3矿井通风动力

第三章 矿井通风动力

矿井通风动力是克服通风阻力、保证井巷空气连续不断地流动的能量或风压，有通风机提供的机械风压和由自然条件生成的自然风压两种。

第一节 自然通风

一、自然风压及其特性

自然风压是由于空气热湿状态的变化在矿井中产生的一种自然通风动力，其数值为以矿井风流系统的最低、最高标高点为界，两侧空气柱作用在底面单位面积上的重力之差。在此重力差的驱动下，较重的一侧的空气向下流动，较轻的一侧的空气向上流动，即可形成空气的自然流动。如图3-1-1所示矿井，0-4水平以上，大气的重力是相同的，矿井中空气的重力差是在0-4至2-3之间形成的。

左侧空气柱作用在底面单位面积上的重力为：

??gdz??00121?1gdz，Pa

图3-1-1自然风压原理图

右侧空气柱作用在底面单位面积上的重力为：

?34?2gdz， Pa

123则矿井的自然风压为：

Hn???0gdz???1gdz???2gdz ， Pa （3-1-1）

014以上式中

z0、z1、z2 分别为各段的垂直高度，z2=z0?z1，m；

g 重力加速度，ms ；

?0、?1、?2 分别为各段空气密度分布，kgm；

32HN为矿井自然风压，Pa。

如果把地表大气视为断面无限大，风阻为零的假想风路，则矿井通风系统可视为一个通风回路1-2-3-4-0-1（其中大气中的4-0-1段为假想的风路），则自然风压值为?gdz沿此闭合回路的积分：

Hn????gdz， Pa （3-1-2）

（3-1-1）、（3-1-2）式是矿井自然风压的基本计算公式。

完全依靠自然风压进行的通风，称为自然通风。自然风压受地面气候影响，冬夏两季较大，春秋较小，甚至趋近于零，而且夏季自然风压的方向可能与冬季相反。因此自然风压通风不稳定，难以保证矿井安全生产。 我国一些山区平硐开拓的矿井，冬季自然通风的作用较强．

但是到了夏天，经顶部采空区和通道下贯的自然通风设也相当大，往往扰乱原来拟定的通风系统。因此，从全年着眼如何有效地控制和利用自然通风，是一些矿井值得研究解决的问题。

对于采用机械通风的矿井，自然风压也依然存在。其方向和大小仍由最低水平以上、进出风井空气柱的重力差来决定。一般规定，自然风压与通风机所产生的机械风压方向一致时为正值，表示它帮助机械通风；反之为负值，表示它是机械通风的阻力。

在矿井通风系统的任意有标高差的闭合回路中，都有可能存在自然风压．并对回路内的空气流动产中影响。

二、矿井自然风压的影响因素及变化规律

由式（3-1-1）和式（3-1-2）可见，回路中最低、最高标高点的高差即矿井深度和两侧空气柱的平均密度之差决定了矿井自然风压的大小。而空气密度又受温度T、大气压力P、气体常数R和相对湿度?等因素影响，所以自然风压可表示为如下的函数关系：

3-1-3 Hn?f?ρ,Z??f?ρT,P,R,??,Z???? ⑴矿井最低水平以上两侧空气柱的温差是影响H的主要因素。进风井风流的温度主要是地面入

N风气温和风流与围岩的热交换所决定的，一般进风井地势较低，有的山区矿井采用平硐开拓，地面气温对进风井影响较大，不同季节、气候变化显著，有的地区一昼夜气温能变化十几度；回风井风流的温度取决于矿井的围岩散热、生产散热等，由于风流与围岩及各种热源的热交换作用使机械通风的回风井中一年四季中气温变化不大。两者综合作用的结果，导致一年中自然风压发生周期性的变化。在冬季，进风井风流温度低，空气密度大，矿井自然风压较大；夏季则相反，有的矿井甚至会出现于冬季作用方向相反的自然风压；春秋季的自然风压位于两者之间。及图4-1-3

⑵矿井深度对自然风压的影响表现在：①在进、回风井空气的密度差一定的情况下，自然风压与最大井深成正比，即深井的自然风压值高于浅井。②进风井的深度影响风流的换热，深井进风流温度受井筒围岩的调节作用大，一年四季井筒平均温度变化小，因此深井的自然风压变化幅度小，如图4-1-2；相反，对于较浅的进风井，进风流受地温作用小，特别是山区平硐开拓的矿井，其温度主要随季节变化，矿井自然风压的变化幅度较大，甚至昼夜之间都会发生明显变化，如图4-1-3。

⑶矿井主要通风机的运行对矿井自然风压也产生影响：①矿井主要通风机工作决定了主风流的方向，强迫矿井风流与围岩及各种生产热源进行热交换，致使回风流能保持较高的温度；②以抽出式通风为例，风机的作用使回风井风流的压力较低，会进一步减小风流的密度。因此一般的机械通风矿井的自然风压作用方向与通风机的作用方向一致，较少产生负值。

⑷矿井风量对自然风压的影响，在冬季，若增加风量，进风井风流的温度会进一步降低，进、回风井风流的温度差增大，因此自然风压增加；减少风量，则自然风压会有所降低。在夏季，增加风量，进风流温度会升高，则自然风压会减小。一般认为风量对自然风压的影响较小。

