提高煤矿主通风机效率的途径及措施

提高煤矿主通风机效率的途径及措施

一、前言

煤矿井工生产是地下作业，自然条件复杂，工作环境恶劣。地面空气在进入井下并流经各作业场所的过程中，将掺入有毒有害气体和矿尘，成分逐渐发生变化。同时，由于地热作用，人体和机械的散热、水分的蒸发等，都会显著提高井下空气的温度和湿度，造成不良的气候条件。解决这些问题就需要矿井通风系统。通风系统之于煤矿，一如心脏之于身体，其重要性可想而知。矿井通风系统是向矿井各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的进、回风井的布置方式，主要通风机的工作方法，通风网络和风流控制设施的总称。矿井通风系统的分类有很多种。根据矿井通风系统的结构可分为统一通风和分区通风；根据进、回风井的布置位置可分为中央式、对角式、分区式及混合式通风；根据主要通风机的工作方式可分为压入式、抽出式和混合式通风；根据主要通风机的安装地点可分为井下、地表和井下地表混合式通风。矿井通风系统应根据矿井设计生产能力、煤层赋存条件、表土层厚度、井田面积、地温、矿井瓦斯涌出量、煤层自然倾向性等条件，在确保矿井安全、兼顾中、后期生产需要的前提下，通过对多个可行的矿井通风系统方案进行技术经济比较后确定。

　　合理的矿井通风系统是防治瓦斯、煤尘、自然发火事故的关键。瓦斯是煤矿最严重的危害，预防瓦斯超限，防止瓦斯爆炸，基础工作是要构建可靠的通风系统，使井下巷道和工作面供风可靠，风量充足，使风排瓦斯含量能够满足矿井要求。而针对采煤工作面上隅角的瓦斯，很大一部分是由采空区漏风从采空区岩层裂隙中带到上隅角的。因此，控制上隅角瓦斯首先要减少采空区漏风量，利用挡风帐，隔绝采空区通风，尽量减少采煤工作面向采空区的漏风，使采空区的高浓度瓦斯不流动到上隅角再进入采煤工作面风流。这样可以使采空区的瓦斯涌出得到控制，降低采煤工作面回风流中的瓦斯浓度。

　　煤尘有爆炸危险，通风的目的之一就是将井下煤尘稀释到安全浓度以下并排出矿井。决定通风除尘效果的主要因素有风速、风流方向及矿尘密度、粒度、形状、湿润程度等。风速过低，粗粒矿尘将与空气分离下沉，不易排出而滞留在采掘空间，增加煤尘的浓度；风速过高，虽然能够将煤尘带走，但又使采掘空间的落尘重新吹起，反而会增加煤尘浓度。一般而言，掘进工作面的最优排尘风速为0.4-0.7m/s，机械化采煤工作面的风速为1.5-2.5m/s，回采工作面、掘进煤巷最高允许风速为4m/s。这不仅考虑了工作面通风的要求，同时也考虑到煤尘的二次飞扬问题。

　　近年来，我国煤矿技术快速发展，但随着井下采掘工作的进行，矿井通风系统会不断发生变化。因此，在实际生产过程中必须要进行通风系统调整，改善通风网络结构、调整通风机的性能参数，对复杂落后、急需优化的通风系统进行优化改造，才能有效的避免通风事故的发生，为煤矿安全生产建立可靠保障。

煤矿主通风机是各种机电设备中耗电量最大的设备之一,其耗电量一般占矿井总耗电量的20%～30%。如果能把其耗电量降低几个百分点,节能效益将是非常可观的。造成主通风机耗电量大的一个主要因素就是风机整体效率低。据有关部门对30个矿务局使用老式轴流式风机的100个风井调查表明:效率低于50%的风机占风机总数的49%。另据煤矿通风报表统计,国有重点煤矿1086台主通风机,平均运转效率仅为52.79%。因此提高风机效率,降低电耗势在必行。

