司馬煤業礦井通風系統的優化研究

路建玲

（潞安集團司馬煤業有限公司，山西 長治 047105）

1 引言

司馬煤業礦井主通風機穩定運行受電網穩定性、風門結構等因素制約，風機性能未能充分發揮，直接影響井下安全作業。針對現狀，技術人員急需采取有效措施優化提升通風系統穩定性。

2 礦井主通風機結構組成

司馬煤礦主通風機布設2臺，其中1臺工作1臺備用，井下3個采區均具備獨立的通風系統。通風機主扇采用機械抽出式方法通風作業，主通風機型號是FBCDZ-10-NO（29）對旋式軸流通風機，主通風機電機的額定功率是2×630kW。對旋式通風機的兩級葉輪分別安裝于兩臺防爆電機軸上，兩級葉輪并排安裝相對旋轉。通風機組成部分包括：主風筒（1級）及電機、葉輪（1級）、氣流集流器、氣流疏流罩、葉輪（2級）、主風筒（2級）及電機、擴散器，如圖1所示。該型通風機沒有導葉片，第二級葉輪兼具做功與導流的雙重作用。通風機工作至額定工況點附近時，經過二級葉輪的氣體流向近似沿軸向；當實際工況點偏離額定工況點的程度較大時，二級轉子流出的則為旋轉氣流。

圖1 FBCDZ-10-NO.29型通風機結構

圖中，數值1、2、3、4分別表示電動機（1級）、葉輪（1級）、葉輪（2級）、電動機（2級）；數值5、6、7、8分別表示擴散器、擴散塔、人窗及制動裝置；數值9、10、11分別表示溫度、加熱器和動力線接線盒。

3 影響通風系統穩定運行因素

結合生產實際，因主通風機進風口結構及風機間隙、風門等因素影響，礦井采用的主通風機普遍存在著設備性能未能充分發揮、設備效率低下的問題。主通風機由風機主體和附屬裝置組成，附屬設備性能是否穩定也是直接影響通風機穩定運行的重要因素。通風機散熱系統性能不良、未發揮應有效用，致使通風機長時間運轉后機身產生過多的熱量無法充分釋放冷卻風機，高溫作業影響其工作效率。由于風機引風口與大氣壓存在很大差值，如果風機引風口直徑、結構不合理，會使空氣在風口處產生漏風或渦流現象，進而降低通風效率。主通風機作為礦井最主要的動力源頭，其通風運行的可靠性、有效性，直接關系到井下作業人員生命安全。以下所述因素是影響主通風機穩定運行的主要原因。

3.1 電網不穩定因素

礦井主通風機安裝位置距離礦井變電所較遠，主通風機設備容量較大，機器轉動期間轉動慣量較大，設備啟動時沖擊電流大、線路壓降大導致電機運行過熱，該現狀是導致主通風機穩定性降低的原因之一。此外在主通風機運行期間，設備需要穩定的電網電壓進行作業，而實際生產過程中，由于礦井上級變電所電網電壓值不穩定影響，也會導致通風機主風扇自動跳閘現象，從而影響主通風機穩定性，進而影響礦井通風系統穩定。影響礦井主通風機穩定運行的因素見圖2。

圖2 影響礦井主通風機穩定運行因素圖示

3.2 礦井風門結構因素

礦井主通風機風門也是影響通風系統穩定運行的主要原因。司馬煤礦礦井通風作業采用一臺通風機運行，另一臺通風機備用方式。原礦井風門為圓形結構，主要由驅動電機提供動力通過鋼絲繩提升圓形風門，實現風門升降開啟關閉的過程。但在實際運行過程中發現，圓形風門在提升過程中由于風流影響風門扭動致使風門不能再升降卡槽里順利升降。冬季作業時，因天氣及滲水影響導致風門與升降卡槽凍結粘連。以上因素直接導致風門不能在規定時間內完成啟閉影響風機切換作業，進而影響通風系統穩定運行。

4 提高通風系統穩定運行技術

4.1 選取科學合理的通風機型

礦井在投入生產前，必須結合礦井結構特點，選擇適合礦井建設的安全高效節能風機。在礦井新建或礦井擴建過程中很多煤礦企業都注重選擇效率高、功率大的通風機，但更應結合實際情況，科學選用合理的進風結構，使進風口處漏風和渦流渠道損失降低，以確保通風機發揮安全高效的效用。

