局部通风机综合降噪研究与工程实践

高一博

(西山煤电集团 西铭矿，山西 太原 030024)

煤矿在开掘施工作业时，为了稀释煤层及围岩释放的有毒有害气体，为职工提供新鲜空气，创造良好工作环境，采用局部通风机对掘进工作面进行不间断供风[1].目前，井下开掘工作面局部通风机普遍噪声较大，而噪声污染已成为仅次于大气污染和水污染的第三大公害，严重危害井下职工身体健康，对井下作业环境造成一定的安全风险[2].在西铭矿五采区左回风巷开拓面和2-6132掘进工作面等地点使用FBDNo7.12X45局部通风机，环境噪音均超过100 dB，高于《煤矿安全生产标准化管理体系基本要求及评分办法》职业健康卫生有关噪声的规定。为此，本文通过调整局部通风机进气方向，并与厂家合作对消音器结构设计提出改进方案，优化局部通风机降噪装置，达到了降噪达标效果。

1 局部通风机噪声产生机理

根据局部通风机结构和运行状态，噪声产生可以分为机械噪声、电机噪声和空气动力性噪声，其产生机理为：

1)机械噪声主要由以下4方面原因造成:风机安装位置不平整或零件松动；轴承运行时相互摩擦；叶轮磨损不均匀或因风压导致零件的变形，使整个转子不平衡；叶轮高速旋转产生振动[3].

2)主机电机噪声主要由以下4方面原因造成:转子不平衡或电磁力轴向分量产生的轴向串动声；径向交变的电磁力激发的电磁噪声；换向器整流子碳刷摩擦导电环而产生的摩擦噪声；由于某些部件振动使其固有频率与激励频率产生共振，形成很强的窄带噪声[4-5].

3)通风机的空气动力性噪声按产生机理可分为旋转噪声和涡流噪声。旋转噪声是通风机叶片旋转时，周期性打击空气而引起的气体压力脉动噪声；湍流噪声主要是通风机叶片旋转时附着在叶片上的空气不断脱落成漩涡而产生的噪声[6].

2 局部通风机常用消音方式分析

目前国内局部通风机常用的消音方式如下：

1)双层机壳内填充吸音材料。在进出口侧加装阻性消声器，通常采用密集微穿孔板配合填充岩棉的形式来降低进出口的辐射噪声。消声器由两部分组成:消声外筒和消声内芯，消声内芯一方面起到整流的作用，一方面可以增加消声面积，这种方式很适合于轴流风机的结构，对中高频噪声的降噪有一定效果[5].

2)风机整体加装独立消声室，是将风机整体安装在一个密闭的消声空间内以降低风机运行时的电磁噪声、机壳部分的振动噪声及叶轮部位的气流辐射噪声。但由于局部通风机通常安设在的掘进工作面巷道口，消声室占用空间大，巷道口空间有限，对运输和行人安全造成不利影响，且成本费用高。

3)主机叶轮部位加装可拆卸的隔音罩降低叶轮旋转时产生的噪音，安装简单便捷，而且成本较低，但对风机的整体运行时噪声的降低贡献不大。

通过对3种消音方式的对比分析和单一测试，局部通风机噪声均大于100 dB，不符合职业健康卫生要求。

3 改进方案与现场测试

为了进行针对性的降噪，通过对局部通风机噪声产生机理的分析，确认了井下局部通风机噪音大的主要原因是空气在进风口摩擦产生的辐射噪音。针对此状况提出升级优化主机消音方式+进风口加装弯头消音器和插板消音器+出风口加装锥筒式消音器综合降噪解决方案。

3.1 主机消音方式升级优化与测试

对主机与外壳间增加了全包覆多重消音新材料，在机壳间填充了高分子消音材料，其声特性阻抗使声波在界面产生反射，隔断高频声波；其内阻尼高，可以阻断中低频声波；材料本身的弹性及全包覆的密封性，有效避免噪声传播扩大。经测试，风流经主机体后，噪音可衰减25 dB(A).

3.2 进风口降噪方式改进与测试

1)在进风口加装弯头消音器，进风口由矩形钢板制成，内置弯形隔墙、直板分隔墙若干个，分别用螺栓固定在壳体上，风流沿垂直方向进入，经隔墙、分隔墙的多次反射，吸收了摩擦噪声。经测试噪音可衰减15～26 dB(A).

2)在进风口消音筒内加装插板消音器，风流进入消音筒后，中高频声波经过在多孔材料的孔隙中摩擦而转化成热能耗散掉，使通过消音器的声波减弱；低频声波在消音插板中来回反射，有效减弱了摩擦噪声。经测试噪音可衰减15～20 dB(A).

3.3 出风口降噪方式测试与改进

在出风口加装锥筒式消音器，在圆筒形消音器的中轴线上安装前大后小的消音锥体，风流经过消音筒和消声锥筒将一部分反射噪声由消音锥吸入，风流沿平行于通风机旋转轴的方向导出，有效吸收了反射噪声。经测试噪音可衰减10～15 dB(A).

3.4 综合降噪效果现场测试

局部通风机整体降噪结构示意图见图1.采用升级优化主机消音方式+进风口加装弯头消音器和插板消音器+出风口加装锥筒式消音器综合降噪解决方案后，在西铭矿采区回风巷、五采区左回风巷开拓面和2-6132掘进工作面进行了现场测试，测试数据见表1，通过对测试数据的对比分析，采取综合降噪技术后，局部通风机噪声下降了40 dB(A)左右，现场作业环境得到显著改善，在保证职工身体健康的同时，也确保了安全生产。

图1 局部通风机整体降噪结构示意图

表1 局部通风机噪声监测对比数据表

4 结 论

经试验测定，采取进风口降噪或出风口降噪等单一降噪措施后，降噪效果不明显，且具有较大差异性。通过比较分析，采用进风口降噪措施效果较好，噪声能降低15～26 dB(A)；采用出风口降噪措施效果不显著，噪声降低10～15 dB(A)；采用单一优化主机降噪措施，虽能达到降噪效果，但维持时间不长，是后期风机噪声的主要来源。

在五采区左回风巷开拓面和2-6132掘进工作面采用综合降噪措施后，局部通风机噪声从120 dB(A)左右降低至80 dB(A)左右，有效降低了局部通风机噪声，改善了作业环境，预防了职业病的发生。