學習情境六 礦井風量調節(jié)

1、學習情境六 礦井風量調節(jié)隨著礦井生產的發(fā)展和變化，工作面的推進和更替，巷道風阻、網絡結構及所需的風量均在不斷變化，要求及時進行風量調節(jié)。通常，對全礦總風量進行增減的調節(jié)稱為礦井總風量調節(jié)，在采區(qū)內、采區(qū)之間和生產水平之間的風量調節(jié)稱為局部風量調節(jié)。任務一 礦井總風量的調節(jié)礦井總風量調節(jié)主要是調整主要通風機的工作點。其方法是改變主要通風機的特性曲線，或是改變主要通風機的工作風阻。一、改變礦井總風阻如圖6-1所示的通風機工況，通風機特性曲線為n，當礦井風阻特性曲線R增大為R1時，通風機的工作點由a變到b，礦井總風量由Q減到Q1；反之，工作點由a變到b，礦井總風量由Q增至Q2。圖6-1 改變礦井總風

2、阻調節(jié)風量因此，當礦井要求的通風能力超過主要通風機最大潛力又無法采用其它調節(jié)法時，就必須降低礦井總風阻，以滿足礦井通風要求。如果主要通風機的風量大于礦井實際需要，可以增加主要通風機的工作風阻，使總風量下降。由于離心式通風機的輸入功率隨風量的減少而降低，所以，對于離心式風機，當所需風量變小時，可利用風硐中的閘門增加風阻，減小風量；對于軸流式風機，通風機的輸入功率隨風量的減小而增加，故一般不用閘門調節(jié)而多采用改變通風機的葉片安裝角度，或降低風機轉速進行調節(jié)；對于有前導器的通風機，當需風量變小時，可用改變前導器葉片角度的方法來調節(jié)，但其調節(jié)幅度比較小。二、改變主要通風機特性調節(jié)法1、離心式通風機對于

3、礦井使用中的一臺離心式通風機，其實際工作特性曲線主要決定于風機的轉數。如圖6-2所示，一臺離心式通風機在轉數為n1時，其風壓特性曲線為。如果實際產生的風量（Q1）不能滿足礦井需風量（Q2）時，可用比例定律求出該風機所需新的轉數n2，即： = ， （6-13）繪制出新轉數n2時的全風壓特性曲線，它和礦井總風阻曲線R的交點M即為通風機新的工作點。同時，根據新轉數的效率特性曲線和功率特性曲線，檢查新工作點是否在合理的工作范圍內，并驗算電動機的能力。改變通風機轉速是改變離心式通風機特性曲線的主要方法。其具體做法是：如果通風機和電動機之間是間接傳動，可以改變傳動比或改變電動機的轉數；如果通風機和電動機是

4、直接傳動，則可改變電動機的轉數或更換電動機。圖6-2 改變通風機的轉數調節(jié)風量2、 軸流式通風機軸流式通風機特性曲線的改變，主要決定于通風機動輪葉片安裝角和通風機轉數兩個因素。在礦井生產中，常采用改變軸流式通風機葉片安裝角的方法實施調節(jié)。如圖6-3所示，正常運轉時，葉片安裝角為1（27.50），運轉工況點為特性曲線上的a點；由于生產需要，礦井總阻力增加，為保證原有的風量，主通風機運轉工況點移至b點，此時，則把葉片安裝角調整到2（300），才能使風壓特性曲線通過b點，從而保證礦井總風量的需要。圖6-3 改變軸流式通風機的葉片安裝角軸流式通風機的葉片，是用雙螺帽固定于輪轂上，調整時只需將螺帽擰開，

5、調整好角度后再擰緊即可。這種方法的調節(jié)范圍比較大，一般每次可調5（每次最小可調2.5），而且可使通風機在最佳工作區(qū)域內工作。采用變頻技術控制主要通風機的礦井，在一定范圍內，也可通過調整電動機轉數，方便地實現總風量的調節(jié)。3、對旋式通風機對旋式通風機是近年來開發(fā)應用的新型高效軸流式風機。其調節(jié)方法和一般軸流式通風機相似，可以調整風機兩級動輪上的葉片安裝角（可調整其中一級，也可同時調整兩級），也可以改變電動機的轉數。由于對旋式通風機的兩級動輪分別由各自的電動機驅動，在礦井投產初期甚至可單級運行。任務二 局部風量的調節(jié)局部風量調節(jié)有三種方法：增加風阻調節(jié)法、降低風阻調節(jié)法和輔助通風機調節(jié)法。一、增加

