第三章礦井通風設備

礦井通風設備包括通風機、電氣設備、擴散器及反風裝置等。§3—1概述一、礦井通風設備的作用向井下輸送新鮮空氣，稀釋和排除有毒、有害氣體，調節井下所需風量、溫度和濕度，改善勞動條件，保證安全生產。二、礦井通風方法及方式1、通風方法自然通風：機械通風：（每個礦井必須采用（《規程》規定））2、主通風設備的工作方式抽出式：（我國常采用）壓入式：三、礦井通風系統1、中央式通風系統2、對角式通風系統3、區域式通風系統4、混合式通風系統四、通風機的分類1、礦用通風機按其結構和工作原理，可分為離心式和軸流式兩大類。2、按其用途、服務范圍可分為以下三類：（1）主要通風機；（2）輔助通風機（3）局部通風機。3、按葉輪數目分：單級——通風機只有一個葉輪；雙級——通風機有兩個葉輪。五、通風機的工作原理通風機的分類通風機按服務范圍分，可分為主要通風機（它負責全礦井或某一區域通風任務）和局部通風機（它負責掘進工作面或加強采煤工作面通風）；按氣體在葉輪內部流動方向分，可分為離心式通風機和軸流式通風機（一）離心式通風機的工作原理P83（二）軸流式通風機的工作原理P84六、通風機的性能參數1、風量（流量）（Q）單位時間內通風機輸送的空氣體積。單位是：m3/s、m3/min、m3/h2、風壓（P）單位體積的空氣流經通風機所獲得的能量。通風機的風壓分為靜壓、動壓和全壓。單位為Pa（N/㎡）（1）靜壓（Pj）指單位體積的氣體流過通風機后所獲得的壓力能（即壓力勢能）（2）動壓（Pd）指單位體積的氣體流過通風機后所獲得的動能。（3）全壓（P）指單位體積的氣體流過通風機后所獲得的總能量。3、功率（1）軸功率（P）單位KW。（2）有效功率（Pe）指單位時間內氣體從通風機獲得的能量。PX=QH/10005、轉速（n）風機葉輪每分鐘的轉數，單位為r/min。4、效率（1）全效率（η）指通風機的有效功率與軸功率之比。（2）靜效率（ηj）指在上式中如果用靜壓代替全壓，則所得的效率稱為靜效率。§3—2通風機的特性曲線一、離心式通風機的特性曲線（1）風量—風壓曲線（Q—H曲線）如圖示。（2）風量—功率曲線（Q—N曲線）當風量為零時，功率為最小數值，隨著風量的增加，功率逐漸變大，因此，離心式通風機須在關閉調節風門時啟動。（3）風量效率曲線（Q—η曲線）形狀近似拋物線，隨風量的增加，效率也逐漸增大，當增到最大值后又隨著風量的增加而減小。二、軸流式通風機的特性曲線（1）風量—風壓曲線（Q—H曲線）呈現馬鞍形，駝峰狀，在馬鞍的左端是不穩定階段，在駝峰的右區域工作較穩定。（2）風量—功率曲線（Q—N曲線）當風量為零時，功率有較大數值，隨著風量的增加，功率逐漸變為最小值，而后又達到最大值。因此，軸流式通風機在啟動時，閘門不允許全閉起動的。（3）風量效率曲線即Q—η曲線形狀近似拋物線，隨風量的增加，當增到最大值后又隨著風量的增加而減小。二、通風網絡特性曲線通風機是與一定的網絡相連接而進行工作的，因此通風機本身與相應的網絡構成一個完整的系統。通風機的工作狀況不僅取決于通風機本身，同時也取決于網絡的狀況。通風網絡特性曲線三、通風機工況點和工業利用區（一）工況點1、定義：將通風機的特性曲線與網絡特性曲線，按同一比例畫在同一坐標圖上所得的交點。2、工況參數：QM、HM、PM、ηM。注意：網絡特性曲線與風壓特性曲線的對應關系。（二）工業利用區1、劃定原則穩定性和經濟性1、劃定方法（1）穩定工作條件（有且只有一個工作點）（2）經濟工作條件大于等于0.8倍，但不小于0.6倍通風機的工況點四、通風機的工況調節及運行調節原因：在礦井開采過程中，通風網絡的參數是變化的，為了適應這種變化，通風機的工況應具有可調節性。調節途徑：一是改變網絡特性曲線調節法；二是改變通風機特性曲線調節法。（一）改變網絡特性曲線調節法1、閘門調節（1）調節原理及方法注意：閘門調節不節能。（2）適用范圍及特點設備簡單，調整容易而均勻。但有附加能量損失。只能作為一種暫時的應急方法使用。2、串并聯巷道

