某金属矿山主通风机工况优化调节研究

肖利民，李义杰

某金属矿山主通风机工况优化调节研究

肖利民，李义杰

(长沙矿山研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012)

针对某金属矿山现有主通风机通风量不足的运行情况，为提高矿井通风量，挖掘主通风机潜力，通过采用改变风机风压特性曲线调节法来优化主通风机的工况。经对主通风机调整叶片安装角至40°的工况进行分析，得出在更换主通风机原有电动机后，即可实现显著增大主通风机风量的目的，为指导矿山优化改造现有主通风机提供了可靠的依据。

主通风机;通风系统;风量;金属矿山

某金属矿山采矿生产能力为115.5×104t/a。通过测定西风井主通风机风量实测值为163.4 m3/s，该矿井实际年产万吨耗风量仅1.42 m3/s，说明现有主通风机供风量已偏小。且随着矿山向深部延深，以及井下柴油铲运机的使用，急需通过增大矿井通风量来改善井下生产作业环境。但更换新的主通风机不但工期长，影响井下生产，而且投资大。因此，为节约投资、缩短工期，尽量减少因改造或更换主扇对井下生产的影响，有必要对矿山现有主通风机性能进行研究和分析，充分挖掘其潜力，对主通风机进行局部优化，以提高矿井总通风量，保证矿井通风安全。

1 主通风机性能测定

该矿主通风机安装在西风井井口，主通风机型号为DK-8-No28，配YF355 kW-8P型电机，电机功率2×355 kW。目前风机叶片安装角为35°，主扇装置性能检测结果如表1所示，主扇静压特性曲线见图1。

表1 DK-8-No28型风机性能检测结果

根据检测结果，计算得出主通风机效率为77.89%，大于70%，说明主通风机目前运行工况及性能为正常。但鉴于本矿井下生产任务重，同时作业的工作面个数多，井下实际总需风量已增加至168.85 m3/s，若继续保持主通风机在目前工况下运行的话，将无法提供足够的新鲜风流用于井下各工作面的通风。

图1 DK-8-No28型通风机静压特性曲线

2 主通风机优化调节

2.1 风机工况点调节方法

在矿井通风系统中，有效的风机工况点调节方法主要有：改变矿井风阻特性曲线调节法和改变扇风机风压特性曲线调节法两大类[1-2]。

2.1.1 改变矿井风阻特性曲线调节法

当风机风压特性曲线不变时，改变矿井的总风阻，工况点沿风机特性曲线移动。该类调节法主要措施如下。

（1）减少或增大矿井总风阻，对应增加风量或减少风量。在矿井主要进、回风段采取刷帮、增加并联通风井巷、缩短风路、更换支护方式、减少局部阻力等措施来减少总风阻。该种调节方法优点主要是风机运转费用较低；缺点是工程量和工程费用较大，工期长。

（2）增加或减少矿井外部漏风通道。该种调节方法主要是方便简单、经济，但可调节幅度较小。

2.1.2 改变风机风压特性曲线调节法

当矿井总风阻不变，改变风机风压特性曲线，工况点沿风阻特性曲线移动。该类调节法主要分为以下2点。

（1）改变叶片安装角度或叶片数来增减风量。目前，矿用轴流式通风机一般都能够通过调节叶片安装角度来调节风量。对于有些轴流风机还可以改变叶片数改变风机的特性。但改变叶片数时，须按厂家说明书规定进行。

（2）改变风机转速。目前一般通过改变电动机转速来实现。为风机配备变频电机，即可实现调速，改变风机特性。

2.2 调节方法选择

该矿井已生产多年，要通过改变矿井风阻特性曲线来增大通风量，主要可采用刷大总的进、回风巷道断面、新掘并联通风井巷等措施。这些措施要新增较大的工程量和工程费用，且施工周期长。尤其是在关键的进、回风巷道施工时，对矿山正常生产存在影响。目前DK-8-No28型主通风机已配备有变频电动机。本次测定时，已调至最大频率50 Hz运行，转速已调至上限。故现状情况下，已不能再通过调大转速来增加风量。经对比，本次将通过调节风机叶片安装角来校核现有风机工况，并分析其能否实现增大风量的目的[3-4]。

2.3 主通风机优化调节及分析

根据表1和图1可知，矿山现有的DK-8-No28型主通风机目前叶片安装角度为35°，阴影区域为该风机的合理工作范围，往上还有40°、45°两个叶片安装角度。从图1来看，将该风机叶片安装角度调整至40°，能够显著提高矿井回风量。为此，须对西风井实际回风量、通风阻力进行计算，然后在风机特性曲线图上做矿井风阻R曲线，以确定风机工况点和电机功率[5-6]。

