一種礦用通風機通風調(diào)節(jié)裝置的設計及應用分析

薛昌盛

（晉能控股集團寺河礦， 山西 晉城 048400）

引言

目前我國煤礦井下開采作業(yè)過程中通過使用通風機對作業(yè)面進行通風，目的是有效地保證風量要求。在實際的操作過程中，一些煤礦井下通風機的通風口是在某個固定的位置，無法對其通風角度進行調(diào)節(jié)控制，所以采用該通風機的時候會出現(xiàn)一定的弊端，從而無法滿足當前不同巷道的通風需求。此外，傳統(tǒng)的通風機在工作的過程中會經(jīng)常出現(xiàn)通風口堵塞的現(xiàn)象，而且通風口出現(xiàn)堵塞以后不容易被檢查出，造成在通風口處瓦斯的含量較高，在生產(chǎn)過程中帶來安全方面的問題，因此，面對通風機在工作過程中經(jīng)常出現(xiàn)的以上問題，對煤礦局部通風機的通風方式進行分析研究，最終設計了一種能夠?qū)νL機通風角度進行控制的設備并進行分析。

1 局部通風機通風方式

1）壓入式通風。如圖1-1 所示，在煤礦作業(yè)巷道進風側安裝有局部通風機，距離進風側約10 m 的位置處，通風機的工作原理是通過將新鮮的空氣吸入風筒中，然后通過風筒的出風口將新鮮的空氣傳輸?shù)阶鳂I(yè)區(qū)域，并且由于氣流的折返作用，會同時將污濁的氣體及時的排出。采用壓風式通風具有的優(yōu)勢是工作安全可靠、通風效率較高、成本較低等，采用該方式滿足了巷道中排出瓦斯的要求[1]。

2）抽出式通風。如圖1-2 所示，局部通風機的位置是在距離工作面巷道出風側10 m 左右處，該通風機的工作原理是通過將風筒內(nèi)吸收污濁的氣體，在巷道的作業(yè)面會安裝風筒的進風口，此時，污濁的空氣在進風口處被吸入風筒中，從而出現(xiàn)了低壓區(qū)，由于氣壓差的作用，導致了新鮮的空氣被吸入巷道中。采用抽出式通風的優(yōu)勢是排塵效率高等，滿足了主要排出礦塵的工作環(huán)境中。因為采用抽出式通風設備時吸程范圍是有限的，所以在面對具有瓦斯風流的情況下，容易造成瓦斯泄漏甚至爆炸的現(xiàn)象，所以不適合瓦斯密度較大的場合。

3）混合式通風。如圖1-3 和圖1-4 所示，混合式通風是在抽出式和壓入式方式相結合的基礎上設計出來的，一般情況下，在巷道口和工作面應該選擇不同的通風方式進行的，其工作原理是當面對新鮮空氣是通過壓入式通風進行輸送的，當面對污濁空氣是通過抽出式通風進行抽出的。在巷道口應該選擇具有較長風筒的壓入式通風，在工作面處應該選擇具有較長風筒的抽出式通風，相應的情況下在工作面采用具有較短風筒的壓入式通風，將這種方式也稱之為長抽短壓方式進行混合通風。采用混合式通風的方式具有的優(yōu)勢是成本比較高、耗能較高、效率高等，因此在大斷面進行作業(yè)的巷道中比較常用[2]。

圖1 局部通風機通風方式

2 煤礦通風機調(diào)節(jié)裝置的設計分析

2.1 結構

為了能夠處理通風機處通風口的角度無法進行控制的弊端，對煤礦通風機設備進行了改進和優(yōu)化處理，具體設計如圖2 所示。通風機調(diào)節(jié)裝置包含轉(zhuǎn)動板、安裝板、固定塊、螺紋桿等零部件。

圖2 煤礦通風機調(diào)節(jié)裝置的結構示意圖

通風機調(diào)節(jié)設備在底端處的位置布置有多組支撐腳；在底板的上端面處設有安裝板，并且安裝板處裝有出風口；電機位于安裝板的位置處；固定塊共有4 個，且是通過兩兩一組進行布置的；安裝塊和螺紋桿都是以兩組的兩組進行布置的，每組螺紋桿旋進的時候會連接固定塊，并且會有一組螺紋桿的端部當穿過固定塊的時候會和輸出軸進行連接，通過傳動的方式使得螺紋桿之間連接；安裝塊的位置位于固定塊之間，兩組安裝塊之間通過螺紋的方式將螺紋桿進行連接[3]。

第一連接桿采用兩組的方式，在此前提下，需要保證每組的第一連接桿都會開設有第一條形通孔，還需要保證的是兩組第一連接桿的端部位置是通過安裝塊相連的；在這種情況下，需要保證第二連接桿通過和兩組的第一連接桿進行連接的，并且與安裝塊的斷面距離較遠，同樣的情況下，在第二連接桿上也是開設有第二條形通孔。

