中央风井噪声治理技术研究.pdf

第 1 4卷第 6期 2 0 0 5年 6月 中 国 矿 业 CHI NA M I NI NG M AGAZI NE VO 1 ． 1 4，No ． 6 J u n e 2 0 0 5 中央风井噪声治理技术研究 王元龙 新汶矿业 集 团有 限责任公 司 新泰 2 7 1 2 1 9 中 图分类 号X 9 6 6 ． T B 5 3 文献 标识 码 B 文章 编号 1 0 0 4 4 0 5 1 2 0 0 5 0 6 0 0 5 9 0 4 S T U DY ON T HE N OI S E C ONT ROL T E C HNI Q UE OF T HE CENTRAL W I ND W ELL W a n g Yu a n l o n g S h a n d o n g Xi n we n M i n i n g Co r p ． Su n c u n Mi n eXi n t a i 2 7 1 2 1 9 孙村矿现开采水平已达第六水平，采用中央分 列式通风 ，原风井位 于一4 0 0水 平 ，而 现矿井 正在 开采的第六水平采深已达 1 3 0 0 m，最大通风距离达 5 ． 7 k m，通风距离长 、环节 多、风 阻大 ，现风 井最 大风量仅 为 1 1 0 0 m ／ mi n ，而随 着矿 井开采 深度 和 范围的扩大 ，深 部厚 岩 温度 已达 4 2 ～4 3 ℃，造成 深部开采掘进和回采工作面温度居高不下 ，工作面 最高温度达 3 5 ℃左右 ，风量严重不足，高温热害 已严重威胁工人的身心健康，同时根据以风定产的 要求，矿井产量难以得到有效提高，严重影响矿井 经济效益提高。为了解决深部开采高温热害难题 ， 集团公司和矿投人大量资金 ，采取了集中制冷和冰 冷低温辐射技术 ，对采掘工作面高温热害进行了治 理，但由于成本太高 ，严重影响矿井经济效益的提 高。为了从根本上解决深部开采风量不足和高温热 害 问题 ，集 团公 司果 断决 策 ，在 副立 井工 广内新建 中央风井 ，采取新风井 与原风井并联通 风方式 ，提 高矿井风量 ，彻底解决深部开采风量不足和高温热 害，为矿井产量和经济效益的提高创造了条件。 由于该风井位于新泰市开发区内，受地理位置 环境的影响，对该风井风机运行噪声治理要求相对 较高，为了不影响周围居民的 E l 常生活，减少噪声 污染 影响 。在最初的风机房设计 中未对风机的 噪声 进行 考虑 ，也无风机房和扩散塔设计 ，预计最 大噪 声达 8 5 d B ，而国家环保标准为昼间 6 5 d B ，夜 间 5 5 d B，大大超过了国家环保标准 ，必须对风机房 和扩散塔进行噪声治理，保证符合国家环保噪声治 收稿 日期 2 0 0 4 1 2 0 2 作者简介 王元龙 1 9 6 4 一 男 安徽和县人 高级工程师 参加 工作以来一直从事煤矿生产和技术管理工作曾先后在国内刊物发 表 论文 多篇 理标准 。 1 概述 新 汶矿业集 团公 司孙村煤 矿 为了生产 的需要 ， 新建 一1 0 5 0水平 延深 中央 风 井 ，计 划安 装 两 台 由 北京燕京矿 山设 备厂有限公司制造 B D K一1 0 一 NO 3 6 型对旋式轴流式风机 ，电机功率 7 1 0 2 k W， 转速 6 0 0 r ／ mi n ，其 中一 台工作 ，一 台备用。风井 通风 参数 见 表 1 ，风 机 在运 转 时 产 生 的 噪声 和 振 动，风机生产厂家提供的风机 主机机壳外噪声为 8 6 d B A ，由于风机 距厂 界 只有 1 0 m，预计 厂 界 噪声在机壳噪声的影 响下为 7 5 8 0 d B A ，因此 超过 国家有关标准 ，根据新建项 目三 同时原则 ，对 风机进行噪声综合治理是十分必要的。 表 1 风井通风参数 2噪声源分析 1 空气动力 性噪声 风机的空气动力性 噪声包括进气 口空气动力性 噪声 和出气 口空气的动力性噪声 ，它是气体 流动过 程中产生的 ，它主要 由于气体 的非稳定流动 ，气 体 与气体 、气体与 固体相互作用所产 生的噪声 。 