矿井通风新装备及检测仪表

1、第五章矿井通风新装备及检测仪表第一节 概 述 据不完全统计，目前，在用的风机运行效率大部分在045o65之间，高于07的不足l0o。风机运行效率低，主要原因有： (1)少量有待淘汰的老式708。型、By型和老式G系列离心式风机仍在使用； (2)选型不当，高效风机低效运行； (3)由于变频和调速不当导致风机效率大幅下降； (4)极少数是等积孔在6m 2以上的矿井使用低压大流量风机。 随着世界范围内能源短缺和经济增长对能源需求的增加，迫切要求人们节约能源和保护环境，围绕这一目标，开展了高效、高速、低噪和计算机集成制造技术(CIMS)的研究。 国外煤矿如美国主要通风机以轴流式为主，因为轴流式风机调节

2、范围宽，加速性能、动态特性和运行效率优于离心式风机。轴流式主要通风机有卧式和立式布置；电动机有内置式和外置式；调节方式有停车动叶可调和液压动叶可调，叶轮最大直径达63m。转子叶片用高强度铝合金制成，重量轻，防火防爆性能好。 对旋式主通风机(也属轴流式的范围)在原苏联、波兰使用广泛，离心式风机在大中型矿井使用量相对较少。 国内使用对旋式主通风机呈增长的趋势，最大直径达38m，最高效率075083，实际运行效率多为05o65。 长期以来，矿井主要通风机运行效率低是矿井通风技术与风机设计技术结合的薄弱环节，煤科总院重庆分院经过了10余年的技术积累，使这一环节得到了改善，推出了主要通风机的运行效率在0

3、75以上的高效示范矿井，如太平矿、白芨沟矿。要保证主通风机的高效可靠运行，对老产品进行技术改造，推广新型风机均是有效举措。目前，在中高压通风矿井推广对旋式主通风机是可行的，但必须与管网匹配，否则，仍然会出现低效运行；由于技术的进步，每隔68年更换一次叶片，是经济可行的，这样可使风机运行效率提高1520，每年节省的电费将达数万到数十万元。 国外煤矿掘进巷道通风主要采用轴流式、斜流式和对旋式局部通风机。对旋式风机：德国有dGAL、diE、G系列，波兰有WLEA、WLEB系列。功率为2×6kWh2×63kW，盲俭为5001200mm，额定风量1501400m3rain，额定风压2

4、4006000Pa，最高效率075执8左右。为了降低噪声，风机的机壳采用腔体充填式消声结构。 国内煤矿掘进巷道通风主要采用轴流式通风机，较老的已列入淘汰产品范围的JBT系掣壁部通风机，运行效率在03o5左右，噪声在110dB以上，目前在煤矿还占有相当的比例。还有部分单级和双级风机，具有价格优势，占据了部分市场，但综合效率较低，噪声大。 目前推广的煤科总院重庆分院研制的FD型对旋式局部通风机，功率为2x 4kW2×55kW，直径为400800mm，额定风量150800m3rain，额定风压24007100Pa最高效率0·80·85左右，送风距离10004500m，运

5、行效率05082，综合效率较单级和双级风机高20X左右，噪声小。 为满足大功率、高压头对旋式轴流风机的推广使用的需要，已研制出了能承受高风压的塑料涂覆布正压强力风筒，与大功率、高压头风机配套用于长距离通风。 为了保证大型设备如大型主要通风机运行安全，早期发现和诊断设备运行故障，对主要参数如风量、风压、轴承温度、振动速度和加速度、电流、电压等参数进行在线监测是未来通风机技术的发展方向。一些与之相关的传感器和监测仪器仪表也已经问世，只是早第二节 高性能主通风机一、大中型矿井用新型主要通风机 (一)FD型对旋式主要通风机 FD“型对旋式主要通风机是在FD型对旋式局部通风机技术基础上发展起来的新一代产