另外，空气成分和湿度影响空气的密度，从而对自然风压也有一定影响。

图3-1-2深井自然风压规律

图3-1-3浅井自然风压规律

三、自然风压的测算方法

矿井自然风压是通风设计及矿井通风技术管理的必要资料，为了确切的考虑自然风压的影响，必须对自然风压进行定量测算。矿井自然风压的测算方法主要有隔断风流测定法、平均密度测算法、改变通风机运行工况测算法、热力学测算法，其中隔断风流测定法叫做直接测定法，其余为间接测定法。

⑴隔断风流测定法

在通风机停止运转后，在总风流中设置密闭墙隔断风流，用压差计测定密闭墙两侧的压差，此值即为该回路的自然风压，如图3-1-4。密闭墙的位置可以任意选定，但要能完全隔断总风流，为简化工序，通风机停转后，可利用关闭风硐内的闸门来隔断风流，用压差计测定闸门两侧的压差（如图3-1-5），其读数即为矿井的自然风压。测定时，既要等风流停滞(停风后等待10~15min)，有要动作迅速，防止因停风机时间过长，空气的密度发生变化。

直接测定方法简单、直观，测定结果准确，但需要停通风机，对矿井的生产和安全有影响。

图3-1-4建密闭墙测自然风压

图3-1-5利用关闭闸门测自然风压

⑵平均密度测算法

该方法是指通过测算井巷风流的平均密度而计算矿井自然风压的方法。式(3-1-1)及(3-1-2)是计算自然风压的基本公式。但该式中的?受多种自然因素影响，与高度Z之间成复杂的函数关系。因此利用此式用积分的方法解算自然风压十分困难。为了简化，取各段空气柱的平均密度进行计算，则如图3-1-1矿井的自然风压为：

Hn????gdz???0gdz???1gdz???2gdz

014123??m0gz0??m1gz1??m2gz2 ， Pa 3-1-4

式中

?m0、?m1、?m2 分别为各段空气平均密度，kgm3；

其他符号表示的意义同前。

对于进、回风井口标高相同的矿井，自然风压的计算式为：

Hn??m1gz??m2gz?gz(?m1??m2)，Pa 3-1-5

式中Z为两井口至最低标高的深度，m。

对于井深大、巷道多的通风回路，为了比较准确地求得高度Z内空气柱的平均密度，应在风路内尽量多布置测点，尤其要在密度变化较大的地方，如井口、井底、倾斜巷道的上下端及风温变化较大和变坡的地方布置测点，并尽可能同时或在较短的时间内测出各点风流的绝对静压力P、温度T、湿度，两测点间的高差不宜过大(最好不超过100m)。分别计算各测段单位面积的重力，风流向下流动的井巷段为“+”，向上流动的井巷段为“-”，沿风流方向进行累加，即可得到闭合路线的自然风压。

Hn???migzi， Pa 3-1-6

式中?mi为第i段井巷风流的平均密度，kgm3；

Zi为第i段井巷的的垂直高度，m。

此方法可以测定计算矿井通风系统中各条回路的自然风压，是在主要通风机正常运行的条件下进行测定，不影响生产。但是，此方法测定和计算工作量大，时间较长。对于多水平多回路通风系统，此方法不能直接得出作用于通风机的综合自然风压值（需要通过解算网络才能确定）。

⑶改变通风机运行工况测算法

由于自然风压和矿井通风机共同作用克服矿井通风阻力，对于单通风机工作的通风系统，其关系为：

Hf?Hn?RmQ2 3-1-7

式中，Hf为通风机风压（Pa）；

； Rm为矿井风阻（kgm7）。 Q为矿井风量（m3s）

公式3-1-7中，通风机风压（Hf）和矿井风量（Q），可以直接测得，未知数只有两个Hn和Rm，

Hn和Rm随阻力和风量的变化可忽略，因此只要再改变一次工况，测出（Hf'，Q'）即可建立

联立方程求算出矿井自然风压Hn。

Hf?Hn?RmQ2Hf'?Hn?RmQ'解联立方程得：

2

Hn?Hf?Hf'Q?Q'22Q2?Hf，Pa 3-1-8

改变通风机运行工况的方法可以采用停开通风机的方法、变频调节法、闸门调节法等（采用闸门调节法时，Hf'需要在闸门之前测定）。

采用停开通风机的方法时，Hf2Q''?0，则：Hn?2Hf。 2Q?Q'如果矿井风阻Rm为已知，则可直接由式3-1-7计算矿井自然风压Hn。 ⑷热力学测算法

自然风压的实质是风流与井巷及生产交换的热能转化的单位体积风流的机械能，根据热力学定律及风流在回路中的状态变化过程，通过测定各井巷的空气状态参数，采用计算的方法或图解的方法可以求算自然风压。

四、自然风压对矿井通风的影响及控制

矿井通风系统中任何有标高差的闭合回路都有可能存在自然风压，并对井巷空气流动产中影响。 ⑴矿井主风流自然风压的影响

主要是自然风压对通风机的作用，如前所述，不同季节，矿井自然风压是变化的。自然风压的改变，会影响到矿井总风量的大小，其规律是冬季风量增大，夏季风量减小，当矿井风量变化超过一定限度时，必须适时调节通风机或改造通风系统，以满足矿井通风要求。由于自然风压与通风机风压比较，相对较小，因此，一般矿井自然风压的变化不会影响矿井主风流的稳定性。另外，当矿井主通风机发生故障时，可以利用矿井自然风压维持一定的风量。

