礦井通風機節能調節

張仁康

（山西汾西礦業（集團）有限責任公司高陽煤礦，山西孝義032306）

引言

近些年來，高陽煤礦實現了較快發展，而在發展的同時伴隨著通風機等主要煤礦設備能源消耗大等問題，能源消耗大不僅導致煤礦運行成本增加，還不利于實現節能減排。因此，對通風機進行節能調節十分必要，有利于降低煤礦運營成本、提高經濟效益，有利于煤礦實現可持續發展。李萬隆、李寶玉和王曉東對礦井主要通風機節能進行了研究，提出利用三元流動理論研制高效風機和通過擴散器等輔助裝置實現風機節能的建議[1]。鄭祥呈和王磊提出了利用自然通風原理和調節原理和節能計算等方法來對礦井通風機進行節能調節的建議[2]。學者張書征研究了煤礦主通風機的技術改造，提出了利用增大轉速和更換不同輪轂比的同直徑葉輪來對通風機進行技術改造的建議[3]。與其他研究成果不同，本文提出了從通風機結構調整、通風網路調整和利用變頻調速等節能技術三個方面對通風機進行節能調節的建議，以解決高陽煤礦通風機能源消耗大的問題。

1 在對礦井通風機使用的過程中容易遇到的問題

1.1 風機管網阻力的計算易出現偏差

在選型設計時經常會遇到對風機管網阻力的計算存在偏差的現象，導致其額定值不準確。比如，在選型的時候如果沒有按照標準進行，那么在計算通風機網管阻力進行計算時就會出現數值不準確的現象。再如，當風機內的進氣條件出現不真實的狀況時也會導致計算出數值出現偏差，進而導致通風機處于輕載而能耗卻很高的狀態，不利于煤礦企業的節能降耗的順利進行[4]。

1.2 通風機容易被燒毀

在選擇機型時如果選擇了負荷波動較大的機型會導致通風機被燒毀[5]。比如，如果選擇了前向風機，其功率曲線陡峭，容易導致風機管網壓力損失的波動增大，進而有可能導致通風機被燒毀。

2 在通風機的使用過程中應該注意的事項

2.1 對通風機進行現場風量實測和遠程風量調節

通風技術員必須定期到各個測風地點進行風量和風速的檢測[6]，將檢測數據記錄后根據現場記錄的數據修正測控系統的相關參數，以實現對風量的遠程調節。

2.2 利用控制計算機合理地進行生產調度監督管理

值班人員必須時刻注意生產調度中心控制計算機上的風壓參數、溫度參數和風速參數變化情況[7]，如果系統發出參數超出正常范圍值警報時，值班人員要及時聯系相關負責人，提醒操作人員對異常情況進行查看處理和修正。

2.3 現場操作工人要做好定期巡查維護

現場操作工人要定時的到采場等工作地點對分量變化和通風設施等進行檢查和維護[8]。另外，要及時檢查儀表和檢測儀器設備等以確保其運行正常，定時對礦井的通風情況進行檢查，發現未通風情況及時通風。

3 對礦井通風機的風量進行調節的原因

在對通風機的通風量進行設置時需要考慮的因素很多，比如，要統計礦井下的作業人員具體數目，檢測通風巷所受的阻力，還要依據瓦斯的涌出量，這些因素都對通風機風量的設置起著重要的影響作用[9]。由于通風機的服務年限比較長，在其服務年限內工況點每天對于通風機的通風量的要求不可能是一樣的，比如，在夜班期間礦井下的作業人數相對減少，因此通風量也要相應的減小，以避免能源浪費，或者是節假日期間，礦井下的作業人數也比較少，所需要的通風量當然也不高。所以根據具體情況對礦井通風機的風量進行調節是保證煤礦企業節能減排的必然要求，有利于提高煤礦企業經濟效益、降低成本。

4 節能調節的具體方法

4.1 調節通風機網路阻力

對通風機網路阻力進行調節有兩種具體的方法，即風道降阻調節和風門調節[10]。

首先，風道降阻調節。在煤礦初期設計的時候會對通風井巷匹配與其風阻相符的通風機，而通風機的能源消耗量受到風道阻力的高低程度的影響，因為風道物理和通風機風壓呈作用力和反作用力的關系，所以對風道進行降阻調節可以實現對通風機的節能調節。

