礦井主要通風機性能檢測方法的選擇與實踐

宋朝春

（晉城乾泰安全技術有限責任公司，山西 晉城 048000）

1 概述

《煤礦安全規(guī)程》第一百五十八條“（七）新安裝的主要通風機投入使用前，必須進行試運轉和通風機性能測定，以后每5年至少進行1次性能測定”［1］。AQ 1011-2005標準還要求煤礦通風機在技術改造前后、更換葉片、電動機、改變了動葉、導葉角度后應進行性能測定［2］。同時相關檢驗目錄還要求高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井每年進行一次性能檢測，其他礦井每3年一次。

礦井主通風機在交付使用時廠家會在說明書中提供風葉在不同角度下的相關運行參數(shù)和特性曲線，嚴格來說，經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)礦井通風機實際特性曲線與說明書給的特性曲線常常有較大差異，因為風機在生產(chǎn)、裝配，以及隨后的運輸和現(xiàn)場的安裝質量，與之相連的風硐及風機附接的擴散器結構形態(tài)的差異性，都會對風機的性能有一定影響，同時經(jīng)過一段時間的運行，由于零部件的磨損，以及風機內受煤塵和濕氣的影響，其性能也會慢慢的發(fā)生改變，所以需要對主要通風機的性能進行定期檢測，進而保證安全生產(chǎn)。

2 檢測前準備和確認工作

1）主通風機監(jiān)測監(jiān)控儀表齊全，安全設施和供電系統(tǒng)完好。能夠實現(xiàn)雙回路供電，電網(wǎng)滿足主風機檢測需要，整定合適，兩臺風機同時運行時，不致因過載而跳閘。

2）主通風機主要運轉和受力部件（風葉和主軸）已進行探傷檢驗合格，且其檢驗報告在有效期內。

3）礦方應在檢測前制定相應的安全措施，最好在全礦停產(chǎn)情況下進行檢測，如無法停產(chǎn)檢測，需采取必要措施，其中應包括礦井停風后無法及時開啟的應急措施。同時，為保證檢測過程中人員安全及機器免受損壞所采取的措施，不應對通風機的各項參數(shù)和性能有任何影響。

4）測試期間如果兩臺風機同時運轉，正常工作風機和被測風機必須隔絕。通風機進口和出口之間不存在違反規(guī)定的循環(huán)風。

3 性能測定的具體內容和方案

通風機性能檢測的是通過相關的儀器設備同時對主通風機的風量、風壓、功率、轉速以及大氣相關參數(shù)等參數(shù)進行測定，并計算通風機的效率、功率，然后繪制通風機實際運轉的特性曲線。

由于各個礦井的風機來自于不同的廠家，即使相同的廠家，不同的風葉角度和不同的安裝狀態(tài)，風機的特性也是差異很大的，風機測試的方式也是千差萬別的，因此測試方案的制定很有必要。

在檢測前，提前對主要通風機安裝使用現(xiàn)場進行勘查，對通風機及其附屬裝置和回風井、風硐作詳細的觀察測量，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，有針對性的選擇合理的測試方式和方案，保證測試的數(shù)據(jù)準確可靠，并符合相關標準的規(guī)定要求。

3.1 檢測時通風阻力的調節(jié)方式

（1）有檢測風門

對于有檢測風門、檢測風道和檢測百葉窗的風機，在隔離措施穩(wěn)固，電網(wǎng)容量滿足同時運行要求，相關安全保證措施制定到位的前提下，檢測時可以在不影響井下通風系統(tǒng)的情況下，對備用主通風機進行檢測。

圖1 某礦帶檢測風窗的主通風機

圖2 某礦帶檢測百葉窗的主通風機

根據(jù)AQ 1011-2005標準第4.3.4.2條款，通風系統(tǒng)阻力不能改變時，為得到通風機特性曲線的各個測點數(shù)據(jù)，可采用板阻法測量備用風機，測點在全流量范圍內不少于7個點［2］。

對于此類風機調節(jié)阻力可以通過關閉檢測風窗、關閉百葉窗角度、用木板逐步遮蓋檢測門等方式來實現(xiàn)。通過對各工況下的風量、負壓、大氣參數(shù)以及功率和轉速的記錄，從而測得此風機的相關運行參數(shù)。

（2）無檢測風門

對于風機本身不帶檢測風門，或安裝時未設置檢測風道的風機，檢測時必須通過調節(jié)系統(tǒng)總阻力實現(xiàn)測試。此方案必須在全礦（或某采區(qū)）停產(chǎn)或者檢修期間井下制定相關安全保障措施的條件下進行檢測，檢測完成后還需對井下進行排放瓦斯、恢復送電、恢復正常通風等工作。

具體的風機調節(jié)阻力的方式匯總如下：

a、可以在井下總回風巷、分區(qū)回風巷內搭建框架，調節(jié)風阻通過在框架處搭接木板來實現(xiàn)，見圖3。

圖3 井下總回風施工的框架

b、可以打開防爆門（蓋），同時將井下總回風巷密閉，然后在防爆門（蓋）處覆蓋鋼絲網(wǎng)，調節(jié)風阻通過在鋼絲網(wǎng)上分部覆蓋風筒布或木板來實現(xiàn)，見圖4。

圖4 某礦通過在防爆蓋處正調節(jié)斷面大小來調節(jié)風阻

c、可以通過同時打開井下主要進風和主要回風的聯(lián)絡巷內的風門，調節(jié)風阻通過關閉風門的角度或在風門進風側搭建木板實現(xiàn)。

d、對于風硐上有立閘門的，調節(jié)風阻可以通過關閉立閘門的大小來實現(xiàn)。

（3）風機有無檢測風門的優(yōu)缺點對比

通過對風機有無檢測風門的優(yōu)缺點對比，可以看出雖然風機自帶檢測風門初期成本高，日常需加強維護，但與不帶檢測風門的風機相比，測試變得簡單，不需要影響全礦井下系統(tǒng)，測試變得更加安全、方便。因此，建議礦井在采購新風機或風機升級改造時，建議加裝測試風門。