在調(diào)節(jié)裝置設計了照明設備；其安裝的位置位于底板上，通過蓄電池進行供電；照明設備的主要作用是實現(xiàn)在礦道內(nèi)照明，從而能夠有效地防止工作人員不熟悉周邊作業(yè)的環(huán)境，導致碰撞到設備上。

通風機調(diào)節(jié)裝置上設計了第二伸縮裝置；根據(jù)實際作業(yè)過程的需要，必須采用分布多組第二伸縮裝置，其位置是在支撐腳和底板連接處進行安裝布置，在伸縮端的位置處于支撐腳相連；由于在礦道內(nèi)部的作業(yè)環(huán)境比較復雜，可以采用對第二伸縮裝置進行調(diào)節(jié)的方式來進行平穩(wěn)的放置，從而有效地增加了安全可靠性。

通風機的調(diào)節(jié)裝置固定軸需要滿足于轉(zhuǎn)動板之間的距離應該小于固定軸到通風機的距離，從而能夠滿足轉(zhuǎn)動板和通風機所偏移的角度值一樣，當出現(xiàn)轉(zhuǎn)動板偏移量小于通風機的偏移量時，在這種情況下，能夠便于第一伸縮裝置通過小距離的伸縮方式實現(xiàn)位于第二連接桿上的通風機進行大范圍轉(zhuǎn)動。

2.2 工作原理

當要求對通風機的位置需要調(diào)節(jié)時，首先需要啟動電機，當電機在轉(zhuǎn)動的過程中會將兩組螺紋桿進行帶動，此時，兩組安裝塊將會通過兩組螺紋桿進行運動，并帶動兩組第一和第二連接桿進行上下位置的變動，從而能夠有效地改變通風機位置狀態(tài)；當要求對通風機角度方向進行調(diào)節(jié)時，需要將兩組第一伸縮裝置進行啟動，此時將會出現(xiàn)一組裝置伸長，另一組裝置將會縮短，從而會導致轉(zhuǎn)動板進行轉(zhuǎn)動，進一步使得通風機進行運動，滿足了對通風機角度的控制，實現(xiàn)了通風機位置可以針對不同的工作情況進行調(diào)節(jié)。

2.3 甲烷濃度檢測儀

通風機的調(diào)節(jié)裝置處還增設甲烷濃度監(jiān)測器、報警器、蓄電池等相關的部件。在底部安裝有控制器，底板上設有凹槽；在凹槽內(nèi)部裝有蓄電池；報警器在底板的上端面安裝；甲烷濃度監(jiān)測器位置處于安裝板上。

當?shù)V道內(nèi)出現(xiàn)濃度較大的甲烷時，由于甲烷的特性時易燃易爆，所以安裝有甲烷濃度監(jiān)測器進行對礦內(nèi)甲烷氣體濃度的實時監(jiān)測，并且將監(jiān)測出的信息及時地傳輸?shù)娇刂破?，此時，控制器將對傳輸?shù)男畔⑦M行接收并分析，根據(jù)其濃度的大小來判斷是否觸發(fā)警報，從而能夠便于讓工作人員及時地了解到通風口是否被堵塞的情況。

3 實踐應用分析

3.1 工程概況

對晉能煤業(yè)公司某礦的開采模式進行研究可知，該礦采用斜井開拓的方式作業(yè)；具有4 個井筒；開采的水平可以達到+1 125 m；目前開采的煤層為9+10號，11 號；所用到的工藝為綜采放頂煤；低瓦斯等級。該煤礦的通風模式是使用中央并列機械式進行，配有3 個進風口和一個回風立井。采用的通風機型號為FBCDZ-NO.25，具有防爆抽出式對旋軸流式的工作特點，其功率為2×315 kW，排風量能夠達到4 800～9 600m3/min；目前對51006 工作面，總面積約為168000 m2，9+10 號合并煤層，夾矸 0.25～0.6 m，該煤層的傾角約為4°。對51006 工作面使用的通風機具有噪聲小、旋軸流的特點，并配有直徑為Φ800 mm 風筒壓入式供風。

3.2 通風機調(diào)節(jié)裝置的應用

51006 掘進工作面中使用的傳統(tǒng)通風機由于具有固定通風口的弊端，導致在針對不同挖掘位置進行對通風口的調(diào)節(jié)時，難度較大。因此，設計了具有新特點的低噪聲對旋軸流式局部通風機，并且進行在實際工作過程中的試驗。根據(jù)2021 年11 月—2022 年3月的試驗結果得知，該通風機的整體穩(wěn)定性較好，能夠?qū)Σ煌男枨筮M行通風口的調(diào)節(jié)，且還能夠?qū)崟r地監(jiān)測通風口處的甲烷的含量來判斷通風口是否堵塞的情況，在該礦中實現(xiàn)了高效率開采的優(yōu)勢。