某金屬礦山主通風機工況優化調節研究

肖利民，李義杰

某金屬礦山主通風機工況優化調節研究

肖利民，李義杰

(長沙礦山研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012)

針對某金屬礦山現有主通風機通風量不足的運行情況，為提高礦井通風量，挖掘主通風機潛力，通過采用改變風機風壓特性曲線調節法來優化主通風機的工況。經對主通風機調整葉片安裝角至40°的工況進行分析，得出在更換主通風機原有電動機后，即可實現顯著增大主通風機風量的目的，為指導礦山優化改造現有主通風機提供了可靠的依據。

主通風機;通風系統;風量;金屬礦山

某金屬礦山采礦生產能力為115.5×104t/a。通過測定西風井主通風機風量實測值為163.4 m3/s，該礦井實際年產萬噸耗風量僅1.42 m3/s，說明現有主通風機供風量已偏小。且隨著礦山向深部延深，以及井下柴油鏟運機的使用，急需通過增大礦井通風量來改善井下生產作業環境。但更換新的主通風機不但工期長，影響井下生產，而且投資大。因此，為節約投資、縮短工期，盡量減少因改造或更換主扇對井下生產的影響，有必要對礦山現有主通風機性能進行研究和分析，充分挖掘其潛力，對主通風機進行局部優化，以提高礦井總通風量，保證礦井通風安全。

1 主通風機性能測定

該礦主通風機安裝在西風井井口，主通風機型號為DK-8-No28，配YF355 kW-8P型電機，電機功率2×355 kW。目前風機葉片安裝角為35°，主扇裝置性能檢測結果如表1所示，主扇靜壓特性曲線見圖1。

表1 DK-8-No28型風機性能檢測結果

根據檢測結果，計算得出主通風機效率為77.89%，大于70%，說明主通風機目前運行工況及性能為正常。但鑒于本礦井下生產任務重，同時作業的工作面個數多，井下實際總需風量已增加至168.85 m3/s，若繼續保持主通風機在目前工況下運行的話，將無法提供足夠的新鮮風流用于井下各工作面的通風。

圖1 DK-8-No28型通風機靜壓特性曲線

2 主通風機優化調節

2.1 風機工況點調節方法

在礦井通風系統中，有效的風機工況點調節方法主要有：改變礦井風阻特性曲線調節法和改變扇風機風壓特性曲線調節法兩大類[1-2]。

2.1.1 改變礦井風阻特性曲線調節法

當風機風壓特性曲線不變時，改變礦井的總風阻，工況點沿風機特性曲線移動。該類調節法主要措施如下。

（1）減少或增大礦井總風阻，對應增加風量或減少風量。在礦井主要進、回風段采取刷幫、增加并聯通風井巷、縮短風路、更換支護方式、減少局部阻力等措施來減少總風阻。該種調節方法優點主要是風機運轉費用較低；缺點是工程量和工程費用較大，工期長。

（2）增加或減少礦井外部漏風通道。該種調節方法主要是方便簡單、經濟，但可調節幅度較小。

2.1.2 改變風機風壓特性曲線調節法

當礦井總風阻不變，改變風機風壓特性曲線，工況點沿風阻特性曲線移動。該類調節法主要分為以下2點。

（1）改變葉片安裝角度或葉片數來增減風量。目前，礦用軸流式通風機一般都能夠通過調節葉片安裝角度來調節風量。對于有些軸流風機還可以改變葉片數改變風機的特性。但改變葉片數時，須按廠家說明書規定進行。

（2）改變風機轉速。目前一般通過改變電動機轉速來實現。為風機配備變頻電機，即可實現調速，改變風機特性。

2.2 調節方法選擇

該礦井已生產多年，要通過改變礦井風阻特性曲線來增大通風量，主要可采用刷大總的進、回風巷道斷面、新掘并聯通風井巷等措施。這些措施要新增較大的工程量和工程費用，且施工周期長。尤其是在關鍵的進、回風巷道施工時，對礦山正常生產存在影響。目前DK-8-No28型主通風機已配備有變頻電動機。本次測定時，已調至最大頻率50 Hz運行，轉速已調至上限。故現狀情況下，已不能再通過調大轉速來增加風量。經對比，本次將通過調節風機葉片安裝角來校核現有風機工況，并分析其能否實現增大風量的目的[3-4]。