6、風阻調節(jié)法1、增阻法調節(jié)原理如圖6-4所示為某采區(qū)兩個采煤工作面的通風網路圖。已知兩風路的風阻值R1=0.8NS2/m8，R2=1.0NS2/m8，若總風量Q=12m3/s，則該并聯網路中自然分配的風量分別為：圖6-4 并聯通風網路Q1=6.3 m3/sQ2=Q-Q1=126.3=5.7 m3/s如按生產要求，1分支的風量應為Q=4.0 m3/s，2分支的風量應為Q=8.0 m3/s，顯然自然分配的風量不符合生產要求。按滿足生產要求的風量，兩分支的阻力分別為： h1=R1Q2=0.842=12.8Pa h2=R2Q2=1.082=64.0 Pa2風路的阻力大于1風路的阻力，這與并聯網路兩分支分

7、壓平衡的規(guī)律不符。因此，必須進行調節(jié)。采用增阻調節(jié)法，即以h2的數值為并聯風網的總阻力，在1風路上增加一項局部阻力hc，使兩風路的阻力相等，這時進入兩風路的風量即為需要的風量。h1+ h窗= h2或 h窗= h2- h1即 h窗=64-12.8=51.2 Pa以上說明，增阻調節(jié)法的實質就是以并聯風網中阻力較大的分支阻力值為依據，在阻力較小的分支中增加一項局部阻力，使并聯各分支的阻力達到平衡，以保證風量按需供應。增阻調節(jié)法的主要措施，是在調節(jié)支路回風側設置調節(jié)風窗（如圖6-5所示）、臨時風簾、風幕（如圖6-6所示）等調節(jié)裝置。其中調節(jié)風窗由于其調節(jié)風量范圍大，制造和安裝都較簡單，在生產中使用的最

8、多。圖6-5 調節(jié)風窗圖6-6 風幕調節(jié)風窗的開口斷面積計算：當/0.5時， = (6-1)或 = (6-2)當/0.5時， = （6-3）或 = (6-4)式中 S窗-調節(jié)風窗的斷面積，m2； S-巷道的斷面積，m2； Q-通過的風量，m3/s； H窗-調節(jié)阻力，Pa；R窗-調節(jié)風窗的風阻，Ns2/m8，R窗= h窗/Q2。上例中，若1分支回風側設置調節(jié)風窗處的巷道斷面S1=4.5m2，則調節(jié)風窗的開口斷面積為：/=0.140.5則= =0.61 m22、增阻法調節(jié)的分析1）增阻調節(jié)法使風網總風阻增加，如果主要通風機特性曲線不變，總風量會減少，在一定條件下，可能達不到調節(jié)風量的預期效果。如圖

9、6-7所示，已知主要通風機特性曲線和兩分支風阻R1、R2。在圖上按照“風壓相等，風量相加”的原則，繪制并聯風網的總風阻曲線R。R與的交點a即為主要通風機的工作點，a點的橫坐標則為礦井的總風量Q。從a作水平線和R1、R2交于b、c兩點，則b、c兩點的橫坐標Q1、Q 2為兩風路自然分配的風量。如果在1風路中采取增阻法調節(jié)，增加的風阻值為R窗，1風路中的風阻則上升為R1（R1= R1+ R窗），在圖上繪出R1的曲線,并繪出R1和R2并聯的風阻曲線R,由R與的交點a解出調節(jié)后的礦井總風量Q。由a作水平線交R1和R2于b、c,則調節(jié)后分配在兩分支中的風量分別為Q1、Q 2 ?？梢钥闯觯L量調節(jié)后由于礦井

10、總風阻值的增加，使總風量減少，其減少值為Q=Q Q；增阻的1分支中風量也減少,其減少值為Q1= Q1 Q1；另一支風量增加，其增加值為Q 2= Q 2 Q 2 。顯然減少的多，增加的少，其差值就等于總風量的減少值，即： Q= ( Q1Q 2)( Q1Q 2)=( Q1Q1)( Q 2 Q 2)=Q1Q 2 m3/s圖6-7 增阻法調節(jié)分析圖6-8 通風機風壓曲線陡緩對調風的影響2） 總風量的減少值與主要通風機性能曲線的緩、陡有關。如圖6-8所示，為軸流式通風機風壓特性曲線，為離心式通風機風壓特性曲線。R、 R分別為調節(jié)前后的風阻曲線?？梢钥闯?，QQ，表明通風機風壓特性曲線越陡，總風量減少值越小

