山東某金礦多中段并聯輔扇風機高效聯合運轉的通風研究及應用

王中利，周永帥，李瑞昆，張俊嶺，梁 帥

（中礦金業股份有限公司，山東 招遠 265400）

1 某金礦通風現狀及問題分析

某金礦通風系統當前采用兩翼對角抽出式通風系統，兩進兩回的通風網絡。此金礦采用主豎井-盲主井、1#豎井-1#盲豎井兩路接力進風井進風，新鮮風流經一級盲井通過各中段主進風巷按需分配風量，為各生產區域提供新鮮風流并排出有毒有害物質[1]。

東翼回風井承擔主要回風任務。其中西翼回風主要服務二十六中段以下深部作業區域，沖刷作業面后污風由6#盲豎井二十六、二十八中段兩臺37KW并聯輔扇風機排至二十中段，經3#盲豎井回至十四中段，再經西風井排出地表[2]。

此金礦西翼回風系統由于系統通風線路長，通風阻力過大，而6#盲豎井二十六中段、二十八中段兩臺并聯37KW輔扇風機由于靠近回風井筒安裝，一是兩臺風機出風口在井筒匯合處風流出現相互沖擊形成局部阻力，二是風機出風口風流直角拐彎造成局部阻力過大，造成西翼回風系統通風效率偏低，通風能耗增大。

圖1 二十六中段風流導向板安裝示意圖和安裝傾角

2 通風理論分析及研究

（1）兩并聯風路風流交匯時，產生撞擊損失和渦流損失。一方面6#盲豎井二十六中段、二十八中段兩條回風線風流均出現直角轉彎后進入回風井內；另一方面兩條并聯回風線路巷道匯合時，由于風流的速度和方向突然發生變化，導致兩股風流產生劇烈沖擊、撞擊，形成極為紊亂的渦流而造成能量損失和風量的減少，產生較大的局部阻力[3]。

（2）風機聯合運轉時互相成為阻力，風機聯合運轉未發揮最大效能。兩臺風機聯合運轉，在實際的運轉狀態下，兩臺風機均未發揮最佳效能和最佳工況點，即風機運轉時產生的機械能轉化為靜壓和動能，造成聯合運轉的兩臺風機互相成為阻力，影響風機聯合運轉時效能的發揮[4]。

3 并聯輔扇風機高效通風研究方向

3.1 在并聯回風巷道內兩股風流匯合處設計了導風板

把連接巷道和井筒兩個不同斷面風道的邊緣做成斜線（斜線與巷道底板夾角β）并制作風流導向板，利用風流導向板改變風流方向，盡量避免出現直角轉彎，減少風流撞擊損失，降低局部阻力。

3.1.1 未作調整時，巷道匯合局部阻力概算

如圖2所示，則1-3段和2-3段的局部阻力h13、h23分別為：

（1）巷道粗糙度的影響系數Kα的取值，根據巷道摩擦阻力系數α值確定。首先，井巷摩擦阻力系數α的選取，即α取值在0.00588 ～ 0.000784之間[5]。

圖2 兩種巷道匯合局部阻力概算

（2）巷道粗糙度的影響系數Kα的取值

巷道粗糙度的影響系數Kα的取值，根據巷道摩擦阻力系數α值來選取，見下表：即Kα取值為1.1～1.25，取Kα=1.25。

則未作調整前，則對1-3段和2-3段的校正系數計算：

Q1—6#盲豎井二十六中段回風風量；Q2—6#盲豎井二十八中段回風風量；

Q3—6#盲豎井系統總回風量；V1—6#盲豎井二十六中段回風風速；

V2—6#盲豎井二十八中段回風風速；θ1、θ2—并聯回風巷道與總回風巷道中心線夾角。

（3）調整前，對1-3段和2-3段的局部阻力h13、h23計算：

即調整前1-3段和2-3段的局部阻力分別為10.75Pa、8.56Pa。

3.1.2 安裝風流導向板且調整風機聯合運轉后，巷道匯合局部阻力概算

（2）調整后，則對1-3段和2-3段的局部阻力h13＇、h23＇計算：

校正系數：

綜上得，即安裝導向板后，局部阻力下降17.05Pa，另外原有的渦流阻力損失也明顯減少，從而使回風量得到有效增加。

3.2 按照風流匯合點風壓相等原理，調整兩臺風機運行頻率，達到最佳能效點

通過現場檢測數據分析，并結合兩臺通風機的特性曲線，確定通風機聯合運轉后的最佳工況點，實現風機聯合運轉后，風量最大，能耗最低，實現高效、低耗、安全運行[6]。

并聯輔扇風機運行情況實際檢測數據。

表1 二十六中段及二十八中段風機變頻調整運行數據匯總

通過現場檢測數據分析，并結合兩臺通風機的特性曲線，確定通風機聯合運轉后的最佳工況點。

圖3 二十六中段、二十八中段并聯風機的等效特性曲線

4 取得的效益及成果

（1）降低了并聯輔扇風機之間聯合運轉的局部阻力，增大了系統回風量。

在回風井馬頭門與井筒連接處了安裝斜面導風板后，大大減小了風流相互沖擊及渦流等局部阻力損失，6#盲井總回風量由30m3/s增加到現在的40m3/s，回風量增加了10m3/s，深部通風得到優化和加強[7]。

（2）實現輔扇風機最佳工況點運行，確定最佳能效點通風，減少通風能耗。

通過將二十八中段37KW輔扇風機變頻調至45HZ（受用電負荷及額定功率影響，風機不能超此負荷），將二十六中段37KW輔扇風機變頻由50HZ調至40HZ，達到了風量、能耗最優化值，風機總電耗由74.65KW下降到現在的49.50KW，節約25.15KW，年可節約電量19.92萬度(按年運轉330天），按0.75元/度計算，年可節約成本14.94萬元[8]。

5 結語

因受現場條件制約和制作工藝影響，理論計算也只是粗略估算。該導風板安裝時只安裝成斜面而未形成弧面，因而尚未達到最大化減少阻力的目的，需要在以后進行優化改造。隨著礦井開采不斷延深，通風阻力逐漸增大，風機聯合運轉最佳運轉狀態也會發生變化，需要不斷檢測，隨時關注風機聯合運轉狀態下相關參數的變化來作調整。

本次通風理論及并聯輔扇風機的聯合運轉降低了并聯輔扇風機之間聯合運轉的局部阻力，增大了系統回風量，實現輔扇風機最佳工況點運行，確定最佳能效點通風，減少通風能耗。礦山機械通風是礦山的發展方向，風機的聯合運轉也提高了總風量，為礦山安全生產提供了根本保障。