第4章 矿井通风动力.doc

第四章 矿井通风动力 空气在井巷中流动需要克服通风阻力，必须提供通风动力以克服空气阻力，才能促使空气在井巷中流动，实现矿井通风。矿井通风动力有由自然条件形成的自然风压和由通风机提供的机械风压两种。本章将研究这两种通风动力的影响因素和特性及其对矿井通风的作用。 第一节 自然风压 一、 自然风压的形成及特性 如图4-1所示为一个没有通风机工作的矿井。 （图4-1 简化矿井通风系统） 风流从气温较低的井筒进入矿井，从气温较高的井筒流出。不仅如此，在正在开凿的立井井筒中，冬季风流会沿井筒中心一带进入井下，而沿井壁流出井外；夏季风流方向正好相反。这是由于空气温度与井筒围岩温度存在差异，空气与围岩进行热交换，造成进风井筒与回风井筒、井筒中心一带与井壁附近空气存在温度差，气温低处的空气密度比气温高处的空气密度大，使得不同地方的相同高度空气柱重量不等，从而使风流发生流动，形成了自然通风现象。我们把这个空气柱的重量差称为自然风压H自。 由上述可见，如果把地表大气视为一个断面无限大、风阻为零的假想风路，则可将通风系统视为一个有高差的闭合回路，由自然风压的形成原因，可得到其计算公式 H自－，Pa （4-1） 式中Z矿井最高点到最低点间的距离，m； g重力加速度，m/s2； ρ1、ρ2分别为0-1-2和5-4-3井巷中dz段空气密度，kg3/m3。 由于空气密度ρ与高度Z有着复杂的函数关系，因此用式（4-1）计算自然风压比较困难。为了简化计算，一般先测算出0-1-2和5-4-3井巷中空气密度的平均值ρ均进、ρ均回，分别代替式（4-1）中的ρ1和ρ2，则式（4-1）可写为 Ｈ自＝（ρ均进－ρ均回）gＺ，Pa （4-2） 例4-1 如图4-1所示的自然通风矿井，测得ρ01.3，ρ11.26，ρ21.16，ρ31.14，ρ41.15，ρ51.3kg/m3，Z0145m，Z12100m，Z3465m，Z4580m，试求该矿井的自然风压，并判断其风流方向。 解假设风流方向由0-1-2井筒进入，由3-4-5井筒排出。 计算各测段的空气平均空气密度 kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 计算进、出风井两侧空气柱的平均密度 kg/m3 kg/m3 则H自Pa 求得的H自为正值，说明风流方向与假设方向一致，从0-1-2井筒进入，由3-4-5井筒流出。 自然风压具有如下几种性质 1.形成矿井自然风压的主要原因是矿井进、出风井两侧的空气柱重量差。不论有无机械通风，只要矿井进、出风井两侧存在空气柱重量差，就一定存在自然风压。 2.矿井自然风压的大小和方向，取决于矿井进、出风两侧空气柱的重量差的大小和方向。这个重量差，又受进、出风井两侧的空气柱的密度和高度影响，而空气柱的密度取决于大气压力、空气温度和湿度。由于自然风压受上述因素的影响，所以自然风压的大小和方向会随季节变化，甚至昼夜之间也可能发生变化，单独用自然风压通风是不可靠的。因此规程规定，每一个生产矿井必须采用机械通风。 3.矿井自然风压与井深成正比；矿井自然风压与空气柱的密度成正比，因而与矿井空气大气压力成正比，与温度成反比。地面气温对自然风压的影响比较显著。地面气温与矿区地形、开拓方式、井深以及是否机械通风有关。一般来说，由于矿井出风侧气温常年变化不大，而浅井进风侧气温受地面气温变化影响较大，深井进风流气温受地面气温变化的影响较小，所以矿井进、出风井井口的标高差越大，矿井越浅，矿井自然风压受地面气温变化的影响也越大，一年之内不但大小会变化，甚至方向也会发生变化；反之，深井自然风压一年之内大小虽有变化，但一般没有方向上的变化。 4.主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一定的影响。因为矿井主通风机的工作决定了矿井风流的主要流向，风流长期与围岩进行热交换，在进风井周围形成了冷却带，此时即使风机停转或通风系统改变，进、回风井筒之间仍然会存在气温差，从而仍在一段时间之内有自然风压起作用，有时甚至会干扰主要通风机的正常工作，这在建井时期表现尤为明显，需要引起注意。 