司马煤业矿井通风系统的优化研究

路建玲

（潞安集团司马煤业有限公司，山西 长治 047105）

1 引言

司马煤业矿井主通风机稳定运行受电网稳定性、风门结构等因素制约，风机性能未能充分发挥，直接影响井下安全作业。针对现状，技术人员急需采取有效措施优化提升通风系统稳定性。

2 矿井主通风机结构组成

司马煤矿主通风机布设2台，其中1台工作1台备用，井下3个采区均具备独立的通风系统。通风机主扇采用机械抽出式方法通风作业，主通风机型号是FBCDZ-10-NO（29）对旋式轴流通风机，主通风机电机的额定功率是2×630kW。对旋式通风机的两级叶轮分别安装于两台防爆电机轴上，两级叶轮并排安装相对旋转。通风机组成部分包括：主风筒（1级）及电机、叶轮（1级）、气流集流器、气流疏流罩、叶轮（2级）、主风筒（2级）及电机、扩散器，如图1所示。该型通风机没有导叶片，第二级叶轮兼具做功与导流的双重作用。通风机工作至额定工况点附近时，经过二级叶轮的气体流向近似沿轴向；当实际工况点偏离额定工况点的程度较大时，二级转子流出的则为旋转气流。

图1 FBCDZ-10-NO.29型通风机结构

图中，数值1、2、3、4分别表示电动机（1级）、叶轮（1级）、叶轮（2级）、电动机（2级）；数值5、6、7、8分别表示扩散器、扩散塔、人窗及制动装置；数值9、10、11分别表示温度、加热器和动力线接线盒。

3 影响通风系统稳定运行因素

结合生产实际，因主通风机进风口结构及风机间隙、风门等因素影响，矿井采用的主通风机普遍存在着设备性能未能充分发挥、设备效率低下的问题。主通风机由风机主体和附属装置组成，附属设备性能是否稳定也是直接影响通风机稳定运行的重要因素。通风机散热系统性能不良、未发挥应有效用，致使通风机长时间运转后机身产生过多的热量无法充分释放冷却风机，高温作业影响其工作效率。由于风机引风口与大气压存在很大差值，如果风机引风口直径、结构不合理，会使空气在风口处产生漏风或涡流现象，进而降低通风效率。主通风机作为矿井最主要的动力源头，其通风运行的可靠性、有效性，直接关系到井下作业人员生命安全。以下所述因素是影响主通风机稳定运行的主要原因。

3.1 电网不稳定因素

矿井主通风机安装位置距离矿井变电所较远，主通风机设备容量较大，机器转动期间转动惯量较大，设备启动时冲击电流大、线路压降大导致电机运行过热，该现状是导致主通风机稳定性降低的原因之一。此外在主通风机运行期间，设备需要稳定的电网电压进行作业，而实际生产过程中，由于矿井上级变电所电网电压值不稳定影响，也会导致通风机主风扇自动跳闸现象，从而影响主通风机稳定性，进而影响矿井通风系统稳定。影响矿井主通风机稳定运行的因素见图2。

图2 影响矿井主通风机稳定运行因素图示

3.2 矿井风门结构因素

矿井主通风机风门也是影响通风系统稳定运行的主要原因。司马煤矿矿井通风作业采用一台通风机运行，另一台通风机备用方式。原矿井风门为圆形结构，主要由驱动电机提供动力通过钢丝绳提升圆形风门，实现风门升降开启关闭的过程。但在实际运行过程中发现，圆形风门在提升过程中由于风流影响风门扭动致使风门不能再升降卡槽里顺利升降。冬季作业时，因天气及渗水影响导致风门与升降卡槽冻结粘连。以上因素直接导致风门不能在规定时间内完成启闭影响风机切换作业，进而影响通风系统稳定运行。

4 提高通风系统稳定运行技术

4.1 选取科学合理的通风机型

矿井在投入生产前，必须结合矿井结构特点，选择适合矿井建设的安全高效节能风机。在矿井新建或矿井扩建过程中很多煤矿企业都注重选择效率高、功率大的通风机，但更应结合实际情况，科学选用合理的进风结构，使进风口处漏风和涡流渠道损失降低，以确保通风机发挥安全高效的效用。