风机空气动力性 噪声 主要 由两 部分组成 ，即旋 转噪声 和涡流噪声 。 旋转 噪声是 由于工作 叶轮上均匀分布 的叶片周 期性 打击气 体介 质引起的 。另外 ，当气流 流过叶片 时，在 叶片表面上形成附面层 ，特别是引力边 的附 面层容易加 厚 ，并产 生许 多涡 。在 叶 片的尾缘 外 ， 维普资讯 6 0 中 国 矿 业 第1 4 卷 吸力与压力边的附面层汇合 ，形成所谓尾迹区，在 尾缘 区内，气流 的压力 与速度都大大低 于主气流 区 的数值。因而，当工作轮旋转时，叶片出口区内气 流具有很大 的不均 匀性 。这种 不均匀性气流周期性 作用于周 围介质 ，产生压力 脉动 ，而形成噪声 。 旋转 噪声 的频率 f n z i ／ 6 0 式 中 n 风机 叶轮转数 ，r ／ mi n ； z 叶片数 ； i 谐频序 号 ，i 一1 ，2 ，3 ，⋯⋯。 涡流噪声 ，它主要 由于气流流经叶片时 ，产生 气流附面层及旋涡与旋涡分裂脱体，而引起叶片上 压力脉 动所造 成的 ，就产生的原 因可从 以下三方 面 分析 。 物体表面上的气流形成紊流附面层后，附面层 中气流紊乱的压力脉动作用于物体 ，产生的噪声 。 紊流附面层发展愈严重 ，则产生的噪声也愈强。 气 流流经 物体 时 ，由于附面层 发展到一定程度 会产生 涡流脱离 ，脱离 的涡流将造成较大的脉动 。 由于来流的紊流度引起叶片作用力的脉动造成 噪声，当有一定紊流度的气体流向叶片时，叶片前 缘各点冲角大小 ，将取决于气流平均速度和瞬时扰 动速度。在紊流情况下 ，后者是明显的无规律地变 化 的。因而也使 冲角度产 生无 规律的变化 ，导致升 力 的无规律脉 动而产生噪声 。 通过上述分 析可知 ，风机空气 动力性噪声是 由 于上述两种性质不 同的噪声相互 叠加的结果 。所 以 风机空气动力 噪声 的频谱 ，往往是宽频带连续谱 。 2 机械性 噪声 机械性 噪声 主要是 由于转 子不平衡 ，轴承磨损 及风机进出口压力脉动引起机壳振动而形成机械噪 声 。 3 电动机 噪声 电动机 噪声是 风机 噪声 的主要组成部分 ，电动 机噪声是由各种成分组成的，主要包括 电磁噪声 、 机械 噪声和风扇 噪声 三部 分。 对于对旋 风机 而言 ，风机进出 口金属管路的辐 射噪声 、调节 风门漏气 噪声 、机械噪声 和 电机噪声 构成风机房 噪声 。 4 检查 门漏气噪声 风机工作 方 式 为抽 出式 ，检 查 门两侧 形 成 压 差 ，在压力 差 的作用 下 ，一部 分空气 被 吸入 风道 ， 由于 门缝 隙小 ，压差大 ，气体的速度高 ，形成高速 气流缝隙噪声。 3机房 降噪声学设计 已知资料。机房尺寸长 1 9 ． 5 m，宽 1 5 ． 5 ～ 2 2 ． 2 8 m，高 8 ． 0 m。噪 声 源 噪声 8 6 d B A 。新 汶矿业 集团设计院提供 的风机房参考 尺寸。噪声频 谱特性 类 比见表 2 。 表 2 电机房 噪声 频谱 特性 频 谱 Hz 6 3 1 2 5 2 5 0 5 0 0 l k 2 k 4 k 8 k 噪声值d B 7 O 7 3 8 O 8 3 8 2 7 2 ． 4 7 1 6 5 1 噪声污染评价和降量的确定 根据 A声 级 8 6 d B A和类 比噪声 频谱 特性 ， 衰减 规律 有 三种 情 况 ① 点 声 源 的扩 散 衰减 L 。 一L w一2 0 1 g r 一 1 1 l g Q；② 线 声 源 的 扩 散 衰 减 L 一L 一 1 0 1 g r 一8 ；③ 面声 源 的 扩散 衰减 L 。 一 L 一 2 0 1 gr 由于风机距离厂界只有 1 0余米和风机外型尺 寸相对 较大 ，噪声 呈面声源 ，衰减小 ，特别是风机 房形成后 ，更是如此 。 