11、，反之則越大。3、增阻調節(jié)法的使用1）調節(jié)風窗一般安設在回風側，以免影響運輸。當必須安設在運輸巷道時，可采取多段調節(jié)，即用若干個大面積調節(jié)風窗代替一個面積較小的調節(jié)風窗，且滿足小面積風窗的阻力等于這些大面積風窗的阻力之和。2）在復雜風網中采用增阻法調節(jié)時，應按先內后外的順序逐漸調節(jié)。使每個網孔的阻力達到平衡。要合理確定風窗的位置，防止重復設置。例如：圖6-9所示的復雜網路，若每條風路所需的風壓值已確定（圖中括號內數值、單位Pa），合理的調節(jié)順序應該按ABCDE網孔，依次調節(jié)，并分別在ab(10 Pa)支路、cd(50 Pa)支路、ef支路設置調節(jié)風窗，增加的風壓值分別為10 Pa、20 Pa、

12、30 Pa。圖6-9 復雜風網中風窗調節(jié)的順序3）風窗一般安設在風橋之后（圖6-10b）。如果將風窗安設在風橋之前（圖6-10a），由于風流經風窗后壓降很大，造成風橋上、下風流的壓差增大，可能導致風橋漏風增大。圖6-10風橋前后風窗的位置增阻調節(jié)法具有簡單、易行的優(yōu)點，是采區(qū)內巷道間的主要調節(jié)措施。但這種方法會使礦井的總風阻增加，若主要通風機風壓特性曲線不變，會導致礦井總風量下降；否則，就得改變主要通風機風壓特性曲線，以彌補增阻后總風量的減少。二、降低風阻調節(jié)法1、 降阻法調節(jié)原理如圖6-11所示的并聯風網，兩分支風路的風阻分別為R1和R2（Ns2/m8），所需風量分別為Q1和Q2（m3/s）

13、，則兩條風路產生的阻力分別為：圖6-11 并聯風網 h1= R1 Q12 h2= R2 Q22 如果h2h1，采用降阻調節(jié)法調節(jié)時，則以h1的數值為依據，使h2減少到h2= h1。為此，需把R2降到R2，即：h2= R2Q22= h1 = （6-5）以上表明，降阻調節(jié)法與增阻調節(jié)法相反。為了保證風量的按需分配，當兩并聯巷道的阻力不相等時，以小阻力分支為依據，設法降低大阻力巷道的風阻，使風網達到阻力平衡。2、 降阻調節(jié)法及計算降低風阻值的方法可根據所需降阻數值的大小和礦井通風狀況而定。當所需降阻值不大時，首先應考慮減小局部阻力，還可以在阻力大的巷道旁側開掘并聯巷道（可利用廢舊巷），也可以改變巷道

14、壁面平滑程度或支架型式，通過減少摩擦阻力系數降低風阻；當所需降阻值較大時，可采用擴大巷道斷面的方法，條件允許時，也可縮短通風路線總長度降低風阻。如果將圖6-8中2支路巷道全長L2（m）的斷面擴大到S2（m2），則：= （6-6）式中 -擴大后斷面的摩擦阻力系數，Ns2/m4； -2分支巷道擴大后的斷面周長，m。= （ 6-7）式中 K-巷道斷面形狀系數： 梯形巷道：K=4.034.28，一般取4.16 三心拱巷道：K=3.84.06，一般取3.85 半圓拱巷道：K=3.784.11，一般取3.90將（6-7）式代入（6-6）式，得出巷道2擴大后的斷面積公式為：= （6-8）如果采用改變摩擦阻力

15、系數降阻時，減小后的摩擦阻力系數公式為：= （6-9）降阻調節(jié)法可使礦井總風阻減少，若主要通風機風壓特性曲線不變，礦井總風量會增加。但這種方法工程量大、投資多、施工時間較長，所以降阻調節(jié)法多在礦井增產、老礦挖潛改造或某些主要巷道年久失修的情況下，用來降低主要風路中某一段巷道的通風阻力。三、輔助通風機調節(jié)法1、輔助通風機調節(jié)法原理如圖6-12所示，如果按需要風量Q1、Q2計算出兩風路的阻力h2h1時，可在風路2中安裝一臺輔助通風機，用輔助通風機的風壓來克服該風網的阻力差，使其符合風壓平衡，即：圖6-12 輔助通風機調節(jié)法原理 （6-10）式中： h輔輔助通風機風壓，Pa； h1 1風路按需風量（

