姚橋煤礦東二風(fēng)井1#主通風(fēng)機(jī)性能鑒定研究

程根銀，曹 健，姚宏章，謝中朋，馮 山，程 宥

(1.華北科技學(xué)院 安全培訓(xùn)部，河北 三河 065201；2.華北科技學(xué)院 安全學(xué)院，河北 三河 065201；3.上海大屯能源股份有限公司 江蘇分公司姚橋煤礦，江蘇 徐州 221000；4.首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué) 安全學(xué)院，北京 100070)

姚橋煤礦東二風(fēng)井1#主通風(fēng)機(jī)性能鑒定研究

程根銀1，2，曹 健2，姚宏章3，謝中朋4，馮 山2，程 宥2

(1.華北科技學(xué)院 安全培訓(xùn)部，河北 三河 065201；2.華北科技學(xué)院 安全學(xué)院，河北 三河 065201；3.上海大屯能源股份有限公司 江蘇分公司姚橋煤礦，江蘇 徐州 221000；4.首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué) 安全學(xué)院，北京 100070)

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》“每5年至少進(jìn)行1次風(fēng)機(jī)性能測(cè)定”的規(guī)定，為掌握姚橋煤礦東二風(fēng)井ANN-2500/1250型軸流式通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)及性能，根據(jù)風(fēng)機(jī)安裝現(xiàn)有條件，采取不停產(chǎn)的條件下，運(yùn)用精密氣壓計(jì)等設(shè)備，使用靜壓差法對(duì)1#備用主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行性能鑒定。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試出的相關(guān)參數(shù)，繪制出姚橋煤礦東二風(fēng)井1#風(fēng)機(jī)的輸出功率、風(fēng)壓、效率與風(fēng)量關(guān)系特性曲線。通過測(cè)定結(jié)果和數(shù)據(jù)分析，表明1#主通風(fēng)機(jī)性能良好，并能滿足東二風(fēng)井必備的井下用風(fēng)要求。為保障主要通風(fēng)機(jī)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，針對(duì)東二風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)中存在的不足，提出了相應(yīng)的整改建議。本次ANN-2500/1250型風(fēng)機(jī)性能鑒定的測(cè)試方法及結(jié)果分析，對(duì)類同軸流式風(fēng)機(jī)的鑒定工作具有一定的借鑒和指導(dǎo)作用。

軸流式通風(fēng)機(jī)；風(fēng)機(jī)特性曲線；技術(shù)測(cè)試；系統(tǒng)分析；

0 引 言

姚橋煤礦位于江蘇省徐州市西北大約82 km處，南距沛縣縣城17 km.該礦于1976年12月建成投產(chǎn)，1982年達(dá)到年產(chǎn)120萬t的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力[1]。投產(chǎn)近40 a來，生產(chǎn)能力經(jīng)過多次改擴(kuò)建，目前已達(dá)到了445萬t/a，開拓水平增加到3個(gè)，-400 m水平和-650 m水平，-850 m水平正在開拓建設(shè)之中。為適應(yīng)日益復(fù)雜的生產(chǎn)系統(tǒng)，先后開掘了7個(gè)井筒以保證通風(fēng)，通風(fēng)系統(tǒng)路線長(zhǎng)，通風(fēng)設(shè)施多，通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜[2]。礦井通風(fēng)方式為混合式(四進(jìn)三回)：即由井田中央-400 m水平的主副井和-650 m水平的新主副井兩對(duì)井筒進(jìn)風(fēng)，由井田西翼邊界的西風(fēng)井、井田東翼邊界的東二風(fēng)井和井田中央邊界的東一風(fēng)井3個(gè)井筒回風(fēng)。東二風(fēng)井安裝了2臺(tái)ANN-2500/1250型軸流式通風(fēng)機(jī)[3]，適配電機(jī)(異步)額定功率[4-5]均為1 000 kW，額定轉(zhuǎn)速994 r/min.此次風(fēng)機(jī)性能鑒定，首先根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定[6]，“生產(chǎn)礦井每5年進(jìn)行1次性能測(cè)定”要求；同時(shí)為掌握該風(fēng)井1#主通風(fēng)機(jī)的相關(guān)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)及其性能。通過風(fēng)機(jī)鑒定，它不僅有助于熟悉礦井通風(fēng)管理現(xiàn)狀，科學(xué)管理礦井通風(fēng)；而且還可為今后礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整、改造和各項(xiàng)安全技術(shù)措施的制定、實(shí)施提供可靠的技術(shù)依據(jù)[7]。根據(jù)該礦井生產(chǎn)實(shí)際需求，井下開拓布局將有所調(diào)整，主要是東二風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量將有所下調(diào)；目前該風(fēng)井安裝的軸流式風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)葉片角度為440，依據(jù)生產(chǎn)礦井的要求，不再下調(diào)該主通風(fēng)機(jī)的葉片角度，只需測(cè)定東二風(fēng)井1#ANN-2500/1250型軸流式主通風(fēng)機(jī)葉片角度為440條件下，風(fēng)機(jī)輸出功率、風(fēng)壓、效率與風(fēng)量關(guān)系特性曲線。華北科技學(xué)院和姚橋煤礦組成聯(lián)合測(cè)定小組，對(duì)該礦東二風(fēng)井1#ANN-2500/1250型軸流式主通風(fēng)機(jī)，葉片角度為440條件下進(jìn)行了性能鑒定。依據(jù)測(cè)定結(jié)果對(duì)該風(fēng)機(jī)的安全性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)該風(fēng)機(jī)與井下風(fēng)網(wǎng)的匹配情況進(jìn)行分析[8]。