二、自然风压的控制和利用 自然通风作用在矿井中普遍存在，它在一定程度上会影响矿井主要通风机的工况。要想很好地利用自然通风来改善矿井通风状况和降低矿井通风阻力，就必须根据自然风压的产生原因及影响因素，采取有效措施对自然风压进行控制和利用。 1.对自然风压的控制 在深井中自然风压一般常年都帮助主要通风机通风，只是在季节改变时其大小会发生变化，可能影响矿井风量。但在某些深度不大的矿井中，夏季自然风压可能阻碍主要通风机的通风，甚至会使小风压风机通风的矿井局部地点风流反向。这在矿井通风管理工作中应予重视，尤其在山区多井筒通风的高瓦斯矿井中应特别注意，以免造成风量不足或局部井巷风流反向酿成事故。为防止自然风压对矿井通风的不利影响，应对矿井自然通风情况作充分的调查研究和实际测量工作，掌握通风系统及各水平自然风压的变化规律，这是采取有效措施控制自然风压的基础。在掌握矿井自然风压特性的基础上，可根据情况采取安装高风压风机的方法来对自然风压加以控制，也可适时调整主要通风机的工况点，使其既能满足矿井通风需要，又可节约电能。 2.设计和建立合理的矿井通风系统 由于矿区地形、开拓方式和矿井深度的不同，地面气温变化对自然风压的影响程度也不同。在山区和丘陵地带，应尽可能利用进出风井口的标高差，将进风井布置在较低处，出风井布置在较高处。如果采用平硐开拓，有条件时应将平硐作为进风井，并将井口尽量迎向常年风向，或者在平硐口外设置适当的导风墙，出风平硐口设置挡风墙。进出风井口标高差较小时，可在出风井口修筑风塔，风塔高度以不低于10m为宜，以增加自然风压。 3.人工调节进、出风侧的气温差 在条件允许时，可在进风井巷内设置水幕或借井巷淋水冷却空气，以增加空气密度，同时可起到净化风流的作用。在出风井底处利用地面锅炉余热等措施来提高回风流气温，减小回风井空气密度。 4.降低井巷风阻 尽量缩短通风路线或采用平行巷道通风；当各采区距离地表较近时，可用分区式通风；各井巷应有足够的通风断面，且应保持井巷内无杂物堆积，防止漏风。 5.消灭独井通风 在建井时期可能会出现独井通风现象，此时可根据条件用风幛将井筒隔成一侧进风另一侧出风；或用风筒导风，使较冷的空气由井筒进入，较热的空气从导风筒排出。也可利用钻孔构成通风回路，形成自然风压。 6.注意自然风压在非常时期对矿井通风的作用 在制定矿井灾害预防和处理计划时，要考虑到万一主要通风机因故停转，如何采取措施利用自然风压进行通风以及此时自然风压对通风系统可能造成的不利影响，制订预防措施，防患于未然。 三、 自然风压的测定 生产矿井自然风压的测定方法有两种直接测定法和间接测定法。 1.直接测定法 （图4-2 用通风机房中的压差计测自然风压） 矿井在无通风机工作或通风机停止运转时，在总风流的适当地点设置临时隔断风流的密闭，将矿井风流严密遮断，而后用压差计测出密闭两侧的静压差，该静压差便是矿井的自然风压值。或将风硐中的闸门完全放下，然后由风机房水柱计直接读出矿井自然风压值（如图4-2所示）。 2.间接测定法 以抽出式通风矿井为例。 （图4-3 自然风压的间接测定法） 如图4-3所示的抽出式通风矿井，因风硐中通风机入口风流的相对全压h全与自然风压H自的代数和等于矿井的通风阻力，即 h全H自RQ2 （4-3） 式中R矿井总风阻，Ns2/m8； Q矿井总风量，m3/s。 所以首先在通风机正常运转时，测出矿井总风量Q及通风机入风口处风流的相对全压h全，而后停止主要通风机的运转，若有自然风流，立即测出自然风流的风速v自，计算出自然通风的风量Q自Sv自，S是测v自处的风硐的断面积，可得下式 H自 RQ自2 （4-4） 解式（4-3）和（4-4）的联立方程组，得矿井自然风压 H自h全，Pa （4-5） 第二节 矿井主要通风机及其附属装置 矿井通风动力中自然风压较小，且不稳定，不能保证矿井通风的要求，因此，规程规定，每一个矿井都必须采用机械通风。我国煤矿已普遍使用机械通风。在全国统配煤矿中，主要通风机的平均电能消耗量占全矿电能消耗的比重较大，据统计，国有煤矿主要通风机平均电耗约占矿井电耗的2030，个别矿井通风设备的耗电量可达50。