陳志強(qiáng)

（山西潞安礦業(yè)集團(tuán)慈林山煤業(yè)有限公司慈林山煤礦，山西 長治 046000）

礦用局部通風(fēng)機(jī)工作時產(chǎn)生的噪音通常達(dá)到90 dB（A）以上，已超過對人體有害的聲級限值85 dB（A）[1]。為解決局部通風(fēng)機(jī)的噪音超限問題，多數(shù)礦井采取的主要辦法是購買輔助消音設(shè)備，該設(shè)備價格昂貴，且多數(shù)會影響通風(fēng)機(jī)的供風(fēng)效率。因此，研究一種可自制加工且效果明顯的降噪裝置，對礦井局部通風(fēng)機(jī)噪音管理及經(jīng)濟(jì)效益均具有積極作用。本文以潞安礦業(yè)集團(tuán)慈林山煤礦掘進(jìn)工作面采用的FBD №6.0/2×30 型對旋式局部通風(fēng)機(jī)降噪研究為工程背景，針對該風(fēng)機(jī)噪音聲級超限問題，根據(jù)現(xiàn)場條件研究自制加工降噪設(shè)施，以達(dá)到有效降噪的目的。

1 局部通風(fēng)機(jī)的噪音分析

1.1 局部通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生噪音的原因分析

局部通風(fēng)機(jī)在工作過程中，主要依靠電動機(jī)帶動風(fēng)機(jī)葉輪片轉(zhuǎn)動，使風(fēng)流向固定方向輸送，因此，局部通風(fēng)機(jī)的噪音主要由機(jī)械振動、葉輪旋轉(zhuǎn)及風(fēng)流渦旋共同產(chǎn)生，產(chǎn)生的具體原因分別為：

（1）機(jī)械振動。機(jī)械振動產(chǎn)生的噪音是設(shè)備運轉(zhuǎn)期間難以避免的，主要原因有設(shè)備固定不牢發(fā)生振動、電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡、軸承磨損等。

（2）葉輪旋轉(zhuǎn)。局部通風(fēng)機(jī)工作時，葉輪片處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，其產(chǎn)生噪音的原因主要包含葉輪旋轉(zhuǎn)發(fā)出的聲音及帶動風(fēng)流沖擊風(fēng)機(jī)殼體產(chǎn)生的聲音。

（3）風(fēng)流渦旋。發(fā)生風(fēng)流渦旋的原因是葉輪旋轉(zhuǎn)時帶動風(fēng)流進(jìn)入風(fēng)機(jī)，并在風(fēng)機(jī)內(nèi)隨葉輪的旋轉(zhuǎn)影響產(chǎn)生渦旋，受多個葉輪旋轉(zhuǎn)形成風(fēng)壓疊加影響，并隨葉輪半徑方向向外發(fā)生變化，致使渦旋呈周期性產(chǎn)生，發(fā)出渦旋噪聲[2]。

1.2 局部通風(fēng)機(jī)的噪音輻射特性分析

風(fēng)機(jī)葉輪片旋轉(zhuǎn)及風(fēng)流渦旋產(chǎn)生的噪音遠(yuǎn)高于機(jī)械振動發(fā)出的噪音。根據(jù)局部通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生噪音的原因分析可知，理論上局部通風(fēng)機(jī)發(fā)出噪音最大的聲級位置位于局部通風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口及出風(fēng)口處。根據(jù)局部通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點及使用特性可知，局部通風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口側(cè)連接風(fēng)筒，故出風(fēng)口側(cè)噪音已得到有效抑制。因此，局部通風(fēng)機(jī)在現(xiàn)場實際最大聲級位置位于局部通風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口處，其主要噪音聲源為風(fēng)機(jī)葉輪片產(chǎn)生并向進(jìn)風(fēng)口傳導(dǎo)所致，傳導(dǎo)至進(jìn)風(fēng)口后，其噪音輻射特性自風(fēng)機(jī)出風(fēng)口向外呈半椎體形的擴(kuò)散狀。