1 測(cè)試工作安排

1.1 測(cè)試方案選擇

考慮到不影響井下生產(chǎn)，本次測(cè)定采用不停產(chǎn)地面風(fēng)流短路法測(cè)定，即由2#風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)井下正常通風(fēng)，關(guān)閉1#風(fēng)機(jī)立閘門，將風(fēng)路隔開，對(duì)1#風(fēng)機(jī)性能進(jìn)行性能測(cè)定。測(cè)定時(shí)，風(fēng)流從1#風(fēng)機(jī)的水平門閘門口(0-0斷面)進(jìn)入風(fēng)硐(1-1斷面)，經(jīng)2-2斷面進(jìn)入風(fēng)機(jī)后由擴(kuò)散器排入地面大氣，如圖1所示。

圖1 通風(fēng)機(jī)性能測(cè)定示意圖Fig.1 Schematic diagram of performance measurement of ventilator

風(fēng)量是反映煤礦主要通風(fēng)機(jī)性能優(yōu)劣的主要參數(shù)之一，也是煤礦選擇主要通風(fēng)機(jī)的主要依據(jù)[9]。風(fēng)量測(cè)定是煤礦主要通風(fēng)機(jī)安全技術(shù)性能測(cè)定的重要環(huán)節(jié)之一，能否準(zhǔn)確測(cè)定風(fēng)量將直接影響到煤礦主要通風(fēng)機(jī)安全技術(shù)性能測(cè)定的成敗。考慮到姚橋煤礦待測(cè)風(fēng)機(jī)的風(fēng)道斷面風(fēng)速穩(wěn)定，斷面面積相差較大(經(jīng)測(cè)量，2-2斷面和1-1斷面比值為31.9%)，且便于引出靜壓管口，適宜使用靜壓差法測(cè)定風(fēng)量[10-12]。

在1#風(fēng)機(jī)0-0斷面，通過在水平門進(jìn)風(fēng)口，增加或減少木板來調(diào)節(jié)工況[13-14]。在1-1斷面和2-2斷面內(nèi)均勻的布置測(cè)點(diǎn)，測(cè)定相對(duì)靜壓，由于1，2斷面相距很近且位于同一標(biāo)高，則有ρ1=ρ2=ρ，h1=h2，根據(jù)能量方程和1，2斷面的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，推得主要通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量計(jì)算公式為

(1)

式中 Δhs12為1，2兩斷面的靜壓差，Pa；α為系數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，也可以通過下式近似計(jì)算

(2)

式中ρ為空氣密度，kg/m3；S1，S2為1，2斷面的面積，m2；k為阻力損失系數(shù)，一般取0.98.