6、品。它可用作中高压矿井的地面主要通风机或井下辅助通风机，亦可用于冶金、石化、电力、铁道、公路隧道等工业领域的通风换气。该风机更能适应矿井通风的阻力特性，能长久保持高效运行，调节范围比普通轴流式风机更宽，反转反风量大，安装方便，其技术表i-5一I FD型对旋式主要通风机技术指标 配套电机 机号风量(m3·s一1) 风压Pa 效率 型 号 功率kW 1020 5001400 8l YB200L1一6 2×18.5 12 1525 8001800 81 YB225S一4 2×30 N_014 1635 8001800 81 YB280S一6 2×45 2545

7、 9002000 8l YB280M一6 2×55 NQ-16 2555 9002200 81 YB315S一6 2×75 51_018-， 3575 10002600 8l YB315L26 2×90 2×ll0 2×132 N920 3680 8002400 81 YB315L1一8 2×90 2×11039续表 配套电机 机号风量(m3·S-1) 风压Pa 效率 型 号 功率kW N922 4098 9002600 81 YB355S48 2×132 2×160 N924 64120 10

8、002600 81 YB355M一8 2×185 N9-26 80150 10002800 81 YB450Sa一8 2×250 Ne-28 90170 8002400 81 YB450M4-10 2×250 N930 100200 9002600 81 YB560Sz一10 2×280注：l6号以上的对旋风机可以现场核定风量、风压参数，并根据用户要求进行设计 风机投入管网后的运行效率大于70，远远高于全国的平均水平。 (二)KXL型斜流式主要通风机 KXL型斜流式主要通风机是煤科总院重庆分院最近开发的新产品，已申请专利。它主要适用于中小型矿井作为地面主

9、要通风机。其主要特点是，运行效率高；轴向尺寸只有普通轴流式的一半多一点，径向尺寸比离心式的小；电机可与风机分离，安装和维护方便；流量调节也十分方便。其主要参数如表l-52。表152 KXL型斜流式主要通风机技术指标 机 号 风量(m3·rain一1) 风压Pa 效率 电机功率kW N9-5 200400 300400 83 4 300500 350450 83 5.5 N_06 350600 400700 83 7.5 400650 450750 83 7.5 N_08 550850 500800 83 11 N910 6501100 6501100 83 15 big-12 750

10、1400 7001200 83 30 12002200 9001450 83 55 N914 16002600 9001600 83 75 N916 20003500 9001 600 83 90 N9-18 26004000 9001800 83 110二、小煤矿的新型主要通风机 我国近20年来小型煤矿迅猛发展。但是，由于小煤矿资金和技术不足，又长期处于一种无序状态，使得有的矿井不设主通风机而采用自然通风，有的矿井虽然设有主通风机，但其与矿井通风系统不匹配，既违反煤矿安全规程的有关规定，造成瓦斯事故频发，又使能源发生浪费。为改变这一现状，煤科总院重庆分院开发研制了ZT系列小型煤矿主要通风机和

11、无驼峰矿用轴流通风机。ZT系列的通风机有l0余种规格，配套电机从55132kW，是风量、负压范围可满足年产煤量1万t到40万t矿井通风需要的新型主要通风机。无驼峰矿用轴流通风机是在“九五”期间研制的新产品，由中国矿业大学研制，煤科总院重庆分院负责制造样机，并在山东昭阳煤矿完成了工业实验。由于其性能特点为图1-51 ZT系列小型煤矿用主要通风机 结构示意图1一集流器；2m密封罩；3一进风管；4一电机， 5一铜环装置；6一叶轮；7一扩散筒“无驼峰”，运行高效、稳定、无喘振，具有广泛应用前景。 (一)ZT系列小型煤矿主要通风机 ZT系列小型煤矿用主要通风机结构示意图如图151所示。风机主要技术参数如

12、表153所示。表1-53 ZT52、ZT60、KZS地面防爆抽出式轴流式通风机系列技术参数 型号 机号 电机功率kW风量(m3·min一1) 静压Pa 效率 11 593924 325762 >80 N9-10 15 6001100 450870 >80 ZT52 30 8001350 6501100 >80 N912 37 11001450 4901150 >80 Ng-13 45 9001800 7501250 >80 5.5 300670 400550 >76 N98 7.5 300700 450700 >76 18.5 7001200