二、主通风机效率低的原因分析

（一）风机本身性能不好

根据资料,目前我国在用的通风机中80%以上是70B2、2BY等轴流式通风机和9-57、4-62等离心通风机。这些风机普遍存在着性能差、效率低的问题,已被国家列为淘汰产品。其中9-57型风机的最高效率低于65% ,而70B2风机的最高静压效率也仅为70%。据山西省对六大国有重点矿务局36对通风机运行情况调查表明,64台主通风机的平均效率仅为54.1%。

(1) 风机进风口部件不齐全或结构不合理

轴流式通风机进风口是由集流器和流线罩围成的一段断面逐渐缩小的圆环形通道。它可使气流以最小的阻力损失均匀地进入叶轮。如果进风口部件不齐全或结构不合理就会增加进风口处的冲击和涡流损失,使风机效率降低。

(2) 风机内间隙过大

轴流式通风机的径向间隙过大也是普遍存在的造成效率下降的一个原因。风机的径向间隙增大后,会使风机内部的涡流损失增加。有人认为,径向间隙每超过叶片长度的1% ,风机效率就下降2.8%,风机产生的压力要下降10%左右。目前现场不少风机的径间隙就过大,径向间隙有的达到

30mm左右,致使风机效率下降。

(3) 整流器导叶不齐全或被锈蚀

整流器的作用是改变气流在风机内部的旋转速度和方向,减少涡流损失,提高风机效率。当风机整流器的导叶不齐全或被锈蚀时,就会影响整流器的性能。此时虽有整流器,但风机效率仍较低。另外诸如前导器不合格、风机外壳强度不够或有破洞等因素也能导致风机本体性能变差,影响风机效率的提高。

　（二）通风机附属装置的影响

通风机附属装置性能好坏对风机效率的影响主要表现在以下几个方面。

(1) 扩散器结构不合理

通风机扩散器的主要作用是把风机出口的一部分动压转化为静压,以提高风机效率。但是有的矿井安装的扩散器结构不合理,或壁面粗糙,或扩散器内障碍物太多,从而使扩散器阻力增大,效率下降。忻州窑矿4-72№20通风机,由于立式扩散器出入口面积比偏小(1.8倍) ,敞角偏大(16°) ,有100Pa 能量消耗在扩散器出口;且出口处有部分回流出现,回流区面积达400×900(mm2) ,回流深度达1.5m。

(2) 通风机引风道结构不合理

引风道是指抽出式通风矿井的风峒和风机进风口之间的一般过渡风道。为了保证减少阻力和风流均匀稳定地进入风机,要求引风道成流线形,且曲率半径要和坡度适合,其内无局部障碍物。如果引风道结构不合理,就会加大风机入口的风

流紊乱程度,甚至可能使叶片共振而受损。

（三） 驱动电机的负荷率低

矿井在设计时,主通风机及其驱动电机大都是按投产后通风容易时期和困难时期的最大需要风量及负压选型的,而在投产初期有的矿受地质条件的影响,实际产量与设计产量相差较大,造成了“大马拉小车”的局面。由于电机的效率η和功率因数cosθ是随着负荷率的变化而变化的,负荷率下降,η和cosθ也下降,而且在负荷率低于0.5时,η和cosθ下降速度增大。据对全国30个矿务局使用轴流式通风机的100个回风井调查表明:39%的驱动电机负荷率低于50%。另据沈阳煤研

所对东北、华北34个矿务局的311台主通风机负荷率的调查表明: 65%以上的电机,负荷率低于65%。因此驱动电机负荷率低也是导致风机总体

（四） 安装质量不高、维修不及时

有些矿井主通风机效率低是由于安装质量不符合要求,或在长期运转中严重锈蚀而检修不及时造成的。一台70B2-№28 风机运转5年后进行了检修,检修后风机效率比检修前有较大的提高。

三、提高主通风机效率的措施

（一）提高风机本身的工作性能

(1) 将不扭曲叶片变为扭曲叶片

当矿井风阻较小时,可用扭曲叶片代替70B2系列风机的直叶片,并相应调整动叶和导叶数量及导叶角度,以提高风机的效率。

(2) 采用新型高效低耗风机替换老式风机

有些老式风机效率低,修修补补也解决不了根本问题,这时采用新型高效风机是提高这类风机效率的一个有效措施。例如, 北京矿务局用2K60-4-№24风机替换了07-21-№24风机,电机仍用原来475kW的JSQ1510-8型电机,风机效率从原风机的29.73 %提高至57.16%。再如龙口北皂矿西风井用1K58-№24风机替换70B2-№24风机,同时用N = 320kW , n = 1000r/min 的电机替换原先570kW、750r/ min的电机后,效率从46%提高到79%。