⑵通风系统中局部回路自然风压的影响

自然风压存在于通风系统任意有高差的回路中，对于高差较大、两侧风流热湿状态差异显著的并联通风回路，其中的自然风压会严重影响各风路的风量分配，自然风压变化时可能会引起某些风路风流不稳定，甚至风流反向。这样的回路主要有：①多井进风时，由于各井筒作用不同以及季节变化等致使其内风流的热湿状态不同而产生自然风压，会使有的进风井出现风流反向的现象；②并联通风的延深井或采区上（下）山中的自然风压，会使有的巷道风流不稳。比如轨道下山和皮带下山并联井风，由于皮带巷道中机电设备散热、运输的煤炭散热及摩擦热等在两条下山中产生的自然风压，会使皮带下山的风量减少，严重的甚至会使其中的风流停滞或反向。这在煤炭瓦斯含量高的矿井会造成瓦斯事故；③分区通风的采区之间形成的回路，由于地热分布和生产放热（比如采区间的机械化程度不同等）的差别而产生的自然风压，会明显影响采区之间的风量分配。此外，在采取均压防灭火措施时，对于大高差的采空区，采空区内部空气与巷道风流之间形成的自然风压，对防灭火效果会有影响。

矿井通风局部回路中巷道风流的反向是由于其中的自然风压值大于矿井通风机分配到该回路的风压值。主要的控制措施有：①使井巷热源尽快排放到上行的回风流中，合理布置巷道及其中设备，使并联巷道内风流的热时状态比较接近，减小回路的自然风压；②在该回路中的主通风巷道增加局部阻力，从而增加矿井总风压在该回路上的分配，抑制自然风压的作用保持风流的稳定；③在重要的通风井巷中布置辅助通风机（比如无风墙风机）以稳定风流；等等。

⑶实际上，对于水平巷道其内空气的热力状态对通风及风量分配也会产生影响。比如，空气被加热，则流动中会产生附加的热阻力，消耗通风能量，减少矿井进风量。在高温比较严重的矿井通风中应加以考虑。

五、矿井自然通风的利用

生产实践表明，小型矿山，特别是那些山区平硐开拓的中小矿井，自然通风起了相当重要的作用。需掌握自然通风的规律，合理地利用它，以帮助矿井通风。另外，大型深矿井的自然通风风压增大，也需要合理地予以利用，以帮助主扇工作，节约通风动力费。

1．设计和建立合理的通风系统 在山区平硐开拓的矿井，一年里面，上行自然通风的时间一般要比下行的更多一些，而且上行自然通风风压一般也更大一些。为了排余污风，采取上行通风一般来说更为有利。因此，在拟定通风系统时，要从全年着眼，利用低温季节的上行自然风流为主，而对高温季节的下行自然风流采取适当的限制措施，以期不致扰乱和破坏拟定的上行通风状况。如果这种矿山采空区又较多并与地表贯通，高温季节将有大量的自然风流经采空区下贯，严重扰乱原定的通风状况和影响生产，往往成为需要解决的关键问题，在这种情况下，通风系统的建立可以根据矿脉(体)赋存的空间关系，采用灵活性较大的分区通风系统，这种分区通风系统范围较小，比较好控制，分散独立比整体相连也更好控制。可采取加强密闭，建立相对稳定的、接近作业区的专用回风道，安设小型扇风机等措施，以便收集和排出下部采场的污风和下窜的自然风。对于大’范围贯通地表的采空区，有条件：时可将其隔离于生产区以外，听其自然，以减少大量的密闭工程。如果这种隔离程度达不到完全孤立，那末在自然风流下行时期必须做到生产区的污风不致排入大采空区，以防污风又从大采空区随风下贯再窜入生产区。

在丘陵和平缓地带用井筒开拓的矿井，尽可能利用进风与回风井口的高差。井口标高较高的井筒应作为回风井。可能时进风平硐口要迎着常年主导风向，否则可在硐口外设置适当方向的导风墙。排风硐口必要时设置挡风墙。

2．降低风阻 在一定时期，一定范围内自然风压基本上是定值，因此降低风阻就能提高风量。降低风阻主要措施有：在采场进风侧规划好进风风路，在平面上缩短进风风路，尽可能组织 多条平行平巷进风，各采场之间皆用并联通风，疏通采场回风天井及其井口断面，采场回风侧的回风道应予疏通，清除杂物扩大过风断面：如果回风道接近通地表的采空区，可以在上风季节适当利用采

空区回风。

3．人工调整进、回风井内空气的温差 有些矿井在进风井巷设置水幕或者淋水，以期冷却空气，同时也可净化风流。如果大量淋水，势必增加排水动力，因而经济上不合理，除非矿井下

部具有疏干放水平硐。

4．关于高温季节从上部采空区下行自然风流的利用问题 有的矿山由于采场不掘进先进天井，或者生产区一侧存在大片连通地表的采空区从而这片采空区就好象一个井筒，在类似条件下，净化风源，利用下行自流风流，是可取的，否则，对于高温季节的下行自然风流应予控制。实践表明，控制的方法仍然是加强密闭，采用小型扇风机抵制。如果上部连通地表的采空区垂高很大，通道很多，下行自然风流量很大，即总的自然通风能量很大，单纯依靠小扇风机去抵制，往往难以奏效，或者需要多级串联接力，或者还需辅以大量密闭工程，花费大量通风动力等费用。这时，在上部中段寻找回风道分别用风机将下行自然风流引导排出，同时兼排下部作业区上行的污风。必要时，还可在下部中段设置风机往上送风，以抵制自然风压，这可能是一种可行的控制方法