13、 7001000 >80 ZT60 N9-11 22 7501350 7501050 >80 N914 55 15002500 1000i800 >80 Ngl6 132 28004500 7501800 >80 I 15 1020550 150870 >80 I 7.5 670470 230450 80 KZS 37 1750I350 4301080 >80 I 45 20001500 5802000 80 表153中系列风机的特点为： (1)安全性能好。风机采用了可靠的安全防爆和防止摩擦火花措施，通过流道设计，使防爆电机始终在新鲜风流中运行，对井下通风瓦

14、斯管理条件较差的小型煤矿而言，更具安 一411 2 3 4 5 6 7 8，广h一一 l 唧 厂f 嚣 J1拈 nfl m州一。1 _ _ -1Ill H I| 0 01 ， 一 ? ?，一-一I 。 。 。 。 l 图152无驼峰轴流风机结构1一集流器；2稳流器；3一叶轮；4后导叶5一轴承座；6一联轴器；7一电机；8一通风口全性。 (2)效率高。风机在设计时充分考虑了中小型煤矿通风网络特征，采用了高流量系数，相对低压力系数气动性能设计，使风机性能曲线与通风网络很好地匹配，机翼型叶片安装角度可在30。55。之间任意调节，满足矿井对不同通风风量及负压的要求，使风机始终在高效区运行。 (3)结构紧

15、凑、安装使用方便。风机采用了风机叶轮与电机出轴直联最简结构，既减少了故障环节，又减少了“机”、“电”分离结构所必需的“S”形风道和风机房等地面建筑，节省了基建投资和安装费用。(4)该风机可直接反风，反风量达到正转风量的60以上，节省了反风道基建投资。 (二)无驼峰小型矿用轴流风机 无驼峰风机消除了性能曲线的马鞍形，提高了风机的效率，可直接反转反风，具有更好的综合性能，特别适合于地方煤矿井型差异大、工况复杂的特点，具有普遍的适应性和宽广的工况覆盖面。无驼峰矿用小型主通风机样机为NQl2型，轴承箱式结构。沿轴向可分为稳流段、风机段、电机段和扩散段。图152为轴承箱式轴流通风机的结构，其性能特性曲线

16、如图l53所示。 无驼峰矿用小型主通风机的结构特点： (1)叶型采用机翼型低拱度径向扭曲变拱度设计，叶片端部适当增加拱度以改善顶隙的流动状态，保证正转运行高效并能实现直接反转反风。 (2)在风机叶轮前设置稳流器以改善小流量区气动特性，以实现性能曲线无驼峰，风机工作稳定无喘振的目标。 (3)风机叶片为无级可调式。它设计有专门的角度仪系列，以实现叶片工作角度的停机无级调节。当工况变化时，可 Q(m3S一1) (b)图卜53无驼峰轴流风机性能曲线将所需工况在性能曲线上定位，并利用插值法确定叶片的安装角，选配相应的角度仪即可。 (4)风机外壳与前置风筒及后置扩散器之间采用橡胶围带软连接，既可隔振、降低

17、噪声，又可简化维修拆卸程序，实现整机拆移换机。 (5)电机选用隔爆型内置于风机体内，结构紧凑，由独立的新鲜气流对电机进行冷却。因此可作为循环风机用于井下可控循环通风系统。 (6)轴承箱为整体式，改善了轴承的支撑和运行条件，提高了风机转子的加工和装配精度。 (7)轴承箱上装有铜热电阻温度计，连接二次仪表可实现温度遥测。 (8)在风机前后风筒上设有引压装置，便于随时监测风机运行的压力与风量，也可实现地方煤矿机电设备的远程自动化监测。第三节 新型局部通风机一、新型局部通风机发展概况 20世纪90年代，我国的新型局部通风机有了长足的发展。在压入式掘进通风作业中推广了对旋局部通风机；在瓦斯排放和掘进除尘