2 局部通風(fēng)機(jī)噪音超標(biāo)原因及降噪方法

2.1 局部通風(fēng)機(jī)噪音超標(biāo)的原因分析

根據(jù)局部通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生噪音的原因分析可知，機(jī)械振動、葉輪旋轉(zhuǎn)及風(fēng)流渦旋均會產(chǎn)生噪音，而導(dǎo)致噪音超標(biāo)的原因分析主要有以下幾個方面：

（1）局部通風(fēng)機(jī)長時間運行，未按期維修或檢修不合格，以及部分零部件磨損，電機(jī)或葉輪轉(zhuǎn)動不平衡導(dǎo)致噪聲增大。

（2）局部通風(fēng)機(jī)安裝不牢固，致使設(shè)備振動幅度大或震動頻率較高。

（3）局部通風(fēng)機(jī)自帶消音裝置部分發(fā)生粉塵或異物堵塞，影響消音降噪效果。

（4）局部通風(fēng)機(jī)安裝的位置、巷道斷面及供風(fēng)條件等。

2.2 局部通風(fēng)機(jī)的降噪方法

局部通風(fēng)機(jī)的降噪方法主要根據(jù)噪音超標(biāo)的原因，進(jìn)行針對性解決，即可實現(xiàn)有效降噪，常規(guī)方法如下：

（1）定期對局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行檢修和維護(hù)，并按規(guī)定對一用一備的局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行切倒運轉(zhuǎn)，避免單一通風(fēng)機(jī)長期持續(xù)運行。

（2）規(guī)范局部通風(fēng)機(jī)的安裝，確保安裝牢固，可采用專用風(fēng)機(jī)固定架，以減少設(shè)備震動。

（3）定期清理風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口側(cè)粉塵及異物，確保消音設(shè)備的降噪效果。

（4）局部通風(fēng)機(jī)的安裝位置應(yīng)盡量選擇在巷道平整、斷面較大及全負(fù)壓風(fēng)量供應(yīng)充足的地點。

（5）增加輔助消音裝備，可購買安裝風(fēng)機(jī)專用消音裝備，但費用較高，亦可根據(jù)局部通風(fēng)機(jī)的噪音輻射特性，在噪音輻射的出口附近安裝具備降噪的設(shè)施。

3 局部通風(fēng)機(jī)降噪設(shè)施的研制與安裝

3.1 噪音分布測試及降噪設(shè)施安裝位置的確定

根據(jù)局部通風(fēng)機(jī)噪音的輻射特性可知，局部通風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口處為噪音聲級最高的位置，且噪音由此處呈椎體形向遠(yuǎn)處擴(kuò)散。根據(jù)該擴(kuò)散特征，為研究對比針對局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行的降噪措施效果，首先對未采用降噪設(shè)施的局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口側(cè)每隔1 m 測試各輻射范圍內(nèi)的噪音分貝。圖1 為慈林山煤業(yè)3105 工作面運輸順槽的FBD №6.0/2×30 型對旋式局部通風(fēng)機(jī)安裝降噪設(shè)施前的噪音檢測數(shù)據(jù)分布情況。

圖1 局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口噪音分布示意圖

根據(jù)圖1 中檢測數(shù)據(jù)可知，位于局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口3 m 范圍內(nèi)的噪音聲級達(dá)到92 dB（A）以上，4 m 以外達(dá)到92 dB（A）以下，且位于局部通風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口處噪音聲級最大，并呈現(xiàn)向遠(yuǎn)處遞減的趨勢，其影響范圍呈擴(kuò)散狀。因此，安裝降噪設(shè)施時，應(yīng)盡量靠近局部通風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口處。

3.2 降噪設(shè)施的選擇及其降噪原理

聲音是通過介質(zhì)震動傳播，在傳播過程中，因震動導(dǎo)致的能量消耗致使聲音傳遞的距離越遠(yuǎn)，其傳遞能力越弱，故呈現(xiàn)圖1 中噪音聲級逐漸減弱的趨勢。通常阻止或減弱聲音傳播的途徑常用的方法是在聲音傳播的方向加入不同介質(zhì)，利用該介質(zhì)的阻隔和吸收聲音傳播的動能實現(xiàn)降低聲級的作用[2]。