第二节 矿井通风机

利用通风机产生的风压对矿井或井巷进行通风的方法叫机械通风。机械通风是矿井通风的主要形式。矿用通风机按其服务范围和所起的作用可分为三种；

(1)主要通风机。用来担负整个矿井、矿井的一翼或一个分区通风工作的通风机，称为矿井主要通风机。主要通风机必须安装在地面，对矿井安全生产关系极大，需要常年连续运转，所消耗的电能约占全矿总用电量的20%～30%，故对矿井主要通风机的合理选择和使用，无论在安全上还是在技术上、经济上都具有重要意义。

(2)辅助通风机。某分区通风阻力过大、主要通风机不能供给足够风量时，为了增加风量而在该分区使用的通风机。辅助通风机制可以在矿井通风困难改造时采用，但是在矿井设计时不能设计使用，严禁在煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井中安设辅助通风机。

(3)局部通风机。用来对井下某局部地点通风的通风机，称为局部通风机，一般都是为井巷掘进时通风使用。

一、通风机的构造及工作原理

按通风机的构造和工作原理可分为离心式通风机、轴流式通风机及混流式通风机。煤矿用通风机主要是离心式通风机和轴流式通风机两种，轴流式通风机又分为普通轴流式通风机和对旋式通风机。

1.离心式通风机 ⑴风机构造

图3.2.1 离心式通风机构造示意图

1 进风口（集风器）；2 动轮（叶轮）；3 螺形机壳

离心式通风机一般由进风口、动轮（叶轮）、螺形机壳和前导器等部分组成，如图3-1-1。动轮是对空气做功的部件，由前盘、后盘、夹在两者之间的叶片及轮毂组成。风流沿叶片间流道流动，在流道出口处，风流相对速度W的方向与圆周速度u的反方向夹角称为叶片出口构造角，以β表示。根据出口构造角β的大小，离心式通风机可分为前倾式（β>90o)、径向式（β=90o)和后倾式（β<90o)三种，如图3-1-2。β不同，通风机的性能也不同。矿用离心式通风机多为后倾式。

a前倾式（??90?） b径向式（??90?） c后倾式（??90?）

图3-2-2 叶片出口构造角与风流速度图

进风口有单吸和双吸两种。在相同的条件下双吸风机叶（动）轮宽度是单吸风机的两倍。有些通风机在进风口与动轮之间装有前导器，使进入叶（动）轮的气流发生预旋绕，以达到调节风量和改进性能之目的。

⑵工作原理

当电机通过传动装置带动叶轮旋转时，叶片流道间的空气随叶片旋转而旋转，获得离心力，沿叶轮外缘运动，并汇集于螺旋状的机壳中。在机壳内速度逐渐减小，压力升高， 然后经扩散器排出。与此同时，由于叶轮中的气体外流，在叶片入口（叶根）形成较低的压力（低于进风口压力），空气由吸风口进入，经前导器进入叶轮的中心部分然后折转90°，沿径向离开叶轮而流入机壳中，再经扩散器排出，空气经过通风机即获得能量，使出风侧的压力高于入风侧，造成压差以克服井巷的通风阻力，促使空气流动，达到通风的目的。

⑶风机结构特点

离心式通风机的优点是结构简单、维护方便、噪声小，工作稳定性好。但其体积大，风机的风量调节不方便，必须有反风道才能反风。

⑷.常用型号

目前我国煤矿使用的离心式通风机主要有4-72、G4-73型和K4-73型等。这些品种通风机具有规格齐全、效率高和噪声低等特点。型号参数的含义举例说明如下：

说明：①比转数ns是反映通风机Q、H和n等之间关系的综合特性参数。nS?n(H)3/4。式中Q、

?Q1/2H分别表示全压效率最高时的流量和压力，相似通风机的比转数相同。

②离心式通风机的传动方式有六种：A表示无轴承电机直联传动；B表示悬臂支承皮带轮在中间；C表示悬臂支承皮带轮在轴承外侧；D表示悬臂支承联轴器传动；E表示双支承皮带轮在外侧；F表示双支承联轴器传动。

2．轴流式通风机 ⑴风机构造

如图3.2.3，轴流式通风机主要由通风机进风口、动轮、导叶、整流罩、机壳、扩散器和传动部件等部分组成。

进风口由集风器与整流罩构成断面逐渐缩小的进风通道，使进入动轮的风流均匀，以减小气流冲击，提高效率。动轮是由固定在轮轴上的轮彀和等间距安装的翼形叶片组成，是通风机使空气增加能量的部件。通风机若有一个叶轮叫一级，有两个叶轮叫二级。增加叶轮数目的目的，在于提高通风机的风压。叶片安装角?是指叶片风流入口处至出口处的连线与叶轮旋转的切线方向之间的夹角（如图3-2-4），可以根据需要进行调整。对于直的叶片（扭曲叶片与此不同），叶片安装角度45°左右，风机会产生最大的风量；大于或小于这一角度，通风机的风量都会减小；0°或90°都不会产生风量；超过90°则会使风流反向流动。一般，一级叶轮的通风机，其调角范围为10°~40°；对二级叶轮的通风机，其调角范围为15°~45°。