因此，合理选择和使用主要通风机，不但能使矿井安全得到根本的保证，同时对改善井下的工作条件，提高煤矿的主要技术经济指标也有重要作用。 矿用通风机按照其服务范围和所起的作用分为三种 1.主要通风机。担负整个矿井或矿井的一翼、或一个较大区域通风的通风机，称为矿井的主要通风机。 2.辅助通风机。用来帮助矿井主要通风机对一翼或一个较大区域克服通风阻力，增加风量的通风机，称为主要通风机的辅助通风机。 3.局部通风机。供井下某一局部地点通风使用的通风机，称为局部通风机。一般服务于井巷掘进通风。 矿用通风机按照构造和工作原理不同，又可分为离心式通风机和轴流式通风机。 一、离心式通风机 图4-4是离心式通风机的构造及其在矿井通风井口作抽出式通风的示意图。 （图4-4 离心式通风机的构造） 1工作轮；2蜗壳体；3扩散器；4主轴；5止推轴承；6径向轴承；7前导器；8机架；9联轴器；10制动器；11机座；12吸风口；13、通风机房；14电动机；15风硐 离心式通风机主要由工作轮、蜗壳体、主轴和电动机等部件构成。工作轮是由固定在机轴上的轮毂以及安装在轮毂上的一定数量的机翼形叶片构成。风流沿叶片间的流道流动。叶片按其在流道出口处安装角β2的不同，可分为前倾式（β2＜90。）、径向式（β2＝90。）、后倾式（β2＞90。）三种。因为后倾叶片的通风机当风量变化时风压变化较小，且效率较高，所以矿用离心式通风机多为后倾式。 （图4-5 工作轮叶片的构造角度） w2工作轮出风口叶片的切线速度；u2工作轮圆周速度 空气进入风机的形式，有单侧吸入和双侧吸入两种。其他条件相同时，双吸风口风机的动轮宽度和风量是单吸风口风机的2倍。在吸风口与工作轮之间还装有前导器，使进入叶轮的气流发生预旋绕，以达到调节风压的目的。 当电动机传动装置带动工作轮在机壳中旋转时，叶片流道间的空气随叶片的旋转而旋转，获得离心力，经叶端被抛出工作轮，流到螺旋状机壳里。在机壳内空气流速逐渐减小，压力升高，然后经扩散器排出。与此同时，在叶片的入口即叶根处形成较低的压力，使吸风口处的空气自叶根流入叶道，从叶端流出，如此源源不断形成连续流动。 现我国生产的离心式通风机较多，适用煤矿作主要通风机的有4-72-11型、G4-73-11型、K4-73-01型等。型号参数的含义以K4-73-01№32型为例说明如下 K4-73-01№32 K矿用； 4效率最高点压力系数的10倍，取整数； 73效率最高点比转速，取整数； 0通风机进风口为双面吸入； 1 第一次设计； №32通风机机号，为叶轮直径，dm。 K4-73-01型和G4-73-11型离心式通风机的特性曲线如附录四所示。 二、轴流式通风机 如图4-6所示。 （图4-6 轴流式通风机的构造） 1集风器；2流线体；3前导器；4第一级工作轮；5中间整流器；6第二级工作轮；7后整流器；8环形或水泥扩散器；9机架；10电动机；11通风机房；12风硐；13导流板；14基础；15径向轴承；16止推轴承；17制动器；18齿轮联轴节；19扩散塔 轴流式通风机主要由进风口、工作轮、整流器、主体风筒、扩散器和传动轴等部件组成。进风口是由集风器和疏流罩构成的断面逐渐缩小的环行通道，使进入工作轮的风流均匀，以减少阻力，提高效率。 工作轮是由固定在轴上的轮毂和以一定角度安装在其上的叶片构成。工作轮有一级和二级两种。二级工作轮产生的风压是一级的2倍。工作轮的作用是增加空气的全压。整流器（导叶）安装在每一级工作轮之后，为固定轮。其作用是整直由工作轮流出的旋转气流，减少动能和涡流损失。 环行扩散器是使从整流器流出的环状气流逐渐扩张，过渡到全断面。随着断面的扩大，空气的一部分动压转换为静压。 （图4-7 轴流式通风机叶片的构造） 叶片用螺栓固定在轮毂上，呈中空梯形，横截面和机翼形状相似。在叶片迎风侧作一外切线，称为弦线，弦线与工作轮旋转方向（u）的夹角称为叶片安装角，以θ表示。θ角是可调的。因为通风机的风压、风量的大小与θ角有关，所以工作时可根据所需要的风量、风压调节θ的角度。在一级通风机中，θ角的调节范围是10。40。，二级通风机的调节范围是15。45。