山东某金矿多中段并联辅扇风机高效联合运转的通风研究及应用

王中利，周永帅，李瑞昆，张俊岭，梁 帅

（中矿金业股份有限公司，山东 招远 265400）

1 某金矿通风现状及问题分析

某金矿通风系统当前采用两翼对角抽出式通风系统，两进两回的通风网络。此金矿采用主竖井-盲主井、1#竖井-1#盲竖井两路接力进风井进风，新鲜风流经一级盲井通过各中段主进风巷按需分配风量，为各生产区域提供新鲜风流并排出有毒有害物质[1]。

东翼回风井承担主要回风任务。其中西翼回风主要服务二十六中段以下深部作业区域，冲刷作业面后污风由6#盲竖井二十六、二十八中段两台37KW并联辅扇风机排至二十中段，经3#盲竖井回至十四中段，再经西风井排出地表[2]。

此金矿西翼回风系统由于系统通风线路长，通风阻力过大，而6#盲竖井二十六中段、二十八中段两台并联37KW辅扇风机由于靠近回风井筒安装，一是两台风机出风口在井筒汇合处风流出现相互冲击形成局部阻力，二是风机出风口风流直角拐弯造成局部阻力过大，造成西翼回风系统通风效率偏低，通风能耗增大。

图1 二十六中段风流导向板安装示意图和安装倾角

2 通风理论分析及研究

（1）两并联风路风流交汇时，产生撞击损失和涡流损失。一方面6#盲竖井二十六中段、二十八中段两条回风线风流均出现直角转弯后进入回风井内；另一方面两条并联回风线路巷道汇合时，由于风流的速度和方向突然发生变化，导致两股风流产生剧烈冲击、撞击，形成极为紊乱的涡流而造成能量损失和风量的减少，产生较大的局部阻力[3]。

（2）风机联合运转时互相成为阻力，风机联合运转未发挥最大效能。两台风机联合运转，在实际的运转状态下，两台风机均未发挥最佳效能和最佳工况点，即风机运转时产生的机械能转化为静压和动能，造成联合运转的两台风机互相成为阻力，影响风机联合运转时效能的发挥[4]。

3 并联辅扇风机高效通风研究方向

3.1 在并联回风巷道内两股风流汇合处设计了导风板

把连接巷道和井筒两个不同断面风道的边缘做成斜线（斜线与巷道底板夹角β）并制作风流导向板，利用风流导向板改变风流方向，尽量避免出现直角转弯，减少风流撞击损失，降低局部阻力。

3.1.1 未作调整时，巷道汇合局部阻力概算

如图2所示，则1-3段和2-3段的局部阻力h13、h23分别为：

（1）巷道粗糙度的影响系数Kα的取值，根据巷道摩擦阻力系数α值确定。首先，井巷摩擦阻力系数α的选取，即α取值在0.00588 ～ 0.000784之间[5]。

图2 两种巷道汇合局部阻力概算

（2）巷道粗糙度的影响系数Kα的取值

巷道粗糙度的影响系数Kα的取值，根据巷道摩擦阻力系数α值来选取，见下表：即Kα取值为1.1～1.25，取Kα=1.25。

则未作调整前，则对1-3段和2-3段的校正系数计算：

Q1—6#盲竖井二十六中段回风风量；Q2—6#盲竖井二十八中段回风风量；

Q3—6#盲竖井系统总回风量；V1—6#盲竖井二十六中段回风风速；

V2—6#盲竖井二十八中段回风风速；θ1、θ2—并联回风巷道与总回风巷道中心线夹角。

（3）调整前，对1-3段和2-3段的局部阻力h13、h23计算：

即调整前1-3段和2-3段的局部阻力分别为10.75Pa、8.56Pa。

3.1.2 安装风流导向板且调整风机联合运转后，巷道汇合局部阻力概算

（2）调整后，则对1-3段和2-3段的局部阻力h13＇、h23＇计算：

校正系数：

综上得，即安装导向板后，局部阻力下降17.05Pa，另外原有的涡流阻力损失也明显减少，从而使回风量得到有效增加。

3.2 按照风流汇合点风压相等原理，调整两台风机运行频率，达到最佳能效点

通过现场检测数据分析，并结合两台通风机的特性曲线，确定通风机联合运转后的最佳工况点，实现风机联合运转后，风量最大，能耗最低，实现高效、低耗、安全运行[6]。

并联辅扇风机运行情况实际检测数据。

表1 二十六中段及二十八中段风机变频调整运行数据汇总

通过现场检测数据分析，并结合两台通风机的特性曲线，确定通风机联合运转后的最佳工况点。

图3 二十六中段、二十八中段并联风机的等效特性曲线

4 取得的效益及成果

（1）降低了并联辅扇风机之间联合运转的局部阻力，增大了系统回风量。

在回风井马头门与井筒连接处了安装斜面导风板后，大大减小了风流相互冲击及涡流等局部阻力损失，6#盲井总回风量由30m3/s增加到现在的40m3/s，回风量增加了10m3/s，深部通风得到优化和加强[7]。

（2）实现辅扇风机最佳工况点运行，确定最佳能效点通风，减少通风能耗。

通过将二十八中段37KW辅扇风机变频调至45HZ（受用电负荷及额定功率影响，风机不能超此负荷），将二十六中段37KW辅扇风机变频由50HZ调至40HZ，达到了风量、能耗最优化值，风机总电耗由74.65KW下降到现在的49.50KW，节约25.15KW，年可节约电量19.92万度(按年运转330天），按0.75元/度计算，年可节约成本14.94万元[8]。

5 结语

因受现场条件制约和制作工艺影响，理论计算也只是粗略估算。该导风板安装时只安装成斜面而未形成弧面，因而尚未达到最大化减少阻力的目的，需要在以后进行优化改造。随着矿井开采不断延深，通风阻力逐渐增大，风机联合运转最佳运转状态也会发生变化，需要不断检测，随时关注风机联合运转状态下相关参数的变化来作调整。

本次通风理论及并联辅扇风机的联合运转降低了并联辅扇风机之间联合运转的局部阻力，增大了系统回风量，实现辅扇风机最佳工况点运行，确定最佳能效点通风，减少通风能耗。矿山机械通风是矿山的发展方向，风机的联合运转也提高了总风量，为矿山安全生产提供了根本保障。