导叶为固定叶片，起整流作用，调整由前一叶轮流出的气流的方向，使气流按轴向进入下一级叶轮或流入环形扩散器中。环形扩散（芯筒）器是使从整流器流出的气流逐渐扩大到全断面，部分动压转化为静压。

传动部分由径向轴承、止推轴承和传动轴组成。通风机的轴与电动机的轴用齿轮联轴器连接，

形成直接传动。

⑵工作原理

通风机运转时，叶片的凹面冲击空气，产生正压，将空气从叶道中压出；叶片的凸面牵动空气，产生负压，将空后部空气吸人，使空气连续不断经集风器进入叶轮，然后经整流器进入扩散器，最后流入大气。空气经通风机叶轮后获得能量，造成通风机进风口与出风口的压差，克服井巷通风阻力，促使空气流动，达到通风的目的。

⑶风机特点

轴流式通风机具有机构紧凑、体积小、质量轻、转速高，可直接与电动机相连，风量调节较为方便，反风措施较多等优点。其缺点是噪声大，构造复杂。

⑷常用型号

我国煤矿在用的普通轴流式通风机有2K60、1K58、2K58、GAF、FBCZ (原BK54、BK55系列)等系列轴流式通风机。轴流式通风机型号的一般意义举例说明如下：

3.对旋式通风机

对旋式通风机在上世纪九十年代中期以后应用于煤矿，具有气动性能好，高效区宽，运转稳定，节能、噪声低、结构紧凑、安装方便等优点，当前正在推广使用。

⑴风机结构

图3-2-5为对旋通风机的结构示意图。对旋式通风机由集流器、第一级动轮、第二级动轮、机壳等组成。一级动轮和二级动轮直接对接，旋转方向相反，机冀形叶片的扭曲方向也相反，电机为防爆型（长轴风机不要求电机防爆），安装在主风筒中的密闭罩内，与通风机流道中的气流隔离，密闭罩中有扁管与大气相通，以达到散热目的。

⑵工作原理

工作时两级叶轮分别由两个等功率、等转速、旋转方向相反的电动机驱动，当气流通过集流器进人第一级叶轮获得能量后，再经第二级叶轮升压排出。两级叶轮互为导叶．第一级后形成的旋转速度，由第二级反向旋转消除并形成单一的轴向流动。

⑶风机特点

对旋式通风机是无静叶轴流式风机，两级叶轮的气流平稳，负载分配比较合理，第二级风叶轮兼备着普通轴流式局部通风机中导叶的功能，在获得垂直圆周方向速度分量的同时，并加给气流的能量，使风机内耗减少，阻力损失降低。大型对旋通风机装有扩散器、消音器等部件，风机底座设有托轮，在预设的轨道上可沿轴向移动或非轴向移动，安装检修方便。

⑷常用型号

目前，对旋式通风机在煤矿使用的有数千台，多个厂家生产，有数十个品种，主要有FBDCZ（原BDK、BD等）、FBD、FCDZ（为长轴对旋风机）等系列，型号参数的含义举例说明如下：

二、主要通风机的使用要求

《规程》对主扇的安装和使用作了明确的规定，主要有：

1 正常生产情况下，主扇应连续运转。当井下无污染作业时，主扇可适当减少风量运转；当井下完全无人作业时，允许暂时停止机械通风。当主扇发生故障或需要停机检查时，应立即向调度室和主管矿长报告，并通知所有井下作业人员。

2 每台主扇应具有相同型号和规格的备用电动机，并有能迅速调换电动机的设施。 3 主扇应有使矿井风流在10min内反向的措施。当利用轴流式风机反转反风时，其反风量应达到正常运转时风量的60％以上。

每年至少进行一次反风试验，并测定主要风路反风后的风量。

采用多级机站通风系统的矿山，主通风系统的每一台通风机都应满足反风要求，以保证整个系统可以反风。

主扇或通风系统反风，应按照事故应急预案执行。

4 主扇风机房，应设有测量风压、风量、电流、电压和轴承温度等的仪表。每班都应对扇风机运转情况进行检查，并填写运转记录。有自动监控及测试的主扇，每两周应进行一次自控系统的检查。

三、主扇的附属装置

1．主扇风硐 指矿井主扇与风井间的一段联络巷道。由于通过风硐的风量大，风硐内外的压差也大，因此应特别注意降低风硐的阻力和减少风硐的漏风。在风硐设计中应注意以下问题：

（1）风硐断面应适当加大，其风速以10m／s为宜，最大不超过15m／s；

（2）风硐的转弯部位应呈圆弧形，内壁光滑，无积物，其风压损失应不大于主扇工作风压的10％；

（3）用混凝土砌筑，闸门及反风门要严密，风硐的总漏风量，应不超过主扇工作风量的5%； （4）为清理和检查风硐、测定风速的需要，在风硐上应留有人员进出口，设双层风门关闭，以防漏风；