，可按相邻角度差5。或2.5。调节，但每个工作轮上的θ角必须严格保持一致。 为减少能量损失和提高通风机的工作效率，还设有集风器和流线体。集风器是在通风机入风口处呈喇叭状圆筒的机壳，以引导气流均匀平滑地流入工作轮；流线体是位于第一级工作轮前方的呈流线型的半球状罩体，安装在工作轮的轮毂上，用以避免气流与轮毂冲击。 目前我国生产的轴流式通风机中，适用于煤矿作主要通风机的有2K60型、GAF型、2K56型、KZS型等。型号参数的含义以2K60-1- No24型为例说明如下 2K60-1- №24 2 两级叶轮； K矿用； 60轮毂比的100倍； 1 结构设计序号； №24叶轮直径，dm。 2K60型、GAF型、62A14-11型轴流式通风机特性曲线如附录五所示。 三、对旋式通风机 1994年9月，原煤炭部颁发了关于推广使用四项通风安全装备的决定，对旋式局部通风机被列为在全国推广使用的四项装备之一。对旋式局部通风机也是一种轴流式通风机，和传统轴流式通风机相比较，具有高效率、高风压、大风量、性能好、高效区宽、噪声低、运行方式多、安装检修方便等优点。现在我国已经研制成功新一代高效节能矿用防爆对旋式主要通风机。 图4-8 BDK65型轴流式通风机 1风道；2连接风筒；3一级通风机；4二级通风机；5扩散筒；6扩散塔；7稳流环；8钢轨 对旋式通风机由集流器、一级通风机、二级通风机、扩散筒和扩散塔组成。风机采用对旋式结构，一、二级叶轮相对安装，旋转方向相反；叶片采用机翼形扭曲叶片，叶面也互为反向，省去了一般轴流式通风机的中、后导叶，减少了压力损失，提高了风机效率。每一级叶轮均采用悬臂结构，各安装在隔爆型电动机上，形成两台独立的通风机，既没有传统的长轴传动，也没有联轴器，结构简单，还可提高效率。隔爆型电动机安装在主风筒内密闭罩中，密闭罩具有一定的耐压性，可使电动机与通风机流道中含瓦斯的气体隔绝，同时起一定的散热作用。密闭罩有三根导管，既起支撑作用，又可使主风筒与大气相通，使新鲜空气流入密闭罩中，罩内空气可保持正压状态，使得电动机始终处于瓦斯浓度小于1的条件下工作，符合安全防爆要求。在主风筒中设置有稳流环，使得通风机性能曲线中无驼峰区，无喘振，在任何阻力情况下均可稳定运行。通风机噪音较低，绝大多数型号在无消声装置的情况下，噪声均可低于90dB（A）。通风机叶轮叶片安装角可以调整，一般分为45。、40。、35。、30。及25。五个角度。一、二级叶轮叶片安装角角度可以一致，也可不同，又可调节为小于或等于45。范围内任意角度运行。可以单级运行，也可以双级运行，因此可调范围极广，尤其在矿井投产初期可只运行一级。通风机和扩散器均安装在带轮的平板车上，下设轨道，安装维修很方便。可以反转反风。在各种情况下，反风率均为70以上；不需要反风道及通风机的基础，也可不要主通风机房，只需要建造电控值班室。电动机轴承和电动机定子有测温装置，可遥测和报警。电动机轴承还配备了不停机注油和排油管装置。 风机的工作原理是工作时两级工作轮分别由两个等容量、等转速、旋转方向相反的电动机驱动，当气流通过集流器进入第一个工作轮获得能量后，再经第二级工作轮升压排出。两级工作轮互为导叶，第一级后形成的旋转速度，由第二级反向旋转消除并形成单一的轴向流动。2个工作轮所产生的理论全压为通风机理论全压的1/2，不仅使通过两级工作轮的气流平稳，有利于提高通风机的全压效率，而且使前后级工作轮的负载分配比较合理，不会造成各级电动机出现超功、过载现象。 目前，对旋式通风机有数十个系列。作为煤矿主要通风机使用的有BD或BDK系列高效节能矿用防爆对旋式主要通风机，最高静压效率可达85，噪声不大于85dB（A）。局部通风机主要有FDC-1№6/30型、FSD-218.5型、DSF-6.3/60型、DSFA-5型、BDJ60系列、2BKJ-6.0/3.0型、KDF型等。 型号参数的含义以BDK65A-8- №24型为例说明如下 BDK65A-8- №24 B防爆型； D对旋结构； K矿用； 65轮毂比的100倍； A叶片数目配比为A种； 8配用8极电机； №24机号为24，即24dm。 