(3) 采用合理的进风结构

改进进风口的结构,可使进风口处漏风和涡流通渠道损失降低,提高了风机效率,如阜新局改造一台CTⅡ-57型风机的进风结构后,风机效率明显提高。

(4) 调节导叶角度

70B2、BY等老式轴流通风机和2K60新型通风机的高效区都在高压区。如矿井的通风网络阻力小,就会使风机长期在低效区运行。北京矿务局经研究发现,中压、低、中等风量的轴流式通风机,可以通过调节导叶角度的方法来改善风机的性能,提高风机效率,但风机动叶与导叶间,必须有一个最佳的匹配角度。

（二） 改造附属设备,提高风机效率

(1) 改造扩散器

减小扩散器的内外转角。减小扩散器的内外转角可缩小扩散器出口回流吸风口范围,降低排风阻力。对于卧式扩散器来说,其内转角应为50°～60°,外转角应为45°。这样做可减少扩散器内的回流损失。减小立式外接扩散器的敞角。减小立式外接扩散器的敞角可以缩小回流吸风区的面积。一般此类扩散器的敞角以8°～10°为宜。本溪彩屯矿将K4-73№32 通风机的扩散器外转角由56°减为45°,内转角由70°减为50°,并调整了其它尺寸,收到了明显效果: ①消除了扩散器出口的回流区; ②风量为2500m3/ min 时,风机排风侧阻力减少了93Pa,扩散器出口动压减少了54.3Pa;③在等风量情况下,风机静压提高了200～500Pa;而在全压相同情况下,风机风量增加了1000～3000m3/min。由此可见改造扩散器可达到改善风机性能的目的。

(2) 改造引风道结构

改造引风道应注意以下几点: ①引风道要是流线形; ②其曲率半径和坡度要适合; ③内部不能有障碍物; ④此风道断面最好是圆形,也可以是方形,但其长、宽及直径应和风机入口直径相匹配。

(3) 合理选择机型,提高电机负荷率

对于新上马或改造项目,要注意风机型号的选择,尽量避免“大马拉小车”。电机负荷率提高后可提高电机的效率和功率因数,减少电能损耗。如北京矿务局某矿一台2BY№18通风机,原驱动电机为JRQ147-8型,负荷率为21% ,电机效率较低。采用AMCO-15-8-8型电机后,负荷率提高了14% ,电机效率提高了10% ,节电效果较明显。

（三） 提高安装质量,及时检修

(1) 减小风机径向间隙

在安装风机时,应注意不能使径向间隙过大,径向间隙不要超过叶片长度的1%。不少矿井将径向间隙减小后,取得了较好的效果。如淮北矿务局袁庄矿采用环氧树脂等混合涂料涂隙的办法处理了一台70B2-21№18型通风机后,使风机效率提高了5%左右,电机输入减少10.3kW。

(2) 调整叶片安装角偏差

安装叶片时,如各叶片的安装角度不能保持一致,就会引起翼栅间距不等,增大叶片间的气流阻力,增大冲击和涡流损失,降低风机效率。因此必须调整叶片安装角的偏差,以提高风机效率。井径一矿对一台70B2- 21№24 通风机的性能测定表明,纠正叶片安装角偏差+ 2.2°～2.5°后,风机效率比调整前提高了3.5 %,年节电达12万kW·h 。

(3) 及时检修

及时对风机进行检修可以使风机保持良好的工作性能,避免因构件受损而影响风机的效率。如井径局某矿对一台70B2-№28通风机检修前后的性能所做的鉴定结果表明,检修后比检修前的风机静压效率提高了34%。

参　考　文　献

1 　方裕章等编著. 矿井通风系统技术改造. 煤炭工业出版社,1994.

2 　方裕章. 矿井主扇风机其装置存在的问题. 地方煤矿,1989  .

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