礦用局部通風機自制降噪設施應用

陳志強

（山西潞安礦業集團慈林山煤業有限公司慈林山煤礦，山西 長治 046000）

礦用局部通風機工作時產生的噪音通常達到90 dB（A）以上，已超過對人體有害的聲級限值85 dB（A）[1]。為解決局部通風機的噪音超限問題，多數礦井采取的主要辦法是購買輔助消音設備，該設備價格昂貴，且多數會影響通風機的供風效率。因此，研究一種可自制加工且效果明顯的降噪裝置，對礦井局部通風機噪音管理及經濟效益均具有積極作用。本文以潞安礦業集團慈林山煤礦掘進工作面采用的FBD №6.0/2×30 型對旋式局部通風機降噪研究為工程背景，針對該風機噪音聲級超限問題，根據現場條件研究自制加工降噪設施，以達到有效降噪的目的。

1 局部通風機的噪音分析

1.1 局部通風機產生噪音的原因分析

局部通風機在工作過程中，主要依靠電動機帶動風機葉輪片轉動，使風流向固定方向輸送，因此，局部通風機的噪音主要由機械振動、葉輪旋轉及風流渦旋共同產生，產生的具體原因分別為：

（1）機械振動。機械振動產生的噪音是設備運轉期間難以避免的，主要原因有設備固定不牢發生振動、電機轉子不平衡、軸承磨損等。

（2）葉輪旋轉。局部通風機工作時，葉輪片處于高速旋轉狀態，其產生噪音的原因主要包含葉輪旋轉發出的聲音及帶動風流沖擊風機殼體產生的聲音。

（3）風流渦旋。發生風流渦旋的原因是葉輪旋轉時帶動風流進入風機，并在風機內隨葉輪的旋轉影響產生渦旋，受多個葉輪旋轉形成風壓疊加影響，并隨葉輪半徑方向向外發生變化，致使渦旋呈周期性產生，發出渦旋噪聲[2]。

1.2 局部通風機的噪音輻射特性分析

風機葉輪片旋轉及風流渦旋產生的噪音遠高于機械振動發出的噪音。根據局部通風機產生噪音的原因分析可知，理論上局部通風機發出噪音最大的聲級位置位于局部通風機的進風口及出風口處。根據局部通風機的結構特點及使用特性可知，局部通風機的出風口側連接風筒，故出風口側噪音已得到有效抑制。因此，局部通風機在現場實際最大聲級位置位于局部通風機的進風口處，其主要噪音聲源為風機葉輪片產生并向進風口傳導所致，傳導至進風口后，其噪音輻射特性自風機出風口向外呈半椎體形的擴散狀。

2 局部通風機噪音超標原因及降噪方法

2.1 局部通風機噪音超標的原因分析

根據局部通風機產生噪音的原因分析可知，機械振動、葉輪旋轉及風流渦旋均會產生噪音，而導致噪音超標的原因分析主要有以下幾個方面：

（1）局部通風機長時間運行，未按期維修或檢修不合格，以及部分零部件磨損，電機或葉輪轉動不平衡導致噪聲增大。

（2）局部通風機安裝不牢固，致使設備振動幅度大或震動頻率較高。

（3）局部通風機自帶消音裝置部分發生粉塵或異物堵塞，影響消音降噪效果。

（4）局部通風機安裝的位置、巷道斷面及供風條件等。

2.2 局部通風機的降噪方法

局部通風機的降噪方法主要根據噪音超標的原因，進行針對性解決，即可實現有效降噪，常規方法如下：

（1）定期對局部通風機進行檢修和維護，并按規定對一用一備的局部通風機進行切倒運轉，避免單一通風機長期持續運行。

（2）規范局部通風機的安裝，確保安裝牢固，可采用專用風機固定架，以減少設備震動。

（3）定期清理風機進風口側粉塵及異物，確保消音設備的降噪效果。

（4）局部通風機的安裝位置應盡量選擇在巷道平整、斷面較大及全負壓風量供應充足的地點。

（5）增加輔助消音裝備，可購買安裝風機專用消音裝備，但費用較高，亦可根據局部通風機的噪音輻射特性，在噪音輻射的出口附近安裝具備降噪的設施。

3 局部通風機降噪設施的研制與安裝

3.1 噪音分布測試及降噪設施安裝位置的確定

根據局部通風機噪音的輻射特性可知，局部通風機的進風口處為噪音聲級最高的位置，且噪音由此處呈椎體形向遠處擴散。根據該擴散特征，為研究對比針對局部通風機進行的降噪措施效果，首先對未采用降噪設施的局部通風機進風口側每隔1 m 測試各輻射范圍內的噪音分貝。圖1 為慈林山煤業3105 工作面運輸順槽的FBD №6.0/2×30 型對旋式局部通風機安裝降噪設施前的噪音檢測數據分布情況。

