＊段宏飛

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)軒崗煤電公司劉家梁礦 山西 034110）

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，煤礦生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益以及安全性問題逐漸引起政府及民眾的關(guān)注，煤礦生產(chǎn)對(duì)促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要作用。煤礦生產(chǎn)過程中，機(jī)械設(shè)備的使用以及相關(guān)技術(shù)的操作對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)具有重要影響，尤其是在噪音管控方面，煤礦主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪音會(huì)對(duì)人體造成一定危害，需要生產(chǎn)人員注重噪音的處理，降噪技術(shù)多種，其在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用可有效降低噪音污染，有助于為煤礦生產(chǎn)人員營(yíng)造健康的工作環(huán)境。

1.煤礦主通風(fēng)機(jī)噪音類型

(1)機(jī)械噪音

煤礦主通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中，其噪音產(chǎn)生的原因之一是風(fēng)機(jī)殼的振動(dòng)，而機(jī)械運(yùn)行過程中引起風(fēng)機(jī)殼振動(dòng)的原因主要分為三部分，分別是：①風(fēng)機(jī)殼內(nèi)渦流影響，主風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的渦流會(huì)引起風(fēng)機(jī)殼振動(dòng)，進(jìn)而使得風(fēng)機(jī)殼長(zhǎng)時(shí)間遭受壓力脈沖，影響其與葉片二者之間的運(yùn)行，不利于葉片的旋轉(zhuǎn)頻率恢復(fù)正常值；②主通風(fēng)機(jī)葉輪的非正常運(yùn)行，風(fēng)機(jī)殼的振動(dòng)會(huì)影響葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的平衡性，致使風(fēng)機(jī)殼的振動(dòng)出現(xiàn)非連續(xù)性運(yùn)轉(zhuǎn)問題，進(jìn)而產(chǎn)生噪音；③主通風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行，軸承出現(xiàn)老化或損壞問題[1]，主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行會(huì)失去平衡，回轉(zhuǎn)體的振動(dòng)會(huì)加劇，進(jìn)而引起風(fēng)機(jī)殼的振動(dòng)。

(2)氣流噪音

氣流噪音的產(chǎn)生與主通風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)力有關(guān)，此種噪音的危害性最強(qiáng)，需要煤礦生產(chǎn)人員引起重視，依據(jù)產(chǎn)生機(jī)理的不同，氣流噪音具體可分為渦流噪音和旋轉(zhuǎn)噪音兩種。渦流噪音又稱紊流噪音，通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中，其葉片會(huì)對(duì)空氣進(jìn)行持續(xù)切割，因空氣自身具有一定的粘性，當(dāng)空氣被葉片切割后，便會(huì)出現(xiàn)渦流現(xiàn)象。葉片轉(zhuǎn)速越快，其渦流現(xiàn)象越明顯，進(jìn)而出現(xiàn)非穩(wěn)定的流動(dòng)噪音。旋轉(zhuǎn)噪音，主要是指通風(fēng)機(jī)葉片與空氣兩者相互作用產(chǎn)生的壓強(qiáng)脈沖，葉片的旋轉(zhuǎn)會(huì)使得空氣產(chǎn)生不間斷的起伏，隨后產(chǎn)生壓強(qiáng)脈沖。當(dāng)葉片處于持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)時(shí)，空氣中會(huì)持續(xù)產(chǎn)生壓強(qiáng)脈沖，進(jìn)而會(huì)出現(xiàn)向外輻射的噪音。

(3)管道噪音

固體是聲音傳播的重要介質(zhì)，其傳播速度不容忽視，管道既是通風(fēng)機(jī)的主要組成部分，又是噪音傳播的重要途徑。主通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中，其噪音可以通過管道向周圍傳播，科學(xué)技術(shù)時(shí)代，通風(fēng)管道系統(tǒng)的設(shè)置，可以在一定程度上削弱通風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪音。但是，如若通風(fēng)管道出現(xiàn)彎曲、截面突變、凸起，又或者是其內(nèi)部出現(xiàn)阻礙物等問題，則會(huì)產(chǎn)生氣體沖擊，不僅不利于噪聲的削弱，還有可能加大噪聲[2]。依據(jù)聲音傳播自身所具有的疊加性特征，如若管道的振動(dòng)頻率與噪音頻率出現(xiàn)相同狀況，則二者之間的頻率會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的共振，可能會(huì)將原有噪音放大2倍或3倍。