BD系列对旋式风机特性曲线如附录六所示。 四、主要通风机附属装置 矿井使用的主要通风机，除了主机之外尚有一些附属装置。主要通风机和附属装置总称为通风机装置。附属装置有风硐、扩散器、防爆门和反风装置等。 1.风硐 风硐是连接通风机和风井的一段巷道，如图4-9所示。 （图4-9 风硐） 1出风井；2风硐；3通风机 因为通过风硐的风量很大，风硐内外压力差也较大，其服务年限长，所以风硐多用混凝土、砖石等材料建筑，对设计和施工的质量要求较高。 良好的风硐应满足以下要求 1应有足够大的断面，风速不宜超过15m／s。 2风硐的风阻不应大于0.0196Ns2／m8，阻力不应大于100～200Pa。风硐不宜过长，与井筒连接处要平缓，转弯部分要呈圆弧形，内壁要光滑，并保持无堆积物，拐弯处应安设导流叶片，以减少阻力。 3风硐及闸门等装置，结构要严密，以防止漏风。 4风硐内应安设测量风速和风流压力的装置，风硐和主通风机相连的一段长度不应小于10～12DD为通风机工作轮的直径。 5风硐与倾角大于30。的斜井或立井的连接口距风井12m处应安设保护栅栏，以防止检查人员和工具等坠落到井筒中；在距主要通风机入风口12m处也应安设保护栅栏，以防止风硐中的脏、杂物被吸入通风机。 6风硐直线部分要有流水坡度，以防积水。 2.防爆门 防爆门是在装有通风机的井口上为防止瓦斯或煤尘爆炸时毁坏通风机而安装的安全装置。 （图4-10 立井防爆门） 1防爆门；2井口圈；3滑轮；4平衡锤 图4-10所示为出风井口的防爆门，门1用铁板焊成，四周用4条钢丝绳绕过滑轮3，用挂有配重的平衡锤4牵住防爆门，其下端放入井口圈2的凹槽中。正常通风时它可以隔离地面大气与井下空气。当井下发生爆炸事故时，防爆门即能被爆炸波冲开，起到卸压作用以保护通风机。具体要求是 防爆门应布置在出风井轴线上，其面积不得小于出风井口的断面积。从出风井与风硐的交叉点到防爆门的距离应比从该交叉点到主要通风机吸风口的距离至少短10m。防爆门必须有足够的强度，并有防腐和防抛出的措施。为了防止漏风，防爆门应该封闭严密。如果采用液体作密封时，在冬季应选用不燃的不冻液，且要求以当地出现的十年一遇的最低温度时不冻为准。槽中应经常保持足够的液量，槽的深度必须使其内盛装的液体的压力大于防爆门内外的空气压力差。井口壁四周还应安装一定数量的压脚，当反风时用它压住防爆门，以防掀起防爆门造成风流短路。 3.反风装置 当矿井在进风井口附近、井筒或井底车场及其附近的进风巷中发生火灾、瓦斯和煤尘爆炸时，为了防止事故蔓延，缩小灾情，以便进行灾害处理和救护工作，有时需要改变矿井的风流方向。规程规定生产矿井主要通风机必须装有反风设施，并能在l0min内改变巷道中的风流方向；当风流方向改变后，主要通风机的供给风量不应小于正常供风量的40％。每季度应至少检查1次反风设施，每年应进行1次反风演习；当矿井通风系统有较大变化时，应进行1次反风演习。 1）离心式通风机的反风装置 离心式通风机只能用反风门与旁侧反风道的方法反风，如图4-11所示。 （图4-11 离心式通风机的反风装置） 通风机正常工作时，反风门1和2处于实线位置，反风时将反风门1提起，把反风门2放下，地表空气自活门2进入通风机，再从活门1进入旁侧反风道3，进入风井流入井下，达到反风的目的。 2）轴流式通风机的反风装置 轴流式通风机的反风方法有三种 （1）利用反风门与旁侧反风道反风，如图4-12所示。 （图4-12 轴流式通风机的反风装置） 通风机正常工作时反风门a、b位于实线位置风流方向如实线箭头所示，反风时，可提起反风门a，放下反风门b如虚线位置，地表空气经百叶窗、活门b进入通风机，再由活门a进入旁侧反风道，进入风井流入井下如虚线箭头所示，达到反风的目的。 （2）调节通风机叶片角度反风。GAF型轴流式通风机有两种方法调整叶片安装角，一是运行中采用液压调节，常在电厂的通风机调节中采用。二是采用机械式调节，如图4-13所示。 （图4-13 机械式叶轮调节系统） 1动叶；2蜗杆；3叶柄；4蜗轮；5小伞齿轮；6大伞齿轮；7小齿轮 当通风机停转后，从机壳外以手轮调节杆伸入叶轮毂，手轮转动，使蜗杆2、蜗轮4转动，而蜗轮转动则使与其相连的小齿轮7、大伞齿轮6、小伞齿轮5跟随转动，从而达到改变叶轮1安装角的目的。