（5）风硐内应安设测定风流压力的测压管。

图3-2-6是带有反风绕道的轴流式扇风机布置图。主风门硐包括风井到风硐的弯道、直风硐和扇风机入口弯道。各部分的尺寸可参考下述原则确定：

（1）风井到风硐的弯道应呈圆弧形，井筒侧壁上开口的高度应大于风井直径；

（2）直风硐是测定风速和风压的地方，为使风速分布均匀，其长度应不小于10D（D是主扇动轮直径），与水平线所成的倾斜角可取l0～15°，既可降低局部阻力又便于排水。断面形状取圆形、拱形、方形均可。直风硐的直径可取（1.4～1.6）D；

（3）轴流式扇风机的入口弯道应做成流线形，断面可取圆形或正八角形，弯道直径可取1．2D。

2．主扇扩散器与扩散塔 在扇风机出风口外联接一段截面逐渐扩大的风筒称扩散器，在扩散器后边还有一段方形风硐和排风扩散塔。这些装置的作用都是为了降低出风口的风速，以减少扇风机的动压损失，提高扇风机内有效静压。轴流式扇风机的扩散器是由圆锥形内筒和外筒构成的环状扩散风筒，外圆锥体的敞开角可取7～12°，内圆锥体的收缩角可取3～4°。离心式扇风机的扩散器是长方形的，扩散路的敞开角取8～15°。排风扩散塔是一段向上弯曲的风道，又称排风弯道。它与水平线所成的倾角可取45°或60°。

3．反风装置 用来改变井下风流方向的一种装置，包括反风道和反风闸门等设施。当进风井或井底车场附近发生火灾时，为防止有毒有害气体侵袭作业地点及适应救护工作，需要进行反风。图3-2-7是轴流式扇风机进行反风时的风流状况．新鲜风流由地表经反风门7进入风硐2和扇风机3，然后由扩散器4经诽风风硐下部的反风门5进入反风绕道8，再进入主风硐1，送入井下。在正常通风时，反风门7、5均恢复到水平位宣。此时．井下的污浊风流经主风硐l直接进入扇风机，然后由排风扩散塔，排到大气中。

图3-2-7是轴流式扇风机反风装置

1--主风硐，2--风硐，3--扇风机，4--扩散器，5、7--反风门，6—扩散塔，8--反风绕道

轴流式扇风机还可利用扇风机动轮反转反风。反风时，调换电动机电源的两相接点，改变电机和扇风机动轮的转动方向，使井下风流反向。但这种方法反风后的风量较小，如能保证在反风后原进风井的风流方向改变，也可采用此种反风办法。

离心式扇风机利用反风道和反风门反风的情况与轴流式扇风机基本上相同。 反风装置应定期检修、试验、确保处于良好状态。反风装置要方便操作，简单可靠，保证在l0min内达到反风要求。

第三节 通风机的工作特性

一、通风机的工作参数

通风机的主要工作参数是风压、风量、风机轴功率、效率和转速等。 1．通风机风量Qf

通风机的风量是指单位时间内通过风机入口空气的体积（无特殊说明时均指在矿井标准状态下）。单位为m3/min 或m/s。

2．通风机风压

3通风机的风压有全压Ht、静压Hs、动压Hv之分，单位为Pa。

通风机的全压Ht表示单位体积空气通过通风机所获得能量。其数值为通风机出口断面与入口断面风流的总能之差。因为通风机出口断面与入口断面间的高差较小，其位压差可以忽略，则通风机的全压等于风机出口风流的全压与入口风流全压之差。即：

Ht?Pto?Pti 3-3-1

式中Pto为通风机出口断面风流的绝对全压，Pa； Pti为通风机入口断面风流的绝对全压，Pa； 一般，通风机的全压Ht分成两部分，Ht?Hs?Hv， Hs为通风机的静压；Hv为通风机

的动压。通风机的动压定义为通风机出口断面风流的动压，即：

1Hv??v2 3-3-2

2式中?为通风机出口断面风流的平均密度，Kg/m； v为通风机出口断面风流的平均风速，m/s。 所以，通风机的静压Hs为：

31Hs?Ht?Hv?Ht??v2 3-3-3

23．通风机的功率

通风机的规律有输入功率和输出功率。

通风机的输入功率 是指通风机轴从电动机得到的功率(又称轴功率)，用下式计算： N?3UIcos??e?tr 3-3-4

1000式中 N为通风机的输入功率，KW；

U为线电压，V； I为线电流，A；

cos?为功率因数；

?e为电动机效率，%； ?tr为传动效率，%。

通风机的输出功率 是指通风机单位时间内对空气所作的功，KW。可以分为全压输出功率Nt和静压输出功率Ns：

Nt?Ns?