軸流式風(fēng)機(jī)一般需要測(cè)定靜壓特性曲線，在2-2斷面附近選擇測(cè)點(diǎn)，測(cè)定風(fēng)流的相對(duì)靜壓hs，則通風(fēng)機(jī)裝置靜壓Hs

Hs=hs-hv.

(3)

式中hv為測(cè)壓斷面的平均動(dòng)壓，通常按測(cè)得的風(fēng)量求斷面平均風(fēng)速后算得。

記錄每次測(cè)定的具體時(shí)間，利用氣壓計(jì)測(cè)定外界大氣壓變化，同時(shí)，0-0斷面測(cè)定干濕溫度。風(fēng)機(jī)全開狀態(tài)下啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，逐漸按需要改變進(jìn)風(fēng)口斷面積，直至進(jìn)風(fēng)量最小，測(cè)定結(jié)束。

1.2 測(cè)定步驟

1.2.1 測(cè)定準(zhǔn)備

測(cè)試前，根據(jù)已確定的方案和實(shí)施計(jì)劃進(jìn)行組織分工(指揮組、工況調(diào)節(jié)組、通風(fēng)參數(shù)測(cè)定組、電氣參數(shù)測(cè)定組、記錄與速算組、通訊組等)，準(zhǔn)備儀表、工具、記錄表格，并登錄風(fēng)機(jī)和電機(jī)銘牌技術(shù)參數(shù)，實(shí)測(cè)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸，測(cè)定斷面尺寸，安裝測(cè)定裝置和儀表。

1.2.2 測(cè)定過程

為不影響該礦正常生產(chǎn)工作，由2#風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)井下正常通風(fēng)，關(guān)閉1#風(fēng)機(jī)立閘門，對(duì)1#風(fēng)機(jī)進(jìn)行測(cè)試。

具體操作步驟如下

工況點(diǎn)調(diào)節(jié)：一切準(zhǔn)備工作就緒，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，利用水平門調(diào)節(jié)風(fēng)阻。軸流式風(fēng)機(jī)應(yīng)由小風(fēng)阻逐步增加到大風(fēng)阻，故啟動(dòng)風(fēng)機(jī)時(shí)水平門應(yīng)全部打開，風(fēng)流穩(wěn)定后(啟動(dòng)風(fēng)機(jī)后約3～5 min)，正式測(cè)定，開始讀取測(cè)定參數(shù)。然后逐步增加木板，通過調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)口面積，以增加風(fēng)阻，達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)工況的目的。待某一工況的測(cè)定數(shù)據(jù)全部測(cè)出后，調(diào)節(jié)工況，再讀取各參數(shù)的數(shù)值，直至測(cè)出整條曲線(一般為不少于8～9個(gè)測(cè)點(diǎn))，停轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)。

為防止風(fēng)壓過大，造成木板斷裂，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)受損，特于水平門進(jìn)風(fēng)口處放置10根鋼軌，防止木板受壓斷裂，以達(dá)到保護(hù)風(fēng)機(jī)之目的。

在水平門增阻過程中，應(yīng)密切關(guān)注風(fēng)機(jī)風(fēng)壓及電機(jī)電流變化，當(dāng)風(fēng)機(jī)接近最高風(fēng)壓值或電流達(dá)到額定電流時(shí)，風(fēng)機(jī)可能出現(xiàn)喘震現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)立即停止風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)[15-17]。

1.2.3 資料整理與分析

將測(cè)定數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)或人工計(jì)算，進(jìn)行整理、繪圖，然后對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行分析，完成測(cè)定報(bào)告。

1.3 注意事項(xiàng)

1)鑒于待測(cè)風(fēng)機(jī)是軸流式通風(fēng)機(jī)，啟動(dòng)時(shí)應(yīng)在風(fēng)量最大(工況調(diào)節(jié)斷面全面開啟)情況下啟動(dòng)，以避免過負(fù)荷情況出現(xiàn)；

