張仁康

（山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司高陽煤礦，山西孝義032306）

引言

近些年來，高陽煤礦實(shí)現(xiàn)了較快發(fā)展，而在發(fā)展的同時(shí)伴隨著通風(fēng)機(jī)等主要煤礦設(shè)備能源消耗大等問題，能源消耗大不僅導(dǎo)致煤礦運(yùn)行成本增加，還不利于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。因此，對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能調(diào)節(jié)十分必要，有利于降低煤礦運(yùn)營(yíng)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益，有利于煤礦實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。李萬隆、李寶玉和王曉東對(duì)礦井主要通風(fēng)機(jī)節(jié)能進(jìn)行了研究，提出利用三元流動(dòng)理論研制高效風(fēng)機(jī)和通過擴(kuò)散器等輔助裝置實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)節(jié)能的建議[1]。鄭祥呈和王磊提出了利用自然通風(fēng)原理和調(diào)節(jié)原理和節(jié)能計(jì)算等方法來對(duì)礦井通風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能調(diào)節(jié)的建議[2]。學(xué)者張書征研究了煤礦主通風(fēng)機(jī)的技術(shù)改造，提出了利用增大轉(zhuǎn)速和更換不同輪轂比的同直徑葉輪來對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造的建議[3]。與其他研究成果不同，本文提出了從通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)調(diào)整、通風(fēng)網(wǎng)路調(diào)整和利用變頻調(diào)速等節(jié)能技術(shù)三個(gè)方面對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能調(diào)節(jié)的建議，以解決高陽煤礦通風(fēng)機(jī)能源消耗大的問題。

1 在對(duì)礦井通風(fēng)機(jī)使用的過程中容易遇到的問題

1.1 風(fēng)機(jī)管網(wǎng)阻力的計(jì)算易出現(xiàn)偏差

在選型設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到對(duì)風(fēng)機(jī)管網(wǎng)阻力的計(jì)算存在偏差的現(xiàn)象，導(dǎo)致其額定值不準(zhǔn)確。比如，在選型的時(shí)候如果沒有按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，那么在計(jì)算通風(fēng)機(jī)網(wǎng)管阻力進(jìn)行計(jì)算時(shí)就會(huì)出現(xiàn)數(shù)值不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。再如，當(dāng)風(fēng)機(jī)內(nèi)的進(jìn)氣條件出現(xiàn)不真實(shí)的狀況時(shí)也會(huì)導(dǎo)致計(jì)算出數(shù)值出現(xiàn)偏差，進(jìn)而導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)處于輕載而能耗卻很高的狀態(tài)，不利于煤礦企業(yè)的節(jié)能降耗的順利進(jìn)行[4]。

1.2 通風(fēng)機(jī)容易被燒毀

在選擇機(jī)型時(shí)如果選擇了負(fù)荷波動(dòng)較大的機(jī)型會(huì)導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)被燒毀[5]。比如，如果選擇了前向風(fēng)機(jī)，其功率曲線陡峭，容易導(dǎo)致風(fēng)機(jī)管網(wǎng)壓力損失的波動(dòng)增大，進(jìn)而有可能導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)被燒毀。

2 在通風(fēng)機(jī)的使用過程中應(yīng)該注意的事項(xiàng)

2.1 對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)量實(shí)測(cè)和遠(yuǎn)程風(fēng)量調(diào)節(jié)

通風(fēng)技術(shù)員必須定期到各個(gè)測(cè)風(fēng)地點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)量和風(fēng)速的檢測(cè)[6]，將檢測(cè)數(shù)據(jù)記錄后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)記錄的數(shù)據(jù)修正測(cè)控系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)量的遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。

2.2 利用控制計(jì)算機(jī)合理地進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)督管理

值班人員必須時(shí)刻注意生產(chǎn)調(diào)度中心控制計(jì)算機(jī)上的風(fēng)壓參數(shù)、溫度參數(shù)和風(fēng)速參數(shù)變化情況[7]，如果系統(tǒng)發(fā)出參數(shù)超出正常范圍值警報(bào)時(shí)，值班人員要及時(shí)聯(lián)系相關(guān)負(fù)責(zé)人，提醒操作人員對(duì)異常情況進(jìn)行查看處理和修正。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)操作工人要做好定期巡查維護(hù)