具體調節辦法：選擇阻力小的通風井巷支護材料；井巷壁面的平滑程度影響著風道阻力，因此要將井巷壁面做平滑處理；通風井巷斷面的形狀和大小對風道阻力也有很大程度的影響，因此要盡量將斷面做大，形狀要盡量設計成圓形；清理風道內滯留的生產材料等雜物[11]，因為風道中如果有異物會增大風道阻力；風道的長度對風道阻力也有很大程度的影響，風道越長風道阻力越大，從而導致通風機能耗越大，風道越短風道阻力越小，有利于減少風機能耗，因此要盡量縮短風道的長度，可以采取截彎取直的辦法，如果不得不采取彎道時要確保轉角平滑，同時還有加設導流板。

其次，風門調節辦法。風門調節時煤礦對通風機工況進行調節的一種傳統辦法。

具體調節辦法：首先，確認通風機的特性沒有發生改變，然后將通風機的閘門的開度減小，閘門的開度與通風機風量成正比[12]，開度越大風量越大，開度越小風量也越小，因此減小開度可以減小風量，進而達到節能調節的目的。

4.2 調節通風機結構

通過調節風機結構可以實現節能調節，具體是靠調節葉片安裝角度和前導流器來完成的。

首先，葉片安裝角度調節。這種辦法適用于軸流式通風機，目前我國對葉片安裝角度的調節主要是靠手動調節，并且調節技術已經相對成熟，也取得了較好的效率。

具體調節辦法：計算出精確的風壓，然后在風機停機狀態下依照通風機特性曲線將葉片角度調節為曲線顯示的應調的角度。

其次，前導流器調節。通常此方法應用于軸流式通風機和離心式通風機。

具體調節辦法：在裝有前導流器通風機能耗大的情況下，利用葉輪出口的旋轉速度和風壓成負相關的關系（前提是葉輪出口轉速為恒速）調節葉片角度[13]，葉片角度發生改變后葉落進口處的風流方向也相應的發生了改變，葉落的沖角得到降低，從而使風量減小，完成節能調節的目的。

4.3 通過變頻調速調整通風機轉速

通風機的轉速決定著特性曲線，因此，可以利用這一原理對風機轉速進行調節。轉速n與通風機流量Q成正比關系，軸功率p和轉速n的三次方成正比關系[14]，由此定律可知，假如通風機的n由90%降至40%，Q也從90%降低至40%，而p將從90%降低至2.5%，由此可知調節通風機的轉速具有明顯的節能效果。而對通風機的轉速進行調節可以通過變頻調速來實現，變頻調速的調節單位比較廣泛，能夠從0 Hz調節到50 Hz。

變頻調速是依靠變頻器來調整電機定子供電源頻率實現的，利用交流電機同步轉速n和電機頻率f成正比的原理來對通風機轉速進行調節，具體公式為n=60f（1-s）/p（其中，s為轉差率，p為電機磁極對數），由此公式更能清晰的知曉n和f成正比關系[15]，所以改變f便能對n進行調節，進而實現對通風機的節能調節。

5 結語

變頻調節技術是目前我國對礦用通風機進行節能調節的效果最明顯的辦法，但是相對于其他方法而言，其成本也相對較高。之前有研究人員對如何進行通風機節能調節進行了研究，并發表了很多見解，為本文的研究提供了重要的借鑒作用。然而，本文研究的節能調節方法在創新方面尚存在不足，需繼續不斷探索提高礦井通風機節能調節技術的新方法。

[1]李萬隆，李寶玉，王曉東.礦井主要通風機通風節能研究[J].煤炭科技，2003（1）：37-38.

[2]鄭祥呈，王磊.礦井通風機節能調節與技術管理[J].中國新技術新產品，2013（19）：67.

[3]張書征.煤礦主通風機技術改造[J].風機技術，2010（3）：78-79.

[4]張國樞.通風安全學[M].徐州：中國礦業大學出版社，2000.

[5]朱宏，李中華，李繼平.淺析煤礦通風系統優化改造技術的應用[J].煤炭工程，2008（4）：157-160.

[6]杜均新.高壓變頻器在煤礦主通風機上的應用[J].煤礦機械，2008（4）：92.

[7]姜筱瀛.礦井主通風機節能調節方式探討[J].煤炭工程，2012（5）：123-124.

[8]商坤，王建軍.變頻調速在煤礦礦井通風機上的應用[J].煤礦安全，2006（7）：110.

[9]劉素云.基于變頻技術的礦井通風機改造[J].中州煤炭，2009（4）：63-66.