4.2 優化礦井通風網路

礦井在生產作業期間，擴大通風巷通道斷面積、開拓新巷道、縮短通風距離、減小巷道通風阻力都是提高通風系統穩定高效運行的技術措施，但減小巷道通風阻力是提高通風系統穩定性的主要技術措施。礦井通風系統的通風量、風量流通速率與通風網絡緊密相連，井下通風巷道的管路阻力越大，到達工作面的通風量將越小，為保證通風效果主通風機需要提供的通風壓力將會越大。井下生產過程中不難發現，主通風機作業過程中需要克服各條管路阻力后才能達到輸送風量的目的。通風管路越長、巷道斷面積越小、轉彎處的增加或是巷道局部雜物堆積堵塞都會直接加大通風阻力。為降低主通風機運行阻力，提高機器運轉性能，在井下工作面作業過程中要及時對巷道內部堆積的生產材料、工具裝備及廢棄物及時清理，保證巷道風流順暢疏通是保證通風系統穩定的積極措施。同時，將巷道風硐斷面改成圓形，且直徑和風機入口直徑相匹配，也是降低通風阻力的積極舉措。

4.3 改造附屬設備，提高風機效率

礦井主通風機的有效運行，離不開附屬裝置穩定服務。在通風系統運行過程中，如何實現提高電機效率、降低故障發生率是保證通風系統穩定運行的一大要素。

4.3.1 提高附屬裝備散熱性能

對于通風機機器運行溫度過熱現象，可以通過優化改良，使用導熱率大的材料作為風機散熱板，相應可擴大散熱板表面積以提高風機散熱性能。主通風機的引風道結構改成流線形也會降低通風阻力，提高進風效率。對于礦井出風井口應布設防爆門且防爆門尺寸不得小于出風井口的斷面積，并應正對出風井口的風流方向。防爆門的存在，可以在井下發生爆炸事故時，起到爆炸沖擊波將防爆門掀起卸壓的作用，以保護主通風機免受損壞，縮短恢復正常通風時間。

4.3.2 優化風門結構

司馬煤礦原來使用的風門為上下開關式，為提高作業效率，優化改造為左右側開式風門，優化調整后礦井風門由執行器、連接軸及推拉式風門組成。新的風門長寬高參數為4×3×0.44m的鋼板塊體，鋼板底部齒輪條由1條連接軸與執行器電機齒輪相連。風門隨著執行器電機的轉動參數實現軌跡運動，進而實現風門啟閉要求。風門結構優化調整后可以實現電動方式啟閉風門，相比原手動方式啟閉風門節省了操作時間，提高了操作精度。使用與風門匹配的執行機構，確保切換風機時風門開關正常，降低可能出現風門故障的風險，為風機正常切換贏得時間，同時可充分提高風門啟閉穩定性及安全性。

4.4 提高設備安裝精度

主通風機設備安裝過程中，風機間隙及風葉角度的安裝精度也是影響通風系統穩定運行的因素。在安裝風機時，必須確保風機徑向間隙精度符合要求以提高風機效率。司馬煤礦礦井生產期間將主通風機徑向間隙減小優化調整，對通風效果記錄觀測顯示，相比風機間隙調整前取得了積極明顯的效果。通風機主扇組裝過程中，風葉部件的安裝擺設角度如果未能保持方向一致，風扇轉動過程中就會造成各翼柵之間距離不等，進而會增大氣流阻力，相應的風流沖擊和渦流損失率也會增大。因此，主扇安裝過程中，優化調整風葉安設角度，減少各扇葉之間角度偏差，可以在根本上減少風流損失率，提高主風機供風效率。

5 結 語

通風機電設備采用性能優越的軸承潤滑系統、提高作業人員技能水平、加強作業人員技能培訓是提高通風系統穩定運行的積極舉措。主電機軸承冷卻采用可循環流動的稀油潤滑系統代替黃油潤滑系統，可進一步提高主通風機軸承潤滑效果，保證軸承溫度維持在合理范圍內，避免軸承發熱量過大帶來的機械損傷。風機操作人員全面了解風機性能、全面掌握風機各種應急處置方案可以進一步確保主通風機安全高效運行。通風機長時間處于工作狀態，檢修維護工作必須及時有效，不落下任何死角。針對主通風機運行中存在的問題進行技術革新，同時引進先進的檢修設備，提高檢修效率。對于通風機及附屬裝備的各個部件都需要進行仔細檢查，及時清理通風管道和通風機表面灰塵，提高檢修力度。

礦井通風系統的穩定性是礦山安全生產管理的重要組成部分，主通風機設備及礦井通風網絡的安全穩定運行，對于礦井高效開采作業、保障人身生命安全極為重要。主通風機作為通風系統的動力源頭，其穩定運行與否直接危及礦井通風系統和通風設備的安全。生產作業過程中要積極加強通風系統穩定性舉措的執行力度，確保通風系統穩定有效運行，為礦井高產高效生產提供基礎保障。井工礦在開采作業期間，采取科學、合理的舉措來保證通風系統的穩定性能，可以有效地降低礦井瓦斯、煤塵爆炸等事故發生的概率。