2.煤礦主通風(fēng)機(jī)降噪原理

(1)通風(fēng)機(jī)聲源處

煤礦主通風(fēng)機(jī)噪音產(chǎn)生的原因有多種，其聲源處噪音的產(chǎn)生是主要原因之一，降噪技術(shù)的應(yīng)用，可優(yōu)先從通風(fēng)機(jī)聲源處入手。聲源處噪聲的控制方法是煤礦主通風(fēng)機(jī)降噪操作的根本方式，技術(shù)人員需要優(yōu)先將聲源處的激發(fā)力降至最低，以此減少通風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力產(chǎn)生的渦旋噪音。隨后，通過降噪技術(shù)的應(yīng)用，為葉輪的正常運(yùn)行提供保障，有助于葉輪及轉(zhuǎn)軸之間平衡精度的提高，避免出現(xiàn)因葉輪或轉(zhuǎn)軸運(yùn)行不平衡而造成的噪音問題，最終影響主通風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。

(2)傳輸?shù)倪^程中

主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪音，可通過多種方式向外傳播，其中管道是噪音傳播的主要途徑之一，技術(shù)人員可優(yōu)先解決管道噪音的傳播問題。噪音在傳輸?shù)倪^程中，技術(shù)人員可以通過安裝隔聲罩的方式對(duì)噪音進(jìn)行削弱，隔音罩可有效阻隔噪音的傳播，進(jìn)而減少噪音對(duì)環(huán)境的不良影響。與此同時(shí)，技術(shù)人員也可在通風(fēng)機(jī)聲源處安裝隔音罩，從源頭處控制噪音的傳播。此外，還可以使用一些吸音材料將通風(fēng)機(jī)的管道進(jìn)行包裹，吸音材料可在噪音傳播過程中將噪音吸收，進(jìn)而減少噪音的擴(kuò)散。

(3)風(fēng)機(jī)接收器處

煤礦主通風(fēng)機(jī)中的接收器主要指的是噪音敏感設(shè)備，該設(shè)備可能是一個(gè)人又或者是人的集合，即煤礦生產(chǎn)過程中的工作人員。如果生產(chǎn)環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間存在大量的噪音，則會(huì)對(duì)煤礦工作人員的身體健康造成不良影響，久而久之，會(huì)使得工作人員產(chǎn)生各種疾病。因此，煤礦現(xiàn)場(chǎng)施工人員需要注重噪音的防護(hù)工作，例如：施工過程中佩戴耳罩或者是耳塞，以保護(hù)耳朵免受噪音干擾，又或者是在生產(chǎn)操作空間設(shè)置隔音室，將噪音分貝控制在人耳可接受的范圍內(nèi)，有助于減少噪音對(duì)人體造成的不良危害。

3.主通風(fēng)機(jī)聲源降噪方法與技術(shù)

(1)降噪方法

主通風(fēng)機(jī)聲源處噪音的降低，可以通過減小葉輪半徑又或者是改變?nèi)~輪片數(shù)完成，噪音變化量為△T，其與葉輪外徑大小的計(jì)算公式為：

其中，D1為葉輪外徑改變前大小；D2為葉輪外徑改變后大小；K為噪音系數(shù)，通常K的取值范圍是55～75[3]。與此同時(shí)，葉輪材料的選擇十分重要，應(yīng)優(yōu)先選擇厚薄均勻的葉片，其葉片之間距離應(yīng)均等，相關(guān)設(shè)備的材質(zhì)應(yīng)選擇合金材料。在主通風(fēng)機(jī)正式運(yùn)行之前，操作人員需要在風(fēng)機(jī)外表面涂刷阻尼材料，該材料能夠?qū)L(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪音轉(zhuǎn)變成為熱能，隨后通過熱能的消散，實(shí)現(xiàn)消除噪音的目標(biāo)。此外，工作人員可在通風(fēng)機(jī)進(jìn)口處安裝整流圈與擋板，有利于噪音的削弱，通風(fēng)機(jī)的進(jìn)出口尺寸不同，使得風(fēng)機(jī)空氣吸入量與排放量不成正比，容易出現(xiàn)渦流現(xiàn)象及氣流噪音。

(2)降噪技術(shù)

①安裝消聲器

在主通風(fēng)機(jī)進(jìn)出口周圍，容易產(chǎn)生較大噪音，工作人員可在主通風(fēng)機(jī)的進(jìn)出氣口處安裝消聲器，利用阻抗失配原理，有助于降低通風(fēng)機(jī)進(jìn)出氣口處的聲音輻射，進(jìn)而有助于噪音的削弱。通風(fēng)機(jī)的噪聲頻帶較寬，壓力損失較小，比較適合安裝吸聲消聲器，吸聲消聲器管壁之上設(shè)有多個(gè)小孔，工作人員可將吸音材料填充至小孔當(dāng)中以及粘貼在小孔周圍，當(dāng)管壁中出現(xiàn)聲波傳輸時(shí)，吸音材料可將噪音進(jìn)行吸收，以此實(shí)現(xiàn)削弱噪音的目標(biāo)[4]。同時(shí)，吸音消聲器衰減性良好，頻率范圍較廣，降噪效果良好。此外，工作人員可以在通風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口處設(shè)置吸音板，以減少噪音的擴(kuò)散。同理，工作人員可在通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口處設(shè)置吸音板，有助于將噪音直接消除在聲源處。