另外 ，建设机房后 ，由于墙壁 的声 多 次反射 ， 在机房内形成二次噪声源，即混响声，靠近风机是 直达声 ，靠近墙壁是直达声和混响声的叠加。 为了使 厂界噪声达 到 5 0 d B A ，考 虑到设 计 系数 ，治理后 风机房 外噪声 小于 5 5 d B A ，故 应 按 NR6 0确定 降噪量 ，各频谱 降噪量 见表 3 。 表 3 各 频谱 降噪 量 2 治理措施 将风机 房建 成隔声 间 ，墙 体 为 2 4 0 mm 厚 实心 砖墙 ，要求 有足够隔声量 。 风机 房西面墙 体只设 计安装 隔声 门，东面墙体 窗设计安装 隔声 门和隔声 窗 ，隔声 门和隔声 窗要根 据等透视 原则进行设计 。 机房 内设计 吸声 ，为保证 高 、中、低频均有 降 噪量 ，室内吸声体应包 括两部分 ，房顶布置满铺式 吸声顶 ，四周墙体布置低频吸声 性能较好 的共振 吸 声体 。作 用是吸收混响声 。 由于 电机功率大 ，散热量高 ，因此根据 电机散 热量和机房 的换风次数设计通风换气 系统 ，以保证 机房 内气流畅通 。为此应设计安装进气换气 消声 器 和排气 进气换气消声器 。 3 隔声 间隔声构 件设计 维普资讯 第 6期 王元龙 中央风井噪声治理技术研究 6 l 机房隔声构件有2 4 0 m m 厚墙体、1 5 0 m m 钢 筋砼屋 面 、多层结构隔声 门和双层倾斜玻 璃周边吸 声隔声窗。其隔声量见表 4 。 表 4 隔声墙体隔声性能 4 组合墙隔声量计算 计算公 式 TL 透射系数 c i 一1 0 可 1 平均透射系数 i 一∑S i ／ c i ∑S i 平均隔声量 TL一1 0 1 g 1 ／ D 组合墙隔声量计算结果 表 5 表 5 组合墙隔声量 表 6 机房外 A声级计算表 表 7 机房未处理前吸声系数 机房作 吸声处理后 的平均 吸声 系数 。计 算结果 见表 8 。 表 8 吸声处理后平均吸声系数 吸声降噪量计算。结果见表 9 。 表 9 吸声降噪量 平均吸声量在 7 d B ，能将 8 5 的混响声消除， 满足要求 。 4 机房 通风 设计 1 已知数据 电机功 率 N一7 1 O2 k W ，电机 允 许 温 度 机房外 A 声级确 定 。机 房外 A 声 级计算 过程 6 0 “C 见表 6 。 A声级 L A 一1 0 l o g[ 1 O ∞1 O “1 O 1 O 。 。 1 O 。 。 。 1 0 3 ． 7 ] 一 5 2 d B 满足设 计要求 5 室内吸声设计 平均吸声系数计算公式 百 一k ∑S i a i ／ ∑S i 式 中S 面积 ，m。 ； a ； 吸声 系数 ； k 修正系数。 机房未作吸声处理前平均 吸声 系数 。 计算结果见表 7 。 2 通风量确定 电机散热量计算 Q一8 6 0 N 1 0 0 一．r ／ ．r 式 中 N 电动机 额定功 率 ，k w； T ] 电动机效 率 ； Q 电动机 散热量 ；k c a l ／ h 。 ． ’ ．Q 一 8 6 0 1 4 2 01 0 0 9 0／ 9 0 1 3 5 6 9 O k c a l ／ h 电动机通 风量计算 电动机 通风量按 下式计算 。 L 式 中 p A p Cp t 一t 空气密度 ，k g ／ m。 ； 维普资讯 6 2 中 国 矿 业 第1 4 卷 C 空气比热，C 。 一0 ． 2 4 ； t 一 6 0℃ ； t 进气温度 ℃； t g 一 0 ． 7 1 t p 0 ． 2 9 t ． ； t 最热月平均温度 2 8 ℃； t 最 高温度 t 一4 0 ℃ L 一 1 3 5 9 6 0 ／[ 1 ． 20 ． 2 4 [ 6 O 。 一3 1 ． 5 ] ] 一 1 5 6 0 0 m。 ／ h 机房换气量计算 L nV 式中n 换 气次数 ，n ----1 5次／ h ； V机房容积 ； V一 1 5 2 5 0 0 3 7 5 0 0 m。 ／ h 。 