反风时，叶轮旋转方向不变，只需将叶轮转到图中虚线位置即可。 （3）反转通风机叶轮旋转方向反风。这种方法是调换电动机电源的任意两相接线，使电动机改变转向，从而改变通风机叶轮的旋转方向，使井下风流反向。这种方法基建费较少，反风方便，但是一些老型号的轴流式通风机反风后风量达不到要求。一些新型轴流式通风机，将后导叶设计成可调节角度的，反风时，将后导叶同时扭一角度，反风后的风量即能满足要求。 4.扩散器 在通风机出口处外接的具有一定长度、断面逐渐扩大的风道，称为扩散器。其作用是降低出口速压以提高通风机的静压。小型离心式通风机的扩散器由金属板焊接而成，大型离心式通风机的扩散器用砖或混凝土砌筑，其纵断面呈长方形，扩散器的敞角a不宜过大，一般为8。～10。，以防脱流。出口断面与入口断面之比约为3～4。轴流式通风机的扩散器由环形扩散器与水泥扩散器组成。环形扩散器由圆锥形内筒和外筒构成，外圆锥体的敞角一般为7。～12。，内圆锥体的敞角一般为3。～4。。水泥扩散器为一段向上弯曲的风道，它与水平线所成的夹角为60。，其高为叶轮直径的2倍，长为叶轮直径的2.8倍，出风口为长方形断面长为叶轮直径的2.1倍，宽为叶轮直径的1.4倍。扩散器的拐弯处为双曲线形，并安设一组导流叶片，以降低阻力。 五、主要通风机的使用及安全要求 为了保证通风机安全可靠的运转，规程中规定 1.主要通风机必须安装在地面；装有通风机的井口必须封闭严密，其外部漏风率在无提升设备时不得超过5，有提升设备时不得超过15。 2. 必须保证主要通风机连续运转。 3. 必须安装2套同等能力的主要通风机装置，其中一套作备用，备用通风机必须能在10min内开动。在建井期间可安装1套通风机和1部备用电动机。生产矿井现有的2套不同能力的主要通风机，在满足生产要求时，可继续使用。 4.严禁采用局部通风机或局部通风机群作为主要通风机使用。 5.装有主要通风机的出风井口应安装防爆门，防爆门每6个月检查维修1次。 6.新安装的主要通风机投入使用前，必须进行1次通风机性能测定和试运转工作，以后每5年至少进行1次性能测定。主要通风机至少每月检查1次。改变通风机转数或叶片角度时，必须经矿技术负责人批准。 7.主要通风机因检修、停电或其它原因停止运转时，必须制订停风措施。 主要通风机停止运转时，受停风影响的地点，必须立即停止工作、切断电源，工作人员撤到进风巷道中，由值班矿长迅速决定全矿井是否停止生产、工作人员是否全部撤出。 主要通风机在停止运转期间，对由1台主要通风机担负全矿井通风的矿井，必须打开井口防爆门和有关风门，利用自然风压通风；对由多台主要通风机联合通风的矿井，必须正确控制风流，防止风流紊乱。 第三节 通风机风压及实际特性 一、通风机的工作参数 反映通风机工作特性的基本参数有4个，即通风机的风量Q通、压力H通、功率N通和效率η。 1.通风机的风量Q通 Q通表示单位时间内通过通风机的风量，单位为m3／s。当通风机抽出式工作时，通风机的风量等于回风道总排风量与井口漏入风量之和；当通风机压入式工作时，通风机的风量等于进风道的总进风量与井口漏出风量之和。所以通风机的风量要用风表或皮托管与压差计在风硐或通风机扩散器处实测。 2.通风机的风压H通 通风机的风压有通风机全压H通全、静压H通静和动压h通动之分。通风机的全压表示单位体积的空气通过通风机后所获得的能量，单位为Nm／m3或Pa，其值为通风机出口断面与入口断面上的总能量之差。因为出口断面与入口断面高差较小，其位压差可忽略不计，所以通风机的全压为通风机出口断面与入口断面上的绝对全压之差，即 H通全P全出－P全入，Pa 4-6 式中P全出通风机出口断面上的全压，Pa； P全入通风机入口断面上的全压，Pa。 通风机的全压包括通风机的静压与动压两个部分，即 H通全＝H通静＋h通动，Pa 4-7 由于通风机的动压是用来克服风流自扩散器出口断面进到地表大气抽出式或风硐压入式的局部阻力，所以扩散器出口断面的动压等于通风机的动压，即 h扩动h通动 4-8 式中h扩动扩散器出口断面的动压，Pa。 