②安裝隔音罩

煤礦噪音主要產(chǎn)生于電動(dòng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)等，隔聲罩的安裝可直接安裝在通風(fēng)機(jī)之上。隔聲罩主要是由隔音層阻尼材料、吸聲層以及護(hù)面層組合而成，其僅具有隔音作用，而無吸音功能，可以阻礙噪音的傳播，在實(shí)際的安裝與使用過程中，工作人員需要注意隔聲罩溫度的控制[5]。因隔聲罩無散熱功能，不利于通風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生熱量的散發(fā)，熱量存儲(chǔ)會(huì)增加隔音罩內(nèi)部溫度，高溫之下不利于通風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，容易使得通風(fēng)機(jī)的使用年限縮短。例如：山西煤礦企業(yè)將隔音罩安裝至通風(fēng)機(jī)之上，有助于噪音的削弱。同時(shí)，為確保通風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，以及防止通風(fēng)機(jī)使用年限的縮短，企業(yè)工作人員采用了散熱措施，專門用于驅(qū)散通風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量。

圖1 隔音罩示意圖

③改造風(fēng)機(jī)房

圖2 規(guī)范化風(fēng)機(jī)房示意圖

風(fēng)機(jī)房的改造較為復(fù)雜，具體可分為三部分：A.風(fēng)機(jī)房門窗的更換。為阻止噪音的傳播與擴(kuò)散，煤礦企業(yè)可將風(fēng)機(jī)房的門窗更換為專用的隔音門窗。B.設(shè)計(jì)改造成隔音間。煤礦主通風(fēng)機(jī)的機(jī)房面積較小，企業(yè)可將風(fēng)機(jī)房改造成隔音間，將機(jī)房天花板、地面以及墻面安裝吸音或者是隔音材料，以此防止噪聲的擴(kuò)散[6]。因主通風(fēng)機(jī)頻帶較寬，產(chǎn)生的噪音影響較大，需要使用復(fù)合穿孔板進(jìn)行削弱，該板表面有諸多細(xì)孔，細(xì)孔具有吸收噪音的作用，噪音進(jìn)入細(xì)孔會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，轉(zhuǎn)化成熱能散發(fā)。C.在通風(fēng)管外表面粘貼阻尼層，阻尼層粘貼厚度在4mm左右。此外，可在通風(fēng)機(jī)之上安裝減震設(shè)備，或者是設(shè)計(jì)隔振裝置，以此降低因振動(dòng)而產(chǎn)生的噪音。

④改進(jìn)通風(fēng)機(jī)

主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行是噪音產(chǎn)生的源頭，降噪技術(shù)的應(yīng)用，煤礦企業(yè)需要關(guān)注主通風(fēng)機(jī)的改進(jìn)問題，有助于在噪聲產(chǎn)生處對(duì)噪音進(jìn)行削弱。針對(duì)于通過改進(jìn)主通風(fēng)機(jī)的方式實(shí)現(xiàn)噪音的降低，此方式的研究成果較多，總結(jié)起來可劃分為兩點(diǎn)，分別是：A.對(duì)主通風(fēng)機(jī)葉片材料的改進(jìn)。葉片應(yīng)選用最新的材料制作而成，制作過程中應(yīng)確保葉片表面光滑，打孔均勻，既有助于減少葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)與空氣之間產(chǎn)生的摩擦，又有助于降低因渦流而產(chǎn)生的噪音。B.提高主通風(fēng)機(jī)的制造技術(shù)以及設(shè)備的精準(zhǔn)度。葉片與通風(fēng)機(jī)的機(jī)殼之間存在一定縫隙，工作人員需要將縫隙減小，以此減小縫隙中的空氣流通。另外，設(shè)備精準(zhǔn)度的提高，可減少通風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，二者均有助于噪音的降低。