（二）改變通風機特性曲線調節法

1、改變葉輪轉速調節法（1）調節原理比例定律：（2）調節方法1）階段調節2）無級調節注意：轉速不能超過葉輪圓周速度允許值。（3）應用范圍及特點1）特點

調節范圍較寬，在網絡特性不變的情況調節時，效率不變。階段性調速的調節機構簡單，但必須在停機時操作；無級調速機構復雜投資大，但調節性能好，節電效果明顯，其投資很快可以得到補償，且能在不停機情況下完成調節工作。2）應用范圍：離心式和軸流式都可使用。2、改變葉片安裝角調節法（1）調節原理（2）調節方法1）停機調節方法：人工和機構2）動葉調節調節原理

平衡抵消閉合力矩。調節機構

油壓式、機械式、電氣式（3）特點及適用范圍停機調節葉片安裝角的機構簡單，理論上可以實現無級調節，但由于必須停機操作，實際上只能做到階段調節，調節范圍較寬，調節中效率有所變化。動葉調節的調節機構比較復雜，可在不停機情況下完成操作并實現無級調節。調節范圍廣，而且可以得到覆蓋全調節范圍的特性，調節時效率有所變化。采用這種機構便于實現自動化。廣泛應用于軸流式通風機的調節中。

（2）調節方法1）離心式通風機的前導器2）軸流式通風機的前導器（3）特點及適用范圍前導器調節法調節的機構比較簡單，可以在不停機的情況下完成操作，通常只能達到階段調節的目的，在網絡特性不變的情況下調節時，效率有所變化。由于調節范圍比較窄，作為其它階段性調節的補充較為適宜。

3、前導器調節法（1）調節原理4、改變軸流式通風機級數和葉輪葉片數調節法（1）調節原理（2）調節方法注意：改變葉片數目后，葉輪的平衡問題。（3）特點及適用范圍不需要另外附加機構，需要在停機情況下操作。只能實現階段調節，可調范圍窄，效率也有所變化，可以作為輔助的調節措施。五、通風機的聯合工作當一臺通風機不能滿足礦井通風要求時，可以將多臺通風機同時在網絡上工作，增加系統的風量或提高風壓，滿足礦井通風要求。這種多臺通風機在一個網絡上同時工作稱為通風機的聯合工作。聯合工作的基本方式為串聯和并聯。

（一）通風機的串聯工作1、串聯工作的任務增加風壓2、串聯工作的特點兩臺風機的風量相等，風壓為兩臺風機在該流量下的風壓之和。3、串聯工況點（1）構造等效風機按照“相同流量下，風壓相加”的原則。（2）求等效風機的特性曲線（3）等效工況點（4）串聯效果

注意：兩臺風機串聯后并不都是增加風壓。一般是對于網絡阻力較大的系統，串聯效果較好。

（二）通風機的并聯工作1、并聯工作的任務增加風量2、并聯工作特點兩臺風機產生的風壓相等，都等于克服網絡阻力所需的風壓，通過網絡的風量等于兩風機風量之和。3、并聯工況點（1）構造等效風機按照“等風壓下，流量相加”的原則。（2）求等效風機的特性曲線（3）等效工況點（4）并聯效果注意：兩臺風機并聯后并不都是增加風量。一般是對于網絡阻力較小的系統，并聯效果較好；兩臺風機并聯后運轉的穩定性。

§8—3通風機的構造及反風裝置

一、離心式通風機的構造及性能（一）結構 離心式通風機的主要氣動部件是葉輪、集流器（進風口）和外殼。1、葉輪——由前盤面、后盤面和葉片組成。用于礦井通風的離心式通風機屬于中、低壓風機過去，它的葉輪葉型多采用圓弧形；現在，多采用機翼形葉片，葉輪的葉片數目與安裝角和葉輪外徑對內徑的比值有關，2、外殼（螺殼）風機的外殼的作用是匯集從葉輪流出的氣流，并輸送到外殼的出口。形狀外殼的截面呈螺旋狀。其螺殼的型線與其中氣流要求有關。假定氣流在所有徑向截面中的流速保持常數，其螺殼的型線應是阿基米德螺線；若假定葉輪出口絕對速度在圓周方向上的分量，即旋繞速度C2u的分布規律為C2uR=常數，則螺殼的型線為對數螺旋線。3、集流器（進風口）集流器的作用是保證氣流平穩地進入葉輪，使葉輪得到良好的進氣條件。常用的是錐弧形的，它的前半部分是圓錐形的收斂段，后部是近似雙曲線的擴散段，前后兩段之間的過度段，是收斂度較大的喉部。氣流進入這種集流器后，首先是緩慢加速，在喉部形成高速氣流，而后又均勻擴散，均勻地充滿整個葉輪流道。集流器的喉部形狀和喉部直徑，對風機效率有較大影響。集流器與葉輪入口部分之間的間隙形式和大小，對容積損失和流動損失有重要影響。4—72和4—73模型機采用徑向間隙，通過這種間隙的泄漏氣流方向，與主氣流方向一致，不會干擾主氣流。此外，為了減少容積損失，在工藝允許的條件下，應盡可能采用較小的間隙尺寸。