2)性能測(cè)定過程中，要嚴(yán)密注視電機(jī)的溫升和電流波動(dòng)情況，當(dāng)溫升或電流波動(dòng)范圍接近和超過額定值時(shí)，機(jī)電負(fù)責(zé)人或司機(jī)應(yīng)立即停轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)，保證風(fēng)機(jī)安全[18]。測(cè)定過程中出現(xiàn)其他危及風(fēng)機(jī)(含電機(jī))安全時(shí)，也應(yīng)立即停機(jī)，中斷測(cè)定工作；

3)性能測(cè)定過程中工況調(diào)節(jié)口附近，嚴(yán)禁閑雜人員靠近；

4)測(cè)定前檢查隔斷井下風(fēng)流與測(cè)定風(fēng)流的立閘門的嚴(yán)密程度，設(shè)計(jì)堵塞漏風(fēng)，以減少測(cè)定工作對(duì)井下風(fēng)流的影響，確保井下安全生產(chǎn)；

5)斷面的畢托管(測(cè)壓管)要固定牢靠，不能偏斜，其連接的膠皮管要固定牢靠，防止抖動(dòng)或脫落[19]。

2 測(cè)定結(jié)果及分析

測(cè)定的東二風(fēng)井1#風(fēng)機(jī)的大氣參數(shù)和電氣參數(shù)等見表1.

表1 1#風(fēng)機(jī)靜態(tài)參數(shù)表

把所測(cè)得的數(shù)據(jù)送入微型計(jì)算機(jī)[20-22]，通過計(jì)算整理后，得到其最終結(jié)果，見表2.根據(jù)公式(4)計(jì)算出風(fēng)機(jī)效率

(4)

式中 η為風(fēng)機(jī)效率；Hs為風(fēng)機(jī)風(fēng)壓，Pa；Q為風(fēng)機(jī)風(fēng)量，m3/s；N為風(fēng)機(jī)軸功率，kW.

表2 1#主通風(fēng)機(jī)性能測(cè)定結(jié)果

注：表中數(shù)據(jù)均來自實(shí)測(cè)。

根據(jù)表2中計(jì)算所得數(shù)據(jù)，畫出1#主通風(fēng)機(jī)輸出功率、風(fēng)量特性曲線以及風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓及效率特性曲線，如圖2，3所示。

圖2 1#主通風(fēng)機(jī)輸出功率、風(fēng)量特性曲線Fig.2 Performance curve about output power and air volume of 1# main ventilator

圖3 1#主通風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓及效率特性曲線Fig.3 Performance curve about air volume and wind pressure and efficiency of 1# main ventilator

從表2，圖2，圖3可以看出，東二風(fēng)井1#風(fēng)機(jī)具有良好的運(yùn)轉(zhuǎn)性能

1)通風(fēng)機(jī)裝置比通風(fēng)機(jī)增加了擴(kuò)散器、消音設(shè)施，從而致使阻力增大；

2)通風(fēng)機(jī)經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行后，各通流部件積垢、葉輪銹蝕磨損導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)性能有所降低；

3)對(duì)姚橋煤礦進(jìn)行通風(fēng)阻力測(cè)定，得知東二風(fēng)井系統(tǒng)阻力為2 354.0 Pa，東二風(fēng)井回風(fēng)量約為133 m3/s.風(fēng)機(jī)在當(dāng)前工況下運(yùn)行的實(shí)際風(fēng)量大于理論需風(fēng)量，原因是井下巷道變形失修、或者由于膠帶運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭機(jī)尾搭接，影響有效通風(fēng)斷面，造成局部通風(fēng)阻力過大，加之外部漏風(fēng)等情況造成；

4)在當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，主通風(fēng)機(jī)與風(fēng)網(wǎng)基本相匹配，風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率較高，能達(dá)到70%以上，滿足礦井用風(fēng)需求。

3 結(jié) 論

1)風(fēng)機(jī)實(shí)測(cè)過程中，由于風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)實(shí)際消耗功率為正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的6～7倍，為防風(fēng)機(jī)啟動(dòng)初期燒壞電機(jī)；同時(shí)軸流式主要通風(fēng)機(jī)的功率隨風(fēng)量增加而減小，故測(cè)定過程中，首先敞開水平閘門，使通風(fēng)機(jī)在工作風(fēng)阻最小時(shí)啟動(dòng)，即大風(fēng)量、小阻力啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，等風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速正常后，在框架上逐步加蓋木板，逐漸加蓋木板調(diào)節(jié)工況點(diǎn)；