3.通风机的功率N 通风机的输入功率N通入表示通风机轴从电动机得到的功率，单位为KW，通风机的输入功率可用下式计算 N通入＝，KW 4-9 式中U一线电压，V； I线电流，A； COS功率因数； η电电动机效率，％， η传传动效率，％。 通风机的输出功率N通出也叫有效功率，是指单位时间内通风机对通过的风量为Q的空气所做的功，即 N通出 ＝，KW 4-10 因为通风机的风压有全压与静压之分，所以公式4-10中当H通为全压时，即为全压输出功率N通全出，当H通为静压时，即为静压输出功率N通静出。 4.通风机的效率η 通风机的效率是指通风机输出功率与输入功率之比。因为通风机的输出功率有全压输出功率与静压输出功率之分，所以通风机的效率分全压效率通全与静压效率通静，即 通全 ＝＝ （4-11） 通静 ＝＝ （4-12） 很显然，通风机的效率越高，说明通风机的内部阻力损失越小，性能也越好。 二、通风机的个体特性及合理工作范围 1.个体特性曲线 通风机的风量、风压、功率和效率这四个基本参数可以反映出通风机的工作特性。每一台通风机，在额定转速的条件下，对应于一定的风量，就有一定的风压、功率和效率，风量如果变动，其它三者也随之改变。表示通风机的风压、功率和效率随风量变化而变化的关系曲线，称为通风机的个体特性曲线。这些个体特性曲线不能用理论计算方法来绘制，必须通过实测来绘制。 1）风压特性曲线 （图4-14 离心式通风机个体特性曲线 4-15 轴流式通风机个体特性曲线） 图4-14为离心式通风机的静压特性曲线。图4-15为轴流式通风机的全压、静压特性曲线以及全压效率与静压效率曲线。在煤矿中因主通风机多采用抽出式通风，因此要绘制静压特性曲线；当采用压入式通风时，则绘制全压特性曲线。 从图4-14与图4-15可看出，离心式与轴流式通风机的风压特性曲线各有其特点离心式通风机的风压特性曲线比较平缓，当风量变化时，风压变化不太大；轴流式通风机的风压特性曲线较陡，并有一个“马鞍形”的“驼峰”区，当风量变化时，风压变化较大。 2）功率曲线 图中N通入为通风机的输入功率曲线。从两个图中可看出离心式通风机当风量增加时，功率也随之增大，所以启动时，为了避免因启动负荷过大而烧毁电动机，应先关闭闸门然后待通风机达到正常工作转速后再逐渐打开。当供风量超过需风量过多时，矿井常常利用闸门加阻来减少工作风量，以节省电能。轴流式通风机在B点的右下侧功率是随着风量的增加而减小，所以启动时应先全敞开或半敞开闸门，待运转稳定后再逐渐关闭闸门至其合适位置，以防止启动时电流过大，引起电动机过负荷。 3）效率曲线 如图4-14、4-15中η为通风机的效率曲线。当风量逐渐增加时，效率也逐渐增大，当增大到最大值后便逐渐下降。因为轴流式通风机叶片的安装角是可调控的，因此叶片的每个安装角θ都相应地有一条风压曲线和功率曲线。为了使图清晰，轴流式通风机的效率一般用等效率曲线来表示，如图4-16所示。 （图4-16 轴流式通风机合理工作范围） 等效率曲线是把各条风压曲线上的效率相同的点连接起来绘制成的。等效率曲线的绘制方法如图4-17所示，轴流式通风机两个不同的叶片安装角θ1与θ2的风压特性曲线分别为1与2，效率曲线分别为3与4。自各个效率值如0.2、0.4、0.6、0.8画水平虚线，分别和3与4曲线相交，可得4对效率相等的交点，从这4对交点作垂直虚线分别与相应的个体风压曲线1与2相交，又在曲线1与2上得出4对效率相等的交点，然后把相等效率的交点连结起来，即得出图中4条等效率曲线η＝0.2、0.4、0.6、0.8。 （图4-17 等效率曲线的绘制） 2.通风机的工况点及合理工作范围 当以同样的比例把矿井总风阻曲线绘制于通风机个体特性曲线图中时，则风阻曲线与风压曲线交于A点，此点就是通风机的工作点，如图4-14、4-15所示。从图4-15中工作点A可看出，此时通风机的静压为3kPa，风量为115m3／s，功率为450kWＡ点决定，静压效率为0.68Ｅ点决定。试验证明，如果轴流式通风机的工作点位于风压曲线“驼峰”的左侧时Ｄ点左侧，通风机的运转就可能产生不稳定状况，即工作点发生跳动，风量忽大忽小，声音极不正常，所以通风机的工作风压不应大于最大风压的0.9倍，即工作点应在B点以下。