18、方面又出现了新型抽出式局部通风机和多功能局部通风机；在风机材质方面采用了无摩擦火花和安全摩擦火花材料；在驱动方面，除了传统的防爆电动机外，还采用了气马达；所有新型风机都设计了各种形式的消声结构。二、新型压入式局部通风机 (一)FD系列对旋式局部通风机 1对旋式风机的工作原理 对旋式局部通风机是由两个防爆电机驱动两个旋向相反的叶轮，串联组成。一般不设置导叶。 空气流入第一级叶轮获得能量后，并经第二级叶轮排出，第二级叶轮兼备着普通轴流式通风机中静叶栅的功能，在获得整直圆周方向速度分量的同时，并加给气流的能量，从而达到普通轴流式通风机不能达到的高效率、高风压。 由于是叶栅I和Il等速相反转动，空气经

19、过两级叶栅后得到了较高能量，即在同样轴向进、排气条件和同样叶列数的情况下，对旋式局部通风机可以比普通局部通风机提高68的作功能力。 2FD系列对旋式局部通风机的主要特点 FD系列对旋式局部通风机是我国研制较早，推广应用比较广泛的一种大功率局部通风机，它具有以下特点： (1)该系列风机第一级和第二级两个贴得很近，风叶采用扭曲的圆弧钢板叶片。叶轮材质为软钢。 (2)该系列风机属于无静叶轴流式通风机和采用外包复式单孔空腔共振吸声结构消声器组合体，具有较低的噪声。 (3)该系列风机在工作面范围区域和最高效率下的流量系数变化不大，而压力系数变 一43化却不小，即PQ性能曲线较普通轴流式通风机陡，故非常适

20、合掘进工作面定风量控压力增加较大，而风量变化较小。因此，只要风筒接头质量好，漏风率在规定值内，级运行时，FD一1NN-06型对旋风机在1020m-2掘进断面的送风距离可达2000m以上1N05型风机在68m2掘进断面可达l500m。 (4)该系列风机效率提高，满载时为80左右，高出JBT系列风机810个百 3FD系列对旋式局部通风机的基本结构和技术指标 FD系列风机的基本结构如图154所示。 图154 FD一1N(2_6型风机结构示意图1一集风器；2前消声器；3一前机壳；4-电机；5-1级叶轮 6一级叶轮；7后机壳；8一后消声器FD系列风机主要技术指标见表l54。表1-54 FD系列对旋式局部

21、通风机技术指标 机 号 技术指标 单位 FD一1NQ5ll FD-IN9515 FD一1522 FD一1N-0630 FD一1N9660 风量m3rain 210150 250190 300230 400300 600400 全压 Pa 5002800 7003200 8003700 15004500 12505500 全压效率 75 75 80 j-80 80通噪A声级dB(A) 90 90 90 90 90风吉比A声级 dB 25 25 25 25 25机 型号 YBFfl32S一2 YBFl 32S一2 YBFl 60M一2 YBFl 60M一2 YBP200LZ 功率 kW 2

22、5;5.5 2×7.5 2×11 2×15 2×30 额定电压 V 380660 380660 380660 380660 380660 额定电流 A 11.16.4 158.69 21.512.4 28.716.6 56.432.8 外形尺寸(长、 宽、高) 1632×650×1040 2360×950X 790 重量 kg 360 360 900 900 1800 (二)FD系列对旋式局部通风机 FD型对旋式局部通风机是在国家科技部产业化政策支持下，根据国际矿用风机发展趋势，结合我国煤矿开采特点及其对局部通风的要求，总结

23、了原FD系列对旋式局部通风机使用中暴露出来的问题，考虑了用户新的需求，吸收了国内外风机前沿新技术而开发的新一代产品，其技术指标见表l55。表1-55 FD系列局部通风机技术指标表机号 直径 mm 风量(m3·rain一1) 风压 Pa效率比A声级 rib 电机功率 kW 推荐使用风简直径ram N(2_4 400 120260 2600300 80 <10 2×4 450(400) 150280 3000350 82 <10 2×5.5 N9-5 500 170300 3550400 82 <10 2×7.5 500(450) 2203