2.3 主通風機優化調節及分析

根據表1和圖1可知，礦山現有的DK-8-No28型主通風機目前葉片安裝角度為35°，陰影區域為該風機的合理工作范圍，往上還有40°、45°兩個葉片安裝角度。從圖1來看，將該風機葉片安裝角度調整至40°，能夠顯著提高礦井回風量。為此，須對西風井實際回風量、通風阻力進行計算，然后在風機特性曲線圖上做礦井風阻R曲線，以確定風機工況點和電機功率[5-6]。

考慮到礦山實際情況，經按排塵風速計算礦井需風量，箕斗主井裝礦系統需風量為14.57 m3/s，該風量由空氣幕壓入箕斗井，然后排至地表；剩余須經西風井排至地表的風量為154.28 m3/s。通過對礦井通風阻力進行計算，得出礦井在容易時期、困難時期的通風總阻力分別為1775.89，2289.27 Pa。依據計算出的西風井回風量和礦井通風阻力，對現有DK-8-No28型主通風機進行工況校核，詳見表2和圖2。

表2 主通風機工況參數校核計算結果

圖2 DK-8-No28型通風機工況調節特性曲線

根據表2，計算出容易時期風阻1=0.062769、困難時期2=0.079078。然后在DK-8-No28型主通風機的靜壓特性曲線圖上繪制出各時期的風阻特性曲線，詳見圖2。風阻特性曲線與40°葉片角的交點即為工況點。M1點為容易時期工況點、M2點為夏季工況點。兩工況點的風量、風壓、電機功率詳見表3。

表3 M1、M2工況點參數

根據表3，M1需要的電機功率為810.03 kW，M2需要的電機功率為785.55 kW?？梢姡瑢⒅魍L機葉片角調至40°后，該風機現配備的YF355 kW-8P型電動機（額定功率為2×355 kW）已不能滿足需要。為增大主通風機風量，須更換現有的電動機；經匹配選型，可選用YSP500-8型變頻電機，功率2×450 kW。

根據礦山實際情況，本次采取更換電動機和改變風機葉片角度的調節方法，能夠盡快實現增大礦井通風量的目的，最低可增加風量至194.0 m3/s，較目前實測風量增大30.6 m3/s?？鄢L機裝置漏風量（漏風系數1.1～1.15），在通風困難時期還可為礦井提供168.7～176.4 m3/s的通風量，大于需要從西風井排出的實際需風量154.28 m3/s。說明，針對主通風機采取更換電機和調整葉片安裝角度的辦法，能夠較大幅度提高礦井通風量，使主通風機具有了較好的富余能力；并提高了礦井的應急通風能力，能夠滿足礦井因生產任務加重，井下作業面增多時的通風需要[7-8]。即使在現階段正常生產情況下，不需要增加礦井通風量時，還可以通過變頻，來改變風機轉速，控制主通風機通風量在合適范圍內，從而保證風機在高效、節能狀態下運行。

3 結 語

針對某金屬礦山現有的DK-8-No28型主通風機采取更換電動機和改變風機葉片角度的調節方法，實現了增大礦井通風量的目的，提高了礦井應急通風能力，為指導礦山優化改造現有主通風機提供了可靠的依據。相比更換一臺新的風機或其他調節方法，本次采用的調節方法更加經濟和方便，更換電機和調整風機葉片角均能夠在較短的時間內完成，可安排在礦井檢修期間進行，將風機改造工作對礦井生產的影響降至最低。

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(2019-06-19)

肖利民(1982—)，男，湖南衡陽人，高級工程師，主要從事礦井通風與安全設計研究工作，Email：xiao-cimr@ foxmail.com。