4.2 优化矿井通风网路

矿井在生产作业期间，扩大通风巷通道断面积、开拓新巷道、缩短通风距离、减小巷道通风阻力都是提高通风系统稳定高效运行的技术措施，但减小巷道通风阻力是提高通风系统稳定性的主要技术措施。矿井通风系统的通风量、风量流通速率与通风网络紧密相连，井下通风巷道的管路阻力越大，到达工作面的通风量将越小，为保证通风效果主通风机需要提供的通风压力将会越大。井下生产过程中不难发现，主通风机作业过程中需要克服各条管路阻力后才能达到输送风量的目的。通风管路越长、巷道断面积越小、转弯处的增加或是巷道局部杂物堆积堵塞都会直接加大通风阻力。为降低主通风机运行阻力，提高机器运转性能，在井下工作面作业过程中要及时对巷道内部堆积的生产材料、工具装备及废弃物及时清理，保证巷道风流顺畅疏通是保证通风系统稳定的积极措施。同时，将巷道风硐断面改成圆形，且直径和风机入口直径相匹配，也是降低通风阻力的积极举措。

4.3 改造附属设备，提高风机效率

矿井主通风机的有效运行，离不开附属装置稳定服务。在通风系统运行过程中，如何实现提高电机效率、降低故障发生率是保证通风系统稳定运行的一大要素。

4.3.1 提高附属装备散热性能

对于通风机机器运行温度过热现象，可以通过优化改良，使用导热率大的材料作为风机散热板，相应可扩大散热板表面积以提高风机散热性能。主通风机的引风道结构改成流线形也会降低通风阻力，提高进风效率。对于矿井出风井口应布设防爆门且防爆门尺寸不得小于出风井口的断面积，并应正对出风井口的风流方向。防爆门的存在，可以在井下发生爆炸事故时，起到爆炸冲击波将防爆门掀起卸压的作用，以保护主通风机免受损坏，缩短恢复正常通风时间。

4.3.2 优化风门结构

司马煤矿原来使用的风门为上下开关式，为提高作业效率，优化改造为左右侧开式风门，优化调整后矿井风门由执行器、连接轴及推拉式风门组成。新的风门长宽高参数为4×3×0.44m的钢板块体，钢板底部齿轮条由1条连接轴与执行器电机齿轮相连。风门随着执行器电机的转动参数实现轨迹运动，进而实现风门启闭要求。风门结构优化调整后可以实现电动方式启闭风门，相比原手动方式启闭风门节省了操作时间，提高了操作精度。使用与风门匹配的执行机构，确保切换风机时风门开关正常，降低可能出现风门故障的风险，为风机正常切换赢得时间，同时可充分提高风门启闭稳定性及安全性。

4.4 提高设备安装精度

主通风机设备安装过程中，风机间隙及风叶角度的安装精度也是影响通风系统稳定运行的因素。在安装风机时，必须确保风机径向间隙精度符合要求以提高风机效率。司马煤矿矿井生产期间将主通风机径向间隙减小优化调整，对通风效果记录观测显示，相比风机间隙调整前取得了积极明显的效果。通风机主扇组装过程中，风叶部件的安装摆设角度如果未能保持方向一致，风扇转动过程中就会造成各翼栅之间距离不等，进而会增大气流阻力，相应的风流冲击和涡流损失率也会增大。因此，主扇安装过程中，优化调整风叶安设角度，减少各扇叶之间角度偏差，可以在根本上减少风流损失率，提高主风机供风效率。

5 结 语

通风机电设备采用性能优越的轴承润滑系统、提高作业人员技能水平、加强作业人员技能培训是提高通风系统稳定运行的积极举措。主电机轴承冷却采用可循环流动的稀油润滑系统代替黄油润滑系统，可进一步提高主通风机轴承润滑效果，保证轴承温度维持在合理范围内，避免轴承发热量过大带来的机械损伤。风机操作人员全面了解风机性能、全面掌握风机各种应急处置方案可以进一步确保主通风机安全高效运行。通风机长时间处于工作状态，检修维护工作必须及时有效，不落下任何死角。针对主通风机运行中存在的问题进行技术革新，同时引进先进的检修设备，提高检修效率。对于通风机及附属装备的各个部件都需要进行仔细检查，及时清理通风管道和通风机表面灰尘，提高检修力度。

矿井通风系统的稳定性是矿山安全生产管理的重要组成部分，主通风机设备及矿井通风网络的安全稳定运行，对于矿井高效开采作业、保障人身生命安全极为重要。主通风机作为通风系统的动力源头，其稳定运行与否直接危及矿井通风系统和通风设备的安全。生产作业过程中要积极加强通风系统稳定性举措的执行力度，确保通风系统稳定有效运行，为矿井高产高效生产提供基础保障。井工矿在开采作业期间，采取科学、合理的举措来保证通风系统的稳定性能，可以有效地降低矿井瓦斯、煤尘爆炸等事故发生的概率。