24、80 4000450 83 <10 2×11 600(500) N95.6 560 235390 5000550 85.7 <12 2×15 600 1',19-6 600 285465 5700650 83.2 <12 2×18.5 600 Ne-6,3 630 300465 5600700 80.5 <12 2×22 700(600) 420600 63001000 83 <12 2×30 8006.7 670 420600 67001000 83 <12 2×37 I'92-7

25、.5 750 540800 70001 500 83 <15 2×45 1000 N98 800 660950 7100l500 80.5 <1 6 2×55 1200(1000)注：表中风量风压为标准状态下的参数，实际运行参数应根据风机安装地点的密度对压力进行换算，风量不变5 括号中的值为短距离(<1000m)通风或使用金属风筒或玻璃钢风筒时选用。 (三)KDZ型对旋式局部通风机 KDZ型风机由集流器、消声器、机壳、叶轮、电动机等部分组成。它的特点是风机叶轮为翼型钢制；具有高效和高压(最高可达8000Pa)，适用于矿井井下长距离(大于1500m)巷道掘进

26、通风。 KDZ型风机的主要技术参数如下： 风量(m3·min_1) 250450 风压Pa 66002500 全压效率 80 功率kW 2×26 噪声(比A声级)dB l5 质量k9 1200 该风机在峰峰、阳泉等矿区使用，取得了好的效果。 三、新型抽出式局部通风机 (一)原理、结构及分类 煤矿用抽出式局部通风机除需具有一般局部通风机的性能外，还需满足防止产生摩擦 一45火花和电动机不直接与抽出的乏风相接触等要求。 当前，世界上可作煤矿压抽式的电动局部通风机有两种，即以英国B型风机为流道分叉式和以波兰WLEB型为代表的电动机隔离密闭腔式。 我国煤矿抽出式局部通风机是在研究了

27、上述两种代表型风机利弊的基础上，结的具体情况研制而成。大体上可分为两大类。 1无摩擦火花型 动叶片或叶轮采用阻燃、抗静电的工程塑料注塑成型。因工程塑料为热塑性材料，熔融温度200300。C，不会产生高温粉屑，所以不产生摩擦火花。 ： 2安全摩擦火花型 动叶铜合金，轮毂用软钢制成；或者叶轮外的机壳内壁镶铜环，叶轮用软钢制成。因软钢与铜产生的摩擦火花能量不足以点燃沼气，故称之为安全摩擦火花。 上述每一类型风机又可分为电动机驱动和气动马达驱动，而电动机驱动又可分为外电机(流道分叉式)和内置电机，(密封腔式)。 (二)无摩擦火花型抽出式局部通风机 1FSD一2×185型塑料叶轮抽出式局部通风

28、机 为了使风机能在高瓦斯涌出的长距离巷道条件下做抽出式运转，同时还要保证高效低噪，采用了内置式电机和对旋式气动原理。流道中的电机用特殊密闭腔与乏风隔开；风机叶轮采用阻燃抗静电塑料以防止产生摩擦火花；外壳采用消音结构。 FSD一2×185风机由下述五部分组成： (1)具有阻燃、抗静电(内添加型)工程塑料叶片的叶轮一对； (2)2台YBFdl60L一2型防爆电机； (3)2套隔离密封腔将风机流道与电机隔离； (4)带消音结构的扩散器和进气罩各一个； (5)带消音结构的风机外壳2套。 叶轮由单片塑料叶片和轮毂组装而成。叶片由模具注塑制成单件，组装时，先将叶片镶嵌在钢制轮毂上，然后且螺栓紧固

29、起来，两端面用铜皮覆盖。 FSD一2 x 185型风机技术参数如下： 叶轮直径mm 630 风量(m3·minl)470290 风压Pa 5005300 功率kW 2×185 全压效率805 静压效率 773 噪声dB l25 该风机适用于长距离高瓦斯巷道掘进时作压抽式通风，适用于走向长、隅角瓦斯涌出量大的回采工作面处理隅角瓦斯；可作除尘风机。 该风机在晋城、盘江、兖州等l0余个矿区使用，取得了很好的效果。 2FSWZlib型塑料叶轮外电机抽出式局部通风机·该风机在普通风机气动原理基础上采用了英国B型风机的流道分叉式结构，使电机置 一46于风机流道之外；又采用了波