表1 風機有無檢測風門的優(yōu)缺點對比

3.2 相關參數(shù)的測定及具體檢測實踐

圖5為某礦風機現(xiàn)場圖，風機型號為FBCDZ№28，配用功率為2×500 kW，風機測試葉片角度為礦方在用的44°/29°。風阻調節(jié)通過控制風機上面附帶的旁路蝶閥開口大小進行調節(jié)。

圖5 某礦主通風機現(xiàn)場布置

（1）風量的測定

風量測量的位置應選在至少距通風機進口1.5倍的風機直徑處，在通風機排風側［3］，至少距通風機出口為5倍的風機直徑處。同時，通風機至測量截面處無明顯漏風。

現(xiàn)場可以選擇在風硐內或擴散器處選擇合適的地點布設測風傳感器。該礦測試選擇在擴散器處安裝測風傳感器。安裝前要認真量取并計算出測風斷面的大小，相應選擇測風傳感器數(shù)量，通過把測風處等分為多個均等的區(qū)域，將測風傳感器安放在這些均等區(qū)域的中心處，各測風傳感器的平均值乘以測風斷面積即通過該斷面的風量，見圖6。

圖6 某礦擴散器內安設測風傳感器的現(xiàn)場

（2）靜壓的測定

靜壓的測量的位置應在前述3.1調節(jié)工況處和風機進風口中間的直線段上，至少距通風機進風口為1.5倍的葉輪直徑以上的穩(wěn)定的風流中。

在該礦風機檢測時靜壓測試位置選擇在風機上的環(huán)形靜壓管處連接壓差計。若條件方便也可通過在風硐內懸掛皮托管，通過軟膠管引出連接到壓差計上。

（3）大氣參數(shù)的測定

大氣溫濕度、大氣壓通過將傳感器固定在風速傳感器的支架上進行測得。

（4）電動機運行功率的測定

由持有電工資格上崗證人員，在開關柜中接入電能綜合參數(shù)測試儀（380～660V一次側接；6000V以上高壓開關柜二次側接）測得。

（5）其他參數(shù)的測定

根據(jù)標準要求，還需要對風機的轉速、振動、風機擴散器噪聲和機殼輻射噪聲、風機葉片徑向間隙、電動機與軸承溫升、電動機絕緣電阻以及電動機接地電阻進行測試。

3.3 檢測的注意事項

風機性能測試期間，調節(jié)工況的次數(shù)不應少于7次，進而保證測出的風機性能特性曲線連續(xù)而光滑。為嚴格掌握風機的運行參數(shù)，軸流式通風機在風壓特性曲線的“駝峰”區(qū)，相關參數(shù)要多記錄，分布要密集，在相應的穩(wěn)定區(qū)域測點可分布間隔較大。

風機的開啟方式：離心式通風機要在閘門全關的情況下啟動，軸流式通風機要在閘門全開的情況下打開，以使得啟動的負荷最低。

3.4 測試數(shù)據(jù)整理

表2為對該礦1#通風機葉片角度44°/29°條件下檢測時獲得的原始數(shù)據(jù)。

3.5 通風機個體特性曲線的繪制

通風機的個體特性曲線即通風機的風壓、功率和效率隨風量變化而變化的關系曲線。因此，每一臺主要通風機，在一定風葉角度下，就會呈現(xiàn)確定的風量、風壓、功率和效率，風量如果發(fā)生變化，其它相關參數(shù)也會隨之而動。

通過將測定的每個測點的風量、靜壓、電機運行功率和效率進行整理、計算、換算到標準狀態(tài)后，分別以風量為橫坐標，以靜壓和電動機運行功率為縱坐標，將各測定數(shù)據(jù)繪制于圖中，并將各測點連接起來的曲線即主通風機的個體特性曲線。

通風機的工況點就是將礦井總風阻曲線以同樣的比例繪制于通風機個體特性曲線圖中，風壓曲線與風阻曲線的交匯點。圖7為通過對上述表2測試的原始數(shù)據(jù)進行換算到標準狀態(tài)后，繪制的通風機的個體特性曲線。

表2 1#通風機檢驗數(shù)據(jù)計算匯總

圖7 某礦1#通風機實測個體特性曲線

通過礦井主通風機性能測試方案的制定，實施以及相關參數(shù)的測定，根據(jù)檢測的結果參數(shù)繪制相應主通風機的個體特性曲線，并標注出現(xiàn)運行的工況點，可以直觀的看出該風機目前的運行的狀況，以及該葉片角度下，風機在靜壓、功率和風量上還有多大的調節(jié)空間，進一步以風定產(chǎn)，指導礦山的安全生產(chǎn)。

4 結語

通過對礦井主通風機的檢測周期、測試時應具備的條件，具體測試期間所采取的增阻方式［4］，以及對某礦風量、靜壓、功率、大氣壓力和溫濕度等相關參數(shù)的測定方法和位置進行了研究，明確了不同風機的增阻方式，同時對風機有無檢測風門進行了對比，進一步對礦井新安裝通風機是否安裝檢測風門提出了指導意見，同時羅列了檢測時的所采取的方式方法，為各礦井實施主通風機性能檢測時提供了相關的技術參考，進一步指導現(xiàn)場實踐，保證礦井主通風機性能檢測的順利完成，進而保障礦井的安全生產(chǎn)。