2)測(cè)定采用地面短路不停產(chǎn)鑒定方式，同時(shí)采用增加木板進(jìn)行工況調(diào)節(jié)，操作簡(jiǎn)單、省時(shí)省力、效率高；

3)風(fēng)機(jī)風(fēng)量的準(zhǔn)確測(cè)定影響著整個(gè)風(fēng)機(jī)性能測(cè)定結(jié)果的可靠性，根據(jù)東二風(fēng)井軸流式風(fēng)機(jī)的運(yùn)行環(huán)境，選用靜壓差法測(cè)定風(fēng)量，方法可行，結(jié)論實(shí)用可靠；

4)對(duì)主通風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)及分析，使其在整個(gè)服務(wù)期內(nèi)的工況點(diǎn)在安全、合理的范圍之內(nèi)，保證了通風(fēng)機(jī)安全、經(jīng)濟(jì)和可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)；

5)通過這次測(cè)定，測(cè)得了通風(fēng)機(jī)裝置的實(shí)際性能參數(shù)和實(shí)際特性曲線，為保證其安全高效運(yùn)行和風(fēng)量調(diào)節(jié)提供了可靠的理論依據(jù)。鑒于該風(fēng)機(jī)出廠時(shí)間和安裝時(shí)間過長(zhǎng)，無法獲得風(fēng)機(jī)出廠性能曲線，缺乏與此次測(cè)定結(jié)果對(duì)比的資料，但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明，風(fēng)機(jī)在當(dāng)前工況點(diǎn)運(yùn)行良好，尚且有一定富余，可以滿足目前生產(chǎn)需要；

6)東二風(fēng)井地面風(fēng)硐有一處類似直角彎，造成局部損失較大，消耗部分能量，礦井應(yīng)盡量避免此類問題的出現(xiàn)。

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Measurementandanalysisofperformanceof1#mainventilatorsofDongershaftinYaoqiaocoalmine

CHENGGen-yin1，2，CAOJian2，YAOHong-zhang3，XIEZhong-peng4，F(xiàn)ENGShan2，CHENGYou2

(1.DepartmentofSafetyTraining,NorthChinaInstituteofScienceandTechnology,Sanhe065201,China；2.CollegeofSafetyEngineering,NorthChinaInstituteofScienceandTechnology,Sanhe065201,China；3.YaoqiaoCoalMineofJiangsuBranch,ShanghaiDatunEnergyCo.,Ltd.,Xuzhou221000,China；4.SchoolofSafetyandEnvironmentalEngineering,CapitalUniversityofEconomicsandBusiness,Beijing100070,China)

On the basis of the clause in the Coal Mine Safety Regulations：the measurement of the fan performance must be conducted once at least every five years，and in order to grasp the actual operation parameters and performance of ANN-2500/1250 axial main ventilators of Donger shaft in Yaoqiao coal mine，according to the existing conditions of the fan installation，we used equipment for precision barometer and then made a performance test about 1#anti-explosion extraction axial fan in Donger shaft under the condition of no shutdown by static pressure method.According to the parameters of the test，we drew the performance curve about output power，wind pressure，efficiency and air volume about 1#fans of Donger shaft in Yaoqiao coal mine.By measuring the results and data analysis，it indicates that the good performance of 1#main fan，which meets the needs of mine with the wind of Donger shaft.To ensure the safe and economic operation of the main fan，we put forward the corresponding improvement measures aiming at the shortcomings of the existing in the ventilation system of Donger shaft.The test method and results of the ANN-2500/1250 fan performance test have a certain reference significance for the test of the similar axial fan.

axial fan；fan characteristic curve；measurement technology；system analysis

2015-04-10 責(zé)任編輯：高 佳

國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金項(xiàng)目資助(U1361130)

程根銀(1968-)，男，安徽安慶人，博士，教授，E-mail:1298275966@qq.com

10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2015.0404

1672-9315(2015)04-0415-06

TD

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