現(xiàn)場(chǎng)操作工人要定時(shí)的到采場(chǎng)等工作地點(diǎn)對(duì)分量變化和通風(fēng)設(shè)施等進(jìn)行檢查和維護(hù)[8]。另外，要及時(shí)檢查儀表和檢測(cè)儀器設(shè)備等以確保其運(yùn)行正常，定時(shí)對(duì)礦井的通風(fēng)情況進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)未通風(fēng)情況及時(shí)通風(fēng)。

3 對(duì)礦井通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)的原因

在對(duì)通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)量進(jìn)行設(shè)置時(shí)需要考慮的因素很多，比如，要統(tǒng)計(jì)礦井下的作業(yè)人員具體數(shù)目，檢測(cè)通風(fēng)巷所受的阻力，還要依據(jù)瓦斯的涌出量，這些因素都對(duì)通風(fēng)機(jī)風(fēng)量的設(shè)置起著重要的影響作用[9]。由于通風(fēng)機(jī)的服務(wù)年限比較長(zhǎng)，在其服務(wù)年限內(nèi)工況點(diǎn)每天對(duì)于通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)量的要求不可能是一樣的，比如，在夜班期間礦井下的作業(yè)人數(shù)相對(duì)減少，因此通風(fēng)量也要相應(yīng)的減小，以避免能源浪費(fèi)，或者是節(jié)假日期間，礦井下的作業(yè)人數(shù)也比較少，所需要的通風(fēng)量當(dāng)然也不高。所以根據(jù)具體情況對(duì)礦井通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)是保證煤礦企業(yè)節(jié)能減排的必然要求，有利于提高煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、降低成本。

4 節(jié)能調(diào)節(jié)的具體方法

4.1 調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)網(wǎng)路阻力

對(duì)通風(fēng)機(jī)網(wǎng)路阻力進(jìn)行調(diào)節(jié)有兩種具體的方法，即風(fēng)道降阻調(diào)節(jié)和風(fēng)門調(diào)節(jié)[10]。

首先，風(fēng)道降阻調(diào)節(jié)。在煤礦初期設(shè)計(jì)的時(shí)候會(huì)對(duì)通風(fēng)井巷匹配與其風(fēng)阻相符的通風(fēng)機(jī)，而通風(fēng)機(jī)的能源消耗量受到風(fēng)道阻力的高低程度的影響，因?yàn)轱L(fēng)道物理和通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓呈作用力和反作用力的關(guān)系，所以對(duì)風(fēng)道進(jìn)行降阻調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)的節(jié)能調(diào)節(jié)。

具體調(diào)節(jié)辦法：選擇阻力小的通風(fēng)井巷支護(hù)材料；井巷壁面的平滑程度影響著風(fēng)道阻力，因此要將井巷壁面做平滑處理；通風(fēng)井巷斷面的形狀和大小對(duì)風(fēng)道阻力也有很大程度的影響，因此要盡量將斷面做大，形狀要盡量設(shè)計(jì)成圓形；清理風(fēng)道內(nèi)滯留的生產(chǎn)材料等雜物[11]，因?yàn)轱L(fēng)道中如果有異物會(huì)增大風(fēng)道阻力；風(fēng)道的長(zhǎng)度對(duì)風(fēng)道阻力也有很大程度的影響，風(fēng)道越長(zhǎng)風(fēng)道阻力越大，從而導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)能耗越大，風(fēng)道越短風(fēng)道阻力越小，有利于減少風(fēng)機(jī)能耗，因此要盡量縮短風(fēng)道的長(zhǎng)度，可以采取截彎取直的辦法，如果不得不采取彎道時(shí)要確保轉(zhuǎn)角平滑，同時(shí)還有加設(shè)導(dǎo)流板。

其次，風(fēng)門調(diào)節(jié)辦法。風(fēng)門調(diào)節(jié)時(shí)煤礦對(duì)通風(fēng)機(jī)工況進(jìn)行調(diào)節(jié)的一種傳統(tǒng)辦法。

