機(jī)機(jī)器運(yùn)行溫度過(guò)熱現(xiàn)象，可以通過(guò)優(yōu)化改良，使用導(dǎo)熱率大的材料作為風(fēng)機(jī)散熱板，相應(yīng)可擴(kuò)大散熱板表面積以提高風(fēng)機(jī)散熱性能。主通風(fēng)機(jī)的引風(fēng)道結(jié)構(gòu)改成流線形也會(huì)降低通風(fēng)阻力，提高進(jìn)風(fēng)效率。對(duì)于礦井出風(fēng)井口應(yīng)布設(shè)防爆門且防爆門尺寸不得小于出風(fēng)井口的斷面積，并應(yīng)正對(duì)出風(fēng)井口的風(fēng)流方向。防爆門的存在，可以在井下發(fā)生爆炸事故時(shí)，起到爆炸沖擊波將防爆門掀起卸壓的作用，以保護(hù)主通風(fēng)機(jī)免受損壞，縮短恢復(fù)正常通風(fēng)時(shí)間。

4.3.2 優(yōu)化風(fēng)門結(jié)構(gòu)

司馬煤礦原來(lái)使用的風(fēng)門為上下開(kāi)關(guān)式，為提高作業(yè)效率，優(yōu)化改造為左右側(cè)開(kāi)式風(fēng)門，優(yōu)化調(diào)整后礦井風(fēng)門由執(zhí)行器、連接軸及推拉式風(fēng)門組成。新的風(fēng)門長(zhǎng)寬高參數(shù)為4×3×0.44m的鋼板塊體，鋼板底部齒輪條由1條連接軸與執(zhí)行器電機(jī)齒輪相連。風(fēng)門隨著執(zhí)行器電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)實(shí)現(xiàn)軌跡運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)門啟閉要求。風(fēng)門結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整后可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)方式啟閉風(fēng)門，相比原手動(dòng)方式啟閉風(fēng)門節(jié)省了操作時(shí)間，提高了操作精度。使用與風(fēng)門匹配的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，確保切換風(fēng)機(jī)時(shí)風(fēng)門開(kāi)關(guān)正常，降低可能出現(xiàn)風(fēng)門故障的風(fēng)險(xiǎn)，為風(fēng)機(jī)正常切換贏得時(shí)間，同時(shí)可充分提高風(fēng)門啟閉穩(wěn)定性及安全性。

4.4 提高設(shè)備安裝精度

主通風(fēng)機(jī)設(shè)備安裝過(guò)程中，風(fēng)機(jī)間隙及風(fēng)葉角度的安裝精度也是影響通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的因素。在安裝風(fēng)機(jī)時(shí)，必須確保風(fēng)機(jī)徑向間隙精度符合要求以提高風(fēng)機(jī)效率。司馬煤礦礦井生產(chǎn)期間將主通風(fēng)機(jī)徑向間隙減小優(yōu)化調(diào)整，對(duì)通風(fēng)效果記錄觀測(cè)顯示，相比風(fēng)機(jī)間隙調(diào)整前取得了積極明顯的效果。通風(fēng)機(jī)主扇組裝過(guò)程中，風(fēng)葉部件的安裝擺設(shè)角度如果未能保持方向一致，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中就會(huì)造成各翼柵之間距離不等，進(jìn)而會(huì)增大氣流阻力，相應(yīng)的風(fēng)流沖擊和渦流損失率也會(huì)增大。因此，主扇安裝過(guò)程中，優(yōu)化調(diào)整風(fēng)葉安設(shè)角度，減少各扇葉之間角度偏差，可以在根本上減少風(fēng)流損失率，提高主風(fēng)機(jī)供風(fēng)效率。

5 結(jié) 語(yǔ)

通風(fēng)機(jī)電設(shè)備采用性能優(yōu)越的軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)、提高作業(yè)人員技能水平、加強(qiáng)作業(yè)人員技能培訓(xùn)是提高通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的積極舉措。主電機(jī)軸承冷卻采用可循環(huán)流動(dòng)的稀油潤(rùn)滑系統(tǒng)代替黃油潤(rùn)滑系統(tǒng)，可進(jìn)一步提高主通風(fēng)機(jī)軸承潤(rùn)滑效果，保證軸承溫度維持在合理范圍內(nèi)，避免軸承發(fā)熱量過(guò)大帶來(lái)的機(jī)械損傷。風(fēng)機(jī)操作人員全面了解風(fēng)機(jī)性能、全面掌握風(fēng)機(jī)各種應(yīng)急處置方案可以進(jìn)一步確保主通風(fēng)機(jī)安全高效運(yùn)行。通風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于工作狀態(tài)，檢修維護(hù)工作必須及時(shí)有效，不落下任何死角。針對(duì)主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行中存在的問(wèn)題進(jìn)行技術(shù)革新，同時(shí)引進(jìn)先進(jìn)的檢修設(shè)備，提高檢修效率。對(duì)于通風(fēng)機(jī)及附屬裝備的各個(gè)部件都需要進(jìn)行仔細(xì)檢查，及時(shí)清理通風(fēng)管道和通風(fēng)機(jī)表面灰塵，提高檢修力度。

礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性是礦山安全生產(chǎn)管理的重要組成部分，主通風(fēng)機(jī)設(shè)備及礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于礦井高效開(kāi)采作業(yè)、保障人身生命安全極為重要。主通風(fēng)機(jī)作為通風(fēng)系統(tǒng)的動(dòng)力源頭，其穩(wěn)定運(yùn)行與否直接危及礦井通風(fēng)系統(tǒng)和通風(fēng)設(shè)備的安全。生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中要積極加強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性舉措的執(zhí)行力度，確保通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定有效運(yùn)行，為礦井高產(chǎn)高效生產(chǎn)提供基礎(chǔ)保障。井工礦在開(kāi)采作業(yè)期間，采取科學(xué)、合理的舉措來(lái)保證通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，可以有效地降低礦井瓦斯、煤塵爆炸等事故發(fā)生的概率。