HtQf1000HsQf1000 3-3-5

3-3-6

4．通风机的效率

通风机的效率是指通风机的输出功率与输入功率之比。因为通风机的输出功率有全压输出功率和静压输出功率之分，所以通风机的效率也分为全压效率?t和静压效率?s：

HtQfNt?t??N1000N 3-3-7

NsHsQf 3-3-8 ?s??N1000N显然，通风机的效率越高，通风机的性能越好。目前，高性能通风机的静压效率可达到85%以上。

二、通风机的工作特性曲线

通风机的风量、风压、功率和效率这四个基本参数可以反映出通风机的工作特性，对每一台通风机来说，在额定转速的条件下，对应于一定的风量，就有一定的风压、功率和效率，风量如果变动，其它三者也随之改变。因此，可以将通风机的风压、功率和效率随风量变化而变化的关系，分别用曲线表示出来，绘制在以风量Q为横坐标，以风压H、功率N和效率为纵坐标的直角坐标系上，即得到H?Q、N?Q、??Q曲线，这组曲线称为通风机的工作特性曲线，每一台通风机工作

特性曲线都会有所不同，因此，该组曲线也叫做该通风机的个体特性曲线。这些个体特性曲线需要通过实验的方法测算绘制。图3-3-3和图3-3-4分别是矿用离心式通风机（后倾式）和轴流式通风机的个体特性曲线的一般形式，可以看出，两类通风机的工作性能各有特点。

1．风压特性曲线H?Q

风压特性曲线反映的是通风机的风压与风量的关系，有全压特性曲线Ht?Q和静压特性曲线

。抽出式通风矿井，通风机静压克服矿井通风阻力，因此Hs?Q之分（两者之差为通风机的动压）

用静压曲线较为方便。压入式通风矿井主要用通风机全压曲线。风压特性曲线是确定风机工况点、管理使用通风机的主要依据。

从图3-3-3和图3-3-4可看出，离心式与轴流式通风机的风压特性曲线各有其特点：离心式通风机的风压特性曲线比较乎缓，当风量变化时，风压变化不大，风机的工作范围宽；而抽流式通风机的风压特性曲线较陡，当风量变化时，风压变化较大，并且在高风压处有一个不稳定的“驼峰”区，通风机在这个范围内工作时，会发生“喘振”，严重时会破坏风机。

2．功率特性曲线N?Q

功率特性曲线是指通风机的输入功率（轴功率）与通风机风量的关系曲线。从图中可看出：离心式通风机当风量增加时，功率也随之增大；轴流式通风机在稳定工作区内，其输入功率是随着风量的增加而减小。这一特性在启动通风机和采取通风节能措施是应充分考虑。启动通风机时，应防止启动时电流过大而烧毁电动机。由功率特性可知，离心式风机启动时应先关闭闸门在风量最小时启动，然后再逐渐打开闸门；轴流式通风机应在风量最大时启动，待运转稳定后再逐渐关闭闸门至其合适位置。

3．效率特性曲线??Q

效率特性曲线是指通风机的效率与通风机风量的关系曲线。图中可见，当风量逐渐增加时效率也逐渐增大，当增到最大值后便逐渐下降。一般通风机的设计最高效率均在风压较高的稳定工作区内，通风机在铭牌上标出的额定风量和额定风压指的就是通风机在最高效率点时的工作风量和工作风压。

关于通风机工作特性曲线的几点说明：

①通风机工作特性曲线反映了通风机的工作性能，是选择、使用和管理的依据。除了通风机的个体工作特性曲线外，通风机特性的表示还有类型特性曲线和通用特性曲线两种（见本节后面部分的内容）。

②通风机工作特性曲线形状与通风机的类型、系列、动轮直径、叶片角度以及风机转速有关，相同系列的通风机工作特性曲线形状相似，可以根据相似条件按照比例定律进行相互转化。对轴流式通风机，同一台风机在相同转速下，叶片的角度不同，特性曲线也不相同，为了方便比较，通常是将不同叶片角度的特性曲线绘制在一张图上，风机的效率用等效率曲线表示。如图3-3-5为2K60No24轴流式通风机特性曲线，图3-3-6为FBCDZ No26/2×355对旋通风机特性曲线。

③通风机生产厂家提供的通风机特性曲线是在实验室条件下测算得出的，主要供选择通风机使用； 由于受到通风机的安装质量、进出风道的条件及扩散器性能的影响，通风机实际运行的工作特性曲线应该按照相关标准进行实际测定得出，作为管理使用通风机的依据。

④通风机长期运行，由于风机（主要是叶片的）磨损、腐蚀、生锈等会使通风机的工作特性发生变化。

第四节 通风机压力与矿井通风阻力的关系

一、抽出式通风

图3-4-1为矿井抽出式通风时，通风机装置示意图，风硐中的4点为通风机入风口，5点为通风机出风口。由于通风机出口在大气中，所以5点的绝对静压为大气压，即P5=P0 。

根据式3-3-1~3-3-3，通风机的风压分别为：

Ht?Pt5?Pt4?(P5?hv5)?(P4?hv4)

?(P0?hv5)?(P4?hv4)