圖1 局部通風機進風口噪音分布示意圖

根據圖1 中檢測數據可知，位于局部通風機進風口3 m 范圍內的噪音聲級達到92 dB（A）以上，4 m 以外達到92 dB（A）以下，且位于局部通風機的進風口處噪音聲級最大，并呈現向遠處遞減的趨勢，其影響范圍呈擴散狀。因此，安裝降噪設施時，應盡量靠近局部通風機的進風口處。

3.2 降噪設施的選擇及其降噪原理

聲音是通過介質震動傳播，在傳播過程中，因震動導致的能量消耗致使聲音傳遞的距離越遠，其傳遞能力越弱，故呈現圖1 中噪音聲級逐漸減弱的趨勢。通常阻止或減弱聲音傳播的途徑常用的方法是在聲音傳播的方向加入不同介質，利用該介質的阻隔和吸收聲音傳播的動能實現降低聲級的作用[2]。

液體對聲音的傳導具有良好的動能吸收和轉化作用，因此，可在局部通風機的出風口附近設置一道“水墻”，使局部通風機發出的輻射聲波直接撞擊到“水墻”上，由“水墻”吸收聲波傳遞的動能轉化為水體的動能，從而實現降噪的作用。“水墻”消音布置示意圖如圖2。

圖2 “水墻”消音布置示意圖

3.3 降噪設施的制作與安裝

（1）降噪設施的自制加工

FBD №6.0/2×30 型對旋式局部通風機進風口尺寸為800 mm，“水墻”寬度需大于風機進風口尺寸，設置“水墻”長度為1 m。采用防靜電阻燃材質加工水容器，水容器寬度400 mm，高度350 mm，上邊緣兩側每200 mm 布置一個Φ10 mm 的吊掛孔，加工示意圖如圖3。

圖3 水容器加工示意圖（mm）

用于吊掛水容器的固定架采用Φ20 mm 的圓鋼加工，固定架長度1 m，寬度420 mm，共兩個水容器固定架，每個固定架共3 層，每層高度350 mm，每層橫桿上采用Φ6 mm 的圓鋼焊接吊掛鉤，吊掛鉤間距同水容器吊掛孔間距一致。水容器固定架加工示意圖如圖4。

圖4 水容器固定架加工示意圖（mm）

（2）降噪設施的安裝

以慈林山煤礦3105 工作面運輸順槽的FBD №6.0/2×30 型對旋式局部通風機為首個工程試驗對象。將降噪設施加工完成并運至現場后，先安裝固定水容器固定架，第一組安裝位置為距局部通風機進風口0.7～1 m 位置，第二組安裝位置為距第一組凈間距0.5 m。固定架采用頂部錨桿吊掛，固定架安裝完成后，掛上水容器并充滿水，完成降噪設施的安裝。

4 自制降噪設施的效果分析

在慈林山煤礦3105 工作面運輸順槽的FBD №6.0/2×30 型對旋式局部通風機安裝降噪設施后，為檢測自制降噪設施的降噪效果，再次對該風機進風口側每間隔1 m 測試其噪音聲級，測試結果如圖5。與圖1 對比可知，安裝自制降噪設施后，距局部通風機進風口3 m 范圍內的噪音聲級已降低至88 dB（A）以下，位于水容器以外的噪音聲級已低至85 dB（A）以下，已符合煤礦作業場所噪聲限值的要求。另根據現場感觀，噪音明顯低于安裝降噪設施前，表明自制降噪設施達到預期效果。自制加工的局部通風機降噪設施在慈林山煤礦3105 工作面運輸順槽局部通風機取得成功后，逐步投入了該礦其他掘進工作面的局部通風機，均取得了良好效果。

圖5 安裝降噪設施后局部通風機進風口噪聲分布

5 結語

針對局部通風機噪音聲級超過作業場所噪聲限值問題，可采用購買的輔助降噪裝置，亦可根據現場實際自制加工降噪設施。利用“水墻”阻擋并吸收聲波動能原理加工而成的自制局部通風機降噪設施，其降噪效果能夠滿足煤礦作業場所噪聲限值的要求。