4.煤礦主通風(fēng)機(jī)噪聲降噪措施

(1)安裝消聲器

在主通風(fēng)機(jī)的進(jìn)出口位置，會(huì)形成較強(qiáng)的空氣動(dòng)力性噪聲，針對(duì)此類噪聲進(jìn)行處理時(shí)，可以使用消聲器，安裝在風(fēng)機(jī)進(jìn)出氣口的管道位置，采取降噪處理的方法，對(duì)此類噪音進(jìn)行有效的改善。將消聲器放置在風(fēng)扇的進(jìn)出口位置，可以選擇的消聲器類型多種多樣，例如：阻性消聲器、微穿孔板消聲器、抗性消聲器、復(fù)合式消聲器。阻性消聲器對(duì)于高頻噪聲具有良好的處理功能，降噪效果好，在風(fēng)機(jī)出口擴(kuò)散彎道位置使用消聲導(dǎo)流片，可以獲取更強(qiáng)的吸聲效果，使用大量的吸聲材料，可以增強(qiáng)降噪的有效性。在擴(kuò)散塔和水平風(fēng)道連接位置使用消聲導(dǎo)流片，能夠最大限度的防范降低出口氣流沖擊擴(kuò)散塔動(dòng)壓的問題，確保風(fēng)機(jī)具有穩(wěn)定的運(yùn)行效率。值得注意的是，安裝噪聲導(dǎo)流片時(shí)，需要對(duì)具體的使用數(shù)量加強(qiáng)控制，不可使用過多數(shù)量的小聲導(dǎo)流片，保護(hù)風(fēng)道的流通面積不受破壞，增強(qiáng)主風(fēng)機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量，吸聲磚可以在水平風(fēng)道內(nèi)安裝，使用在3.5m以內(nèi)的長(zhǎng)度，合理的進(jìn)行通流，保證水平風(fēng)道截面積的科學(xué)性和合理性。

(2)使用隔聲罩

在給風(fēng)機(jī)機(jī)組使用隔聲罩，可以起到有效的降聲降噪功能，因?yàn)樵诿旱V主通風(fēng)機(jī)的噪聲中，主風(fēng)機(jī)機(jī)殼位置、基礎(chǔ)的振動(dòng)部位以及電動(dòng)機(jī)，均是噪聲的主要來源，安裝隔聲罩可以有效的將阻風(fēng)機(jī)隔離開來，阻斷主通風(fēng)機(jī)的噪聲，降低噪音。利用隔聲罩中的隔聲層、阻尼材料護(hù)面層和吸聲層，可以增強(qiáng)吸聲效果，降低噪音。但是使用隔聲罩并不是一個(gè)完美的方法，因?yàn)楦袈曊值氖褂脮?huì)使主通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)形成大量的熱量，風(fēng)機(jī)溫度過高，熱量無法及時(shí)散出，提高了罩內(nèi)的溫度，對(duì)電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和使用壽命形成了負(fù)面影響，因此，可以配合使用風(fēng)冷法，解決加裝隔聲罩時(shí)產(chǎn)生的熱量問題。

(3)綜合改造風(fēng)機(jī)房

在現(xiàn)場(chǎng)條件允許的情況下，可以通過綜合改造風(fēng)機(jī)房的方式，降低煤礦主通風(fēng)機(jī)的噪聲問題，將風(fēng)機(jī)房改造成隔聲室，在機(jī)房?jī)?nèi)封閉有噪聲的風(fēng)機(jī)組，對(duì)噪聲傳播進(jìn)行有效的控制，機(jī)房?jī)?nèi)噪音會(huì)因此而增加，但使機(jī)房外的噪聲得到了大幅度的控制。為了確保風(fēng)機(jī)吸氣和相關(guān)設(shè)備可以正常的實(shí)現(xiàn)散熱，應(yīng)將進(jìn)氣口消聲器安裝在風(fēng)機(jī)房的上方位置，將消聲器安裝在冷卻風(fēng)機(jī)出氣管內(nèi)，對(duì)噪聲污染進(jìn)行有效的控制。強(qiáng)化降噪的效果，可以利用吸氣處理的方式，可以增強(qiáng)主通風(fēng)機(jī)的噪聲處理效果，增強(qiáng)隔音間的降噪有效性，提高對(duì)風(fēng)機(jī)房綜合改造的質(zhì)量。使用阻尼措施，將消聲材料涂抹在機(jī)殼和輸氣管的表面，安裝減震器或通過設(shè)計(jì)專業(yè)的隔音基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)現(xiàn)象的有效防范。

5.結(jié)束語

煤礦生產(chǎn)的危險(xiǎn)性較高，尤其是在煤礦的開采過程中，地下操作空間的通風(fēng)問題直接影響著煤礦工作人員的人身安全，規(guī)范化的操作空間設(shè)計(jì)，需要企業(yè)安裝主通風(fēng)機(jī)時(shí)刻保持煤礦操作空間的空氣流通，以防止工作人員因缺氧而出現(xiàn)生命危險(xiǎn)。主通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生較大噪音，威脅著工作人員的生命健康，需要企業(yè)注重降噪技術(shù)的應(yīng)用，該技術(shù)具體的應(yīng)用可從消聲器與隔音罩的安裝、改造風(fēng)機(jī)房以及改進(jìn)通風(fēng)機(jī)等方面入手，有助于解決機(jī)械噪音、氣流噪音以及管道噪音等。