考虑到矿山实际情况，经按排尘风速计算矿井需风量，箕斗主井装矿系统需风量为14.57 m3/s，该风量由空气幕压入箕斗井，然后排至地表；剩余须经西风井排至地表的风量为154.28 m3/s。通过对矿井通风阻力进行计算，得出矿井在容易时期、困难时期的通风总阻力分别为1775.89，2289.27 Pa。依据计算出的西风井回风量和矿井通风阻力，对现有DK-8-No28型主通风机进行工况校核，详见表2和图2。

表2 主通风机工况参数校核计算结果

图2 DK-8-No28型通风机工况调节特性曲线

根据表2，计算出容易时期风阻1=0.062769、困难时期2=0.079078。然后在DK-8-No28型主通风机的静压特性曲线图上绘制出各时期的风阻特性曲线，详见图2。风阻特性曲线与40°叶片角的交点即为工况点。M1点为容易时期工况点、M2点为夏季工况点。两工况点的风量、风压、电机功率详见表3。

表3 M1、M2工况点参数

根据表3，M1需要的电机功率为810.03 kW，M2需要的电机功率为785.55 kW。可见，将主通风机叶片角调至40°后，该风机现配备的YF355 kW-8P型电动机（额定功率为2×355 kW）已不能满足需要。为增大主通风机风量，须更换现有的电动机；经匹配选型，可选用YSP500-8型变频电机，功率2×450 kW。

根据矿山实际情况，本次采取更换电动机和改变风机叶片角度的调节方法，能够尽快实现增大矿井通风量的目的，最低可增加风量至194.0 m3/s，较目前实测风量增大30.6 m3/s。扣除风机装置漏风量（漏风系数1.1～1.15），在通风困难时期还可为矿井提供168.7～176.4 m3/s的通风量，大于需要从西风井排出的实际需风量154.28 m3/s。说明，针对主通风机采取更换电机和调整叶片安装角度的办法，能够较大幅度提高矿井通风量，使主通风机具有了较好的富余能力；并提高了矿井的应急通风能力，能够满足矿井因生产任务加重，井下作业面增多时的通风需要[7-8]。即使在现阶段正常生产情况下，不需要增加矿井通风量时，还可以通过变频，来改变风机转速，控制主通风机通风量在合适范围内，从而保证风机在高效、节能状态下运行。

3 结 语

针对某金属矿山现有的DK-8-No28型主通风机采取更换电动机和改变风机叶片角度的调节方法，实现了增大矿井通风量的目的，提高了矿井应急通风能力，为指导矿山优化改造现有主通风机提供了可靠的依据。相比更换一台新的风机或其他调节方法，本次采用的调节方法更加经济和方便，更换电机和调整风机叶片角均能够在较短的时间内完成，可安排在矿井检修期间进行，将风机改造工作对矿井生产的影响降至最低。

[1] 吴 超.矿井通风与空气调节[M].长沙:中南大学出版社,2008:102- 104.

[2] 胡汉华,吴 超,李茂楠.地下工程通风与空调[M].长沙:中南大学出版社,2005:75-77.

[3] 陶树银,熊正明,程 哲,刘菊红.金属矿山矿井通风系统优化研究[J].矿业研究与开发,2012,32(2):58-60.

[4] 周志杨,王海宁,苑 栋,晏江波,梁启超.矿井通风动力系统的共性问题分析与优化实践[J].矿业研究与开发,2016,36(6):13-17.

[5] 于励民,马小平,任中华,严栓柱.矿井主通风机不停风倒机控制的研究与实现[J].工矿自动化,2010(9):133-137.

[6] 邹德蕴,谢兴华,薛庆军.矿井主通风机性能曲线建模回归分析方法[J].矿业研究与开发,1999,19(3):16-18.

[7] 王建亮.主通风机高压变频调速改造[J].煤矿机械,2009,30(6):144- 145.

[8] 严乃绪,张应平,陈有燎.大红山铜矿风机集控总体实施技术研究[J].采矿技术,2008,8(5):75-76.

(2019-06-19)

肖利民(1982—)，男，湖南衡阳人，高级工程师，主要从事矿井通风与安全设计研究工作，Email：xiao-cimr@ foxmail.com。