根据换气量可选择轴流风机 F T 3 5 一No 5 ． 6 ，4 台，每台风机的参数见表 1 O 。 表 1 0 F T 3 5 --N o 5 ． 6参数 3 换气 消声器设计 设计计算公式 A L a P L ／ S 式 中 P 清声器湿周 ，m； S 消声器通 流面积 ，m； a 消声系数见表 1 1 。 为解决机房换气和电机散热需要 ，需设计排气 换气消声器和进气换气 消声器 ，消声器 消声 量应与 组合墙的隔声量相匹配，即 3 0 d B A 。消声器的 规格 、数量见表 1 2 。 表 l 1 消声 系数 a 5 效果 孙村矿 中央风井工程从 2 0 0 4年 1月 1 6日破 土 动工 ，井筒全长 9 7 7 ． 8 6 m，于 2 0 0 4年 9月 1 9日实 现贯通 明风 ，1 1月 1 5日完 成 了井 筒 内两趟 3 7 7 排水管路安装 ，地 面土建工程扩散塔 、风机房 、风 道 、配 电所均 2 0 0 4年 1 O月底完 工 ，至此 中央风井 主体工程 竣工 。风 机分别 于 儿 月底 和 1 2月 1 0日 到货 ，到 1 2月底 全部完 成 了风机 的安装 ，随后对 风机房和扩散塔进行 噪声 治理工作 ，在扩 散塔 内安 装两级消声片，对风机房内安装了消声门、窗和墙 体吸声材料 ，并安 装 了排 气扇 ，风机 于 2 0 0 5年 1 月 5日和 6日分 别进行 了试 运转 ，并 于 1月 2 0日 正式运转 。在运转过程 中对 风机 房和扩散 塔周围进 行 了 噪声 测 试 ，昼 间 为 5 6 ～ 5 8 d B，夜 间为 4 6 ～ 5 3 d B ，达到设计要求，也符合国家环保标准 ，效 果 明显 ，一次性通过市环保部 门验收。 一 美国煤矿的安全管理 美国煤矿业经历了一个从事故多发到加强立法和管理 、最终进入安全生产时期的过程 。美国煤矿生产事故多发期 是在生产技术和管理都比较落后的 2 O 世纪初期 。当时，美国每年有数千人死于煤矿事故 。 围烧煤矿生产美国先后制定了 1 O多部法律 ，安全标准越来越高。其中最重要的是 1 9 7 7年制定 的联邦矿业安全和 健康法 ，对所有矿业生产进行了全面和严格的规定 。原来的矿业局改为矿业安全和卫生署 ，转由劳工部管辖，由劳工 部助理部长担任署长 。这一法律的出台标志着美国煤矿业生产从此走上事故低发率的新阶段。 1 9 7 7年的矿业安全和健康法要求矿 山安全和卫生署对所有地下煤矿 每年至少进行 4次安全检查 ，露天煤矿至少 每年检查两次。一旦发现问题有关部门就将依法进行处罚直至关闭矿井。此外 ，矿工组织也积极参加各种安全卫生计 划活动 ，对矿主不符合安全和健康规定的行动提出意见直至向执法部门报告要求惩处 。安全标准的提高为安全生产和 减少伤亡奠定了法律基础 。 可能引起伤亡事故和危害矿工健康 的严重违规行为将被追究刑事责任 。对于此类行为，即使未造成严重后果，政 府督察人员在进行初步调查后也将交由司法部门起诉审判。严重违法或违法程度虽轻虽轻但导致人员伤亡 的个人 和公 司，罚款将分别达 2 5万美元和 5 O万美元。 分析事故原因、让所有人引以为鉴也是减少事故 和伤亡的重要和有效的手段。美国矿山安全和卫生署对每次事故 的原因都要进行全面细致的调查分析 ，然后及时公布详细情况 ，并就如何避免类似事故发生提出建议，互联 网上也可 以看到所有事故情况介绍和示意图以及如何 防止类似事故发生的办法 。 美国加强煤矿安全立法 、执法和各种教育工作对减少煤矿事故起到 了明显作用 。2 O世纪五六十年代 ，美国煤矿 事故死亡人数每年仍高达 2 0 0 0 人左右 。7 O 年代后期联邦矿业安全和健康法实施后死亡人数立 即下降到 i 0 0 0 人 以一 F 。 1 9 9 3年后 的煤矿事故年死亡人数降至 5 O人 以下。1 9 7 6年以来，美国一次死亡 5人以上 的严重煤矿事故仅有 1 3起 ， 平均 两 年发生 一 起 。 ． ． 维普资讯