16、Q1）計算的阻力，Pa； h2 2風路按需風量（Q2）計算的阻力，Pa?？梢钥闯?，輔助通風機調節(jié)就是以阻力小的風路阻力為依據，在阻力較大的風路中安裝一臺輔助通風機，利用輔助通風機的風壓克服一部分通風阻力，使并聯風網阻力達到平衡定律，從而實現風量調節(jié)的目的。2、 輔助通風機的選擇輔助通風機的選擇方法有多種，這里只介紹一種簡單方法。1）輔助通風機的風壓輔助通風機的風壓，就是并聯風網的兩分支的阻力差。由式（6-13）可知：= （ 6-11） 式中 R1、R21、2兩分支的風阻，Ns2/m8； Q1、Q 21、2兩分支的需要風量，m3/s。2)輔助通風機的風量輔助通風機的風量，就是該巷道的需風量，即

17、：= （6-12）通過計算出的輔助通風機的風壓和風量，就可選擇合適的通風機。3、 輔助通風機的安裝和使用1）為了保證新鮮風流通過輔助通風機而又不致防礙運輸，一般把輔助通風機安設在進風流的繞道中，如圖6-10所示，但在進風巷道中至少要安設兩道自動風門，其間距必須滿足運輸的要求，風門必須向壓力大的方向開啟。如果把輔助通風機安設在回風流中，安設方法基本相同，但要設法引入一股新鮮風流給風機的電動機通風（如利用大鉆孔等方法），使電動機在新鮮風流中運轉。為此，安設電動機的硐室必須與回風流嚴密隔開。圖6-13 輔助通風機的安裝2）如果輔助通風機停止運轉，必須立即打開進風巷道中的風門，以免發(fā)生相鄰區(qū)域的風流逆

18、轉，甚至產生循環(huán)風。此時，應根據具體情況，采取相應安全措施。重新啟動輔助通風機之前，應檢查附近20m內的瓦斯?jié)舛?，只有在不超過規(guī)定時，才允許啟動風機。3）采空區(qū)附近的巷道中安設輔助通風機時，要選擇合適的位置。否則，有可能產生通過采空區(qū)的循環(huán)風或漏風，甚至引起采空區(qū)的煤炭自燃。4）嚴禁在煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出的礦井中安設輔助通風機。四、各種調節(jié)方法的評價增阻調節(jié)法的優(yōu)點是簡便、經濟、易行。但由于它增加了礦井總風阻，礦井總風量要減少，因此這種方法只適于服務年限不長、調節(jié)區(qū)域的總風阻占礦井總風阻的比重不大的采區(qū)范圍內。對于礦井主要風路，特別是在阻力搭配不均的礦井兩翼調風，則盡量避免采用。否則

19、，不但不能達到預期效果，還會使全礦通風惡化。減阻調節(jié)法的優(yōu)點是減少了礦井總風阻，增加了礦井總風量。但實施工程量較大、費用高。因此，這種方法多用于服務年限長、巷道年久失修造成風網風阻很大而又不能使用輔助通風機調節(jié)的區(qū)域。輔助通風機法調節(jié)的優(yōu)點是簡便、易行，且提高了礦井總風量。但管理復雜，安全性較差。因此，這種方法可在并聯風路阻力相差懸殊、礦井主要通風機能力不能滿足較大阻力風路要求時使用。總之，上述三種風量調節(jié)方法各有特點，在運用中要根據具體情況，因地制宜選用。當單獨使用一種方法不能滿足要求時，可考慮上述方法的綜合運用。復習思考題6-1 為什么風量調節(jié)是礦井通風管理的主要內容？6-2 什么是局部風量調節(jié)？什么是礦井總風量調節(jié)？二者有什么不同？6-3 增阻調節(jié)法的實質是什么？6-4 增阻調節(jié)法對礦井通風網路有什么影響？6-5 使用增阻調節(jié)法對應注意哪些問題？6-6 降阻調節(jié)法的實質是什么？6-7 使用降阻調節(jié)法時應注意哪些