为了经济，主通风机的效率不应低于0.6，即工作点应在C点以上。BC段就是通风机合理的工作范围。对于图4-16，其合理工作范围为图中阴影部分。 三、比例定律和类型特性曲线 1.比例定律 同类型或同系列通风机是指通风机的几何尺寸、运动和动力相似的一组通风机。两个通风机相似是气体在通风机内流动过程相似，或者说它们之间在任一对应点的同名物理量之比保持常数。同一系列风机在相似工况点的流动是彼此相似的。对同类型的通风机，当转数n、叶轮直径D和空气密度ρ发生变化时，通风机的性能也发生变化。这种变化可应用通风机的比例定律说明其性能变化规律。根据通风机的相似条件，可求出通风机的比例定律为 （4-13） （4-14） （4-15） （4-16） 上述公式说明通风机的风压与空气密度的一次方、转数的二次方、叶轮直径的二次方成正比，通风机的风量与转数的一次方、叶轮直径的三次方成正比；通风机的功率与空气密度的一次方、转数的三次方、叶轮直径的五次方成正比，通风机对应工作点的效率相等。 例4-2 某矿使用4-72-11№20B离心式通风机作主要通风机，在转数n630r/min时，矿井的风量Q58m3/s。后来由于生产需要，矿井总风阻增大，风量Q减少为51.5m3/s，不能满足生产要求。拟采用调整主要通风机转数的方法来维持原风量Q58m3/s，试求转数应调整为多少 解由通风机比例定律知，当通风机的叶轮直径D不变时，通风机的风量与转数成正比，即 r/min 通风机的比例定律，在实际工作中有着重要的用途。应用比例定律，可以根据一台通风机的个体特性曲线，推算和绘制转数、叶轮直径或空气密度不相同的另一台同类型通风机的个体特性曲线。通风机制造厂就是根据通风机相似模型试验的个体特性曲线，应用比例定律，推算、绘制空气密度为1.2kg/m3时，各种叶轮直径、各种转数的同类型通风机的个体特性曲线，供用户选择通风机使用。 2.类型特性曲线 在同类型通风机中，当转数、叶轮直径各不相同时，其个体特性曲线会有很多组。为了简化和有利于比较，可将同一类型中各种通风机的特性只用一组特性曲线来表示。这一组特性曲线称为通风机的类型特性曲线或无因次特性曲线。通风机类型特性曲线的有关参数，可由比例定律得出。 1）压力系数（） 常数 4-17 式中称为压力系数，无因次。公式4-17中，如果H通为通风机的全压，则压力系数称为全压系数；如果H通为通风机的静压，则压力系数称为静压系数。公式4-17表明，同类型通风机在相似工况点，其压力系数为常数。 2）流量系数 （常数）4-18 式中称为流量系数，无因次。公式4-18表明，同类型通风机在相似工况点，其流量系数为常数。 3）功率系数 （常数） 4-19 式中称为功率系数，无因次。公式4-19表明，同类型通风机在相似工况点，其效率相等，功率系数为常数。 因为，所以通风机的风压H通、风量Q通、功率N与相应的无因次系数的关系式为 4-17′ 4-18′ 4-19′ 同类型通风机的、、和η可以用通风机的相似模型试验来获得，即将通风机模型与试验管道相连接运转，并利用试验管道依次调节通风机的工况点，然后测算与各工况点相对应的、、N和η值，利用上式计算出各工况点相应的、、和η值。然后以为横座标，以、和η为纵座标绘出，和η曲线，即为该类型通风机的类型特性曲线，如图4-18为4-72-11型离心式通风机类型特性曲线。 （图4-18 4-72-11型离心式通风机类型特性曲线） 对于不同类型的通风机，可以用类型特性曲线比较其性能，可根据类型特性曲线和通风机的直径、转数推算得到个体特性曲线，由个体特性曲线亦可推算得到类型特性曲线。需要指出的是，对同一系列通风机，当几何尺寸（D）相差较大时，在加工和制造过程中很难保证流道表面相对粗糙度、叶片厚度及机壳间隙等参数完全相似，为了避免因尺寸相差较大而产生误差，有些风机类型特性曲线有多条，可根据不同尺寸选用。在应用图4-18推算个体特性曲线时，№l0、12、16、20号通风机就按№l0模型推算，№5、6、8号通风机就按