具體調(diào)節(jié)辦法：首先，確認(rèn)通風(fēng)機(jī)的特性沒有發(fā)生改變，然后將通風(fēng)機(jī)的閘門的開度減小，閘門的開度與通風(fēng)機(jī)風(fēng)量成正比[12]，開度越大風(fēng)量越大，開度越小風(fēng)量也越小，因此減小開度可以減小風(fēng)量，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能調(diào)節(jié)的目的。

4.2 調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)

通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能調(diào)節(jié)，具體是靠調(diào)節(jié)葉片安裝角度和前導(dǎo)流器來完成的。

首先，葉片安裝角度調(diào)節(jié)。這種辦法適用于軸流式通風(fēng)機(jī)，目前我國(guó)對(duì)葉片安裝角度的調(diào)節(jié)主要是靠手動(dòng)調(diào)節(jié)，并且調(diào)節(jié)技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，也取得了較好的效率。

具體調(diào)節(jié)辦法：計(jì)算出精確的風(fēng)壓，然后在風(fēng)機(jī)停機(jī)狀態(tài)下依照通風(fēng)機(jī)特性曲線將葉片角度調(diào)節(jié)為曲線顯示的應(yīng)調(diào)的角度。

其次，前導(dǎo)流器調(diào)節(jié)。通常此方法應(yīng)用于軸流式通風(fēng)機(jī)和離心式通風(fēng)機(jī)。

具體調(diào)節(jié)辦法：在裝有前導(dǎo)流器通風(fēng)機(jī)能耗大的情況下，利用葉輪出口的旋轉(zhuǎn)速度和風(fēng)壓成負(fù)相關(guān)的關(guān)系（前提是葉輪出口轉(zhuǎn)速為恒速）調(diào)節(jié)葉片角度[13]，葉片角度發(fā)生改變后葉落進(jìn)口處的風(fēng)流方向也相應(yīng)的發(fā)生了改變，葉落的沖角得到降低，從而使風(fēng)量減小，完成節(jié)能調(diào)節(jié)的目的。

4.3 通過變頻調(diào)速調(diào)整通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速

通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定著特性曲線，因此，可以利用這一原理對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)速n與通風(fēng)機(jī)流量Q成正比關(guān)系，軸功率p和轉(zhuǎn)速n的三次方成正比關(guān)系[14]，由此定律可知，假如通風(fēng)機(jī)的n由90%降至40%，Q也從90%降低至40%，而p將從90%降低至2.5%，由此可知調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速具有明顯的節(jié)能效果。而對(duì)通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)可以通過變頻調(diào)速來實(shí)現(xiàn)，變頻調(diào)速的調(diào)節(jié)單位比較廣泛，能夠從0 Hz調(diào)節(jié)到50 Hz。

變頻調(diào)速是依靠變頻器來調(diào)整電機(jī)定子供電源頻率實(shí)現(xiàn)的，利用交流電機(jī)同步轉(zhuǎn)速n和電機(jī)頻率f成正比的原理來對(duì)通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，具體公式為n=60f（1-s）/p（其中，s為轉(zhuǎn)差率，p為電機(jī)磁極對(duì)數(shù)），由此公式更能清晰的知曉n和f成正比關(guān)系[15]，所以改變f便能對(duì)n進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)的節(jié)能調(diào)節(jié)。

5 結(jié)語

變頻調(diào)節(jié)技術(shù)是目前我國(guó)對(duì)礦用通風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能調(diào)節(jié)的效果最明顯的辦法，但是相對(duì)于其他方法而言，其成本也相對(duì)較高。之前有研究人員對(duì)如何進(jìn)行通風(fēng)機(jī)節(jié)能調(diào)節(jié)進(jìn)行了研究，并發(fā)表了很多見解，為本文的研究提供了重要的借鑒作用。然而，本文研究的節(jié)能調(diào)節(jié)方法在創(chuàng)新方面尚存在不足，需繼續(xù)不斷探索提高礦井通風(fēng)機(jī)節(jié)能調(diào)節(jié)技術(shù)的新方法。

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