30、兰WLEB型风机的塑料叶轮防摩擦火花方式。 塑料叶轮由单件叶片和轮毂组装而成。叶片和轮毂由模具注塑成单件，组装时将叶片镶嵌在轮毂上，用专门的粘结剂粘结而成。塑料叶轮抗静电阻燃，符合MTll385标准的规定。全塑叶轮是该风机不同于波兰之处。 FSWZ一118型风机的技术参数为： 风量(m3·rain_1) 250150 风压Pa l602270 静压效率 667 全压效率 704 电动机功率kW ll 风机转速(r·minl) 2900 噪声(比A声级)dB l79 该风机适用于煤矿井下含爆炸性物质(瓦斯和煤尘)环境作抽出式局部通风，可以抽排井下局部积聚瓦斯，也可与除尘装备联

31、合使用排除工作面粉尘。 该风机已在西山、淄博等15个矿区使用，取得了很好的效果。 3SQF一5和SQF一36型塑料叶轮气动风机 该风机是在普通风机和对旋风机的气动原理基础上，采用全塑叶轮以防止摩擦火花；采用气动马达代替电动机驱动，以防止电火花，成为真正的无火花风机，风机还可以进行无级调速，使风量可以任意改变。 SQF一5型风机是单级塑料叶轮加单台叶片气马达构成。 SQF一36型风机是两级塑料叶轮加两台叶片式马达构成对旋式风机。 风机的技术参数如下：风机型号叶轮直径ram风 量(m3·min-1)风 压Pa风机转速(r·minl)风机机组效率气马达功率kW结构形式SQF一36

32、 400 168787501500 3200 028 2×3 对旋 该风机是无火花型，适用于其他各类电动风机无法使用的高浓度瓦斯环境，特别是适合在风流瓦斯有时超限的回采工作面处理隅角瓦斯和巷道复工时的瓦斯排放。在松藻、天厢、阜新等10余个矿区处理隅角瓦斯时效果极佳。 (三)安全摩擦火花型抽出式局部通风机 FDC一1系列和KDZ型抽出式对旋局部通风机具有高压、高效、低噪结构紧凑的特点，由集风器、机壳、电动机、叶轮、芯筒等部分组成。叶轮是由铜铸叶片钢制轮毂焊接而成。内置式电动机采用了特殊的密封腔与流道乏风隔离。 FDC-1系列和KDZ型风机技术参数如表1-56。 一47表卜56 FDC一

33、1、KDZ型抽出式局部通风机技术参数 FDC一1 KDZ 项 目 单位 N_0511 No-515 N9630 N9644 652 风 量 ril3rain 200140 2301 50 400270 450280 450250 全 压 Pa 7002650 8002700 13504000 15004500 25006000 静 压 Pa 4002500 7002600 12003500 14004000 23005500 全压效率 65 65 70 70 70 静压效率 60 60 65 65 65 额定转速 rmIn 2900 2900 2930 2940 2940噪声(LsA) dB

34、25 25 25 25 25 功 率 kW 2×5.5 2×7.5 2×l5 2×22 2×26 该风机适用于煤矿井下含爆炸性物质(沼气和煤尘)环境作抽出式局部通风。可以抽排井下局部瓦斯积聚或与除尘装备联合使用排除工作面粉尘。在阳泉、开滦、广元等矿区使用效果良好。四、FSQD一185型矿用多功能局部通风机 (一)技术原理 FSQD一18·5型风机在巷道掘进通风中既可作压入式也可作抽出式运转。风机叶轮用阻燃抗静电塑料制造，以防止产生摩擦火花，采用特殊外壳的隔爆电动机和气马达驱动。气马达与叶轮的联接采用特殊的自动离合器。风机正常运转时，由电动机驱动，气马达不工作，停电后，电磁阀自动打开，压缩空气进入气马达驱动叶轮继续运转