液體對聲音的傳導(dǎo)具有良好的動能吸收和轉(zhuǎn)化作用，因此，可在局部通風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口附近設(shè)置一道“水墻”，使局部通風(fēng)機(jī)發(fā)出的輻射聲波直接撞擊到“水墻”上，由“水墻”吸收聲波傳遞的動能轉(zhuǎn)化為水體的動能，從而實現(xiàn)降噪的作用?！八畨Α毕舨贾檬疽鈭D如圖2。

圖2 “水墻”消音布置示意圖

3.3 降噪設(shè)施的制作與安裝

（1）降噪設(shè)施的自制加工

FBD №6.0/2×30 型對旋式局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口尺寸為800 mm，“水墻”寬度需大于風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口尺寸，設(shè)置“水墻”長度為1 m。采用防靜電阻燃材質(zhì)加工水容器，水容器寬度400 mm，高度350 mm，上邊緣兩側(cè)每200 mm 布置一個Φ10 mm 的吊掛孔，加工示意圖如圖3。

圖3 水容器加工示意圖（mm）

用于吊掛水容器的固定架采用Φ20 mm 的圓鋼加工，固定架長度1 m，寬度420 mm，共兩個水容器固定架，每個固定架共3 層，每層高度350 mm，每層橫桿上采用Φ6 mm 的圓鋼焊接吊掛鉤，吊掛鉤間距同水容器吊掛孔間距一致。水容器固定架加工示意圖如圖4。

圖4 水容器固定架加工示意圖（mm）

（2）降噪設(shè)施的安裝

以慈林山煤礦3105 工作面運輸順槽的FBD №6.0/2×30 型對旋式局部通風(fēng)機(jī)為首個工程試驗對象。將降噪設(shè)施加工完成并運至現(xiàn)場后，先安裝固定水容器固定架，第一組安裝位置為距局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口0.7～1 m 位置，第二組安裝位置為距第一組凈間距0.5 m。固定架采用頂部錨桿吊掛，固定架安裝完成后，掛上水容器并充滿水，完成降噪設(shè)施的安裝。

4 自制降噪設(shè)施的效果分析

在慈林山煤礦3105 工作面運輸順槽的FBD №6.0/2×30 型對旋式局部通風(fēng)機(jī)安裝降噪設(shè)施后，為檢測自制降噪設(shè)施的降噪效果，再次對該風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口側(cè)每間隔1 m 測試其噪音聲級，測試結(jié)果如圖5。與圖1 對比可知，安裝自制降噪設(shè)施后，距局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口3 m 范圍內(nèi)的噪音聲級已降低至88 dB（A）以下，位于水容器以外的噪音聲級已低至85 dB（A）以下，已符合煤礦作業(yè)場所噪聲限值的要求。另根據(jù)現(xiàn)場感觀，噪音明顯低于安裝降噪設(shè)施前，表明自制降噪設(shè)施達(dá)到預(yù)期效果。自制加工的局部通風(fēng)機(jī)降噪設(shè)施在慈林山煤礦3105 工作面運輸順槽局部通風(fēng)機(jī)取得成功后，逐步投入了該礦其他掘進(jìn)工作面的局部通風(fēng)機(jī)，均取得了良好效果。

圖5 安裝降噪設(shè)施后局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口噪聲分布

5 結(jié)語

針對局部通風(fēng)機(jī)噪音聲級超過作業(yè)場所噪聲限值問題，可采用購買的輔助降噪裝置，亦可根據(jù)現(xiàn)場實際自制加工降噪設(shè)施。利用“水墻”阻擋并吸收聲波動能原理加工而成的自制局部通風(fēng)機(jī)降噪設(shè)施，其降噪效果能夠滿足煤礦作業(yè)場所噪聲限值的要求。