（二）幾種常用離心式通風機1、4—72—11型離心式通風機（1）結構特點（2）型號意義□4—72—11—No.20B右90°□——一般用字母表示通風機的用途。“G”表示鍋爐用通風機；“K”表示礦用通風機；4——最高效率點的全壓系數乘以10；72——比轉數1——表示葉輪進風方式。“1”表示葉輪單側進風；“0”

表示葉輪雙側進風No.20——機號；葉輪直徑除以100B——傳動方式（離心式通風機的傳動方式有六種：A—無軸承箱；B—支撐皮帶（懸臂支撐，皮帶傳動，帶輪在支撐點中部）；C—懸臂皮帶；D—懸臂聯軸節；E—中間皮帶；F—中間聯軸節。一般4—72—11和G4—73—11采用前四種；大型的K4—73—01采用后兩種。）右——葉輪旋向（站在電動機一側正視葉輪，順時針方向旋轉的稱為“右”旋，逆時針方向旋轉的稱為“左”旋。）90°——出風口位置（3）技術性能及特性曲線2、G4—73—11型離心式通風機3、K4—73—01型離心式通風機二、軸流式通風機的構造及性能（一）結構一般礦用軸流式通風機的主要氣動部件有葉輪、導葉（前導葉、中導葉、后導葉）、外殼、進風口（集流器、疏流罩）以及出口處的擴散器。1、葉輪葉輪是風機的主要部件，決定著風機性能的主要因素是風機翼型、葉輪外徑、外徑對輪轂的比值（輪轂比）和葉輪轉速。適用于礦用通風機的翼型、CLARK—Y翼型和RAF—6E翼型等。葉輪外徑和風機軸轉速決定圓周速度，直接影響到風機全壓。輪轂比與風機比轉數有關。一般說來，輪轂比大時，軸向速度Ca增大，葉片數目z和葉片相對寬度b/l（b為弦長，l為葉展）也相應增大，風機的風壓系數提高；反之，輪轂比小，多數取0.6，風壓系數也較低。葉輪葉片安裝角直接影響旋繞速度的增量，影響風機全壓。通常，可在10～45°范圍內調整。2、導葉前導葉：

某些風機設有前導葉，用以控制進入葉輪的氣流方向，達到調節特性的目的。此導葉可分為兩段，頭部固定不動，尾部可以擺動。這樣，外界氣流可以較小的沖擊進入前導葉，而后改變方向進入葉輪。中導葉

在多級軸流式通風機中級間設置。它的作用是將前級葉輪的流出氣流方向，轉為軸向流入后級葉輪。后導葉

作用是將最后一級葉輪的出流方向轉為接近軸向流出。剩余的旋繞速度使氣流不僅沿軸向，而且是沿螺線方向在擴散器中流動，有利于改善擴散器的工作。注意：（1）導葉的形式

以前多采用圓弧形葉片。現在多采用機翼形葉片，中、后導葉還采用扭曲機翼形葉片。（2）導葉的數目（前導葉、中導葉、后導葉）應與葉輪葉片數互為質數，以避免氣流通過時產生同期擾動。3、進風口（集流器和整流罩）作用是使氣流順利地進入風機的環行入口信道，并在葉輪入口處，形成均勻的速度場。目前，礦用通風機集流器型線為圓弧形，疏流罩的型面為球面或橢球面。4、擴散器作用是把風機出口動壓的一部分轉換為靜壓，以提高風機的靜效率。一般由錐形筒芯和筒殼組成，裝在風機出口側。5、外殼風機外殼呈圓筒形，重要的是葉輪外緣與外殼內表面的徑向間隙應盡可能地減小。通常（s—徑向間隙，l—葉片展長）在0.01～0.06之間。

二）幾種常用軸流式通風機1、2K60型通風機（1）結構特點（2）技術性能和性能曲線（3）型號意義2、2K56型軸流式通風機三、礦用通風機的反風（一）反風的意義及要求1、意義2、要求《煤礦安全規程》規定：生產礦井主要通風機必須裝有反風設施，必須能在10min內改變巷道中的風流方向。當風流方向改變后，主要通風機的供風量，不應小于正常風量的40%。反風設施由礦長組織有關部門每季度至少檢查一次，每年應進行1次反風演習。當礦井通風系統有較大變化時，也應進行1次反風演習。