?(P0?P4)?hv4?hv5

?|h4|?hv4?hv5 3-4-1

Hv?hv5 Hs?Ht?Hv将以上两式代入得： Hs?Ht?Hv?|h4|?hv4?hv5?hv5

?|h4|?hv4 3-4-2

以上式中

Ht、Hs、Hv分别为通风机的全压、静压和动压，Pa；

Pt4、P4、hv4分别为风硐4断面风流的绝对全压、绝对静压和动压，Pa；

Pt5、P5、hv5分别为通风机出风口5断面风流的绝对全压、绝对静压和动压，Pa；

P0为大气压力，Pa；

|h4|为风硐4点处静压水柱计的读数，Pa 。

根据第二章的知识，由通风能量方程计算的矿井通风阻力（2-3-12式）为：

hRm?|h4|?hv4?Hn，

式中：hRm为矿井通风阻力，Pa；

Hn为矿井自然风压，Pa；

其余符号同前。 与上述公式对比可得：

Hs?Hn?hRm 3-4-3 Ht?Hn?hRm?hv5 3-4-4

式3-3-12说明，对于抽出式通风，矿井通风机的静压和自然风压共同作用克服矿井通风阻力，因此，抽出式通风中常用通风机的静压分析通风机的特性。

式3-3-13表明，矿井通风机的全压和自然风压共同作用克服矿井通风阻力和出风口的动压损失。 两式反映了抽出式通风矿井通风机的风压与矿井通风阻力的关系。还说明，矿井通风机的全压中，风机的静压部分是用于克服通风阻力的，而动压部分是能量损失。因此，应尽量减小风机的动压，而提高通风机的静压，这也就是通风机安装扩散器的基本作用所在，性能好的扩散器可以减少通风机出口动压损的70%左右。

二、压入式通风

图3-3-2为矿井压入式通风时，通风机装置示意图，通风机由大气入风，风硐中的1点为通风机出风口。根据入风口边界条件，0点的绝对全压为大气压，即Pt0?P0。

根据式3-3-1~3-3-3，通风机的风压分别为：

Ht?Pt1?Pt0?(P1?hv1)?P0

?(P1?P0)?hv1

?h1?hv1 3-4-5 Hv?hv1

Hs?Ht?Hv将以上两式代入得： Hs?Ht?Hv?h1?hv1?hv1

?h1 3-4-6

以上式中

Pt0分别为通风机入风口0断面风流的绝对全压，Pa；

P0为大气压力，Pa；

Pt1、P1、hv1分别为通风机出风口1断面风流的绝对全压、绝对静压和动压，Pa； h1为风硐1点静压水柱计的读数，Pa 。

根据第二章的内容，压入式通风矿井通风阻力（2-3-13式）为：

hRm?h1?hv1?hv4?Hn

式中：hRm为矿井通风阻力，Pa；

hv4为出风井口动压损失，Pa； Hn为矿井自然风压，Pa；

其余符号同前。

与上述公式3-3-14~16对比可得：

Hs?hv1?Hn?hRm?hv4 3-4-7 Ht?Hn?hRm?hv4 3-4-8

对于3-3-17，假设通风机的出口断面与风井的出口断面相同，则两断面的动压相等，即：

hv1?hv4则3-3-17变为Hs?Hn?hRm与式3-3-12相同。式3-3-18表明了矿井通风机的全压和

自然风压共同作用克服矿井通风阻力和出风井口的动压损失，若忽略自然风压和出风井口动压损失，则通风机的全压与矿井通风阻力之相等，因此压入式通风系统中，常用通风机全压分析通风机的工作性能。

3-3-17和3-3-18两式反映了压入式通风矿井通风机的风压与矿井通风阻力的关系。说明了应尽量减小风井出口的动压。

第五节 通风机的工况点及合理工作范围

一、通风机工况点的确定

通风机工况点指的是通风机在某一特定转速和工作风阻条件下的工作参数，如风量Q、风压H、功率N和效率?等，一般是指Q和H两参数。确定工况点的方法有图解法和解析法。

1．图解法

在抽出式通风中，忽略自然风压，通风机静压克服矿井通风阻力，将通风机静压特性曲线与矿井风阻特性曲线（h?RQ）绘制在同一坐标图上，则两者的交点即为工况点。如图3-4-1，通风机静压特性曲线与矿井风阻特性曲线的交点M即为通风机的工作风量QM和工作风压HM，与矿井的风量和通风阻力相等；根据此风量可在通风机特性曲线图上进一步确定出通风机的输入功率NM和效率?M，从而则得出了通风机的工况点（QM,HM,NM,?M）。

对于压入式通风，忽略自然风压和何出风井口动压损失，则可以用通风机全压特性曲线与矿井风阻特性曲线的交点来确定通风机的工况点。

2

2．解析法

根据通风机的特性曲线，确定出风机的风压曲线方程H?f(Q)，与矿井通风阻力方程

。此过程适于用计算机方法处理。 h?RQ2，联立求解，可得出通风机工况点（Q,H）

通风机的风压曲线可用下面多项式拟合： H?a??a1Q?a2Q2?a3Q3?? 3-4-1

式中a?、a1、a2、a3、?为曲线拟合系数。曲线的多项式次数根据计算精度要求确定，一般取到2即可，精度要求较高时也可取到3。

在风机风压特性曲线的工作段上选取i个有代表性的工况点

?Qi,Hi?，一般取i＝6。通常用最

小二乘法求方程中各项系数，也可将已知的Hi、Qi值代入上式，即得含i个未知数的线性方程，解此线性方程组，即得风压特性曲线方程中的各项拟合系数。

对于某一特定矿井，可列出通风阻力方程 h?RQ2 3-4-2

式中 R为通风机工作风阻。解式3-4-1和3-4-2两联立方程即可得到通风机的工况点。

二、通风机的合理工作范围

为使通风机安全、经济地运转，它在整个服务期内的工况点必须在合理的范围之内。 对于轴流式通风机，从安全方面来考虑，其工况点必须位于驼峰点的右下侧、单调下降的线段上。为了防止工况点进入不稳定区，一般限定实际工作风压不得超过最高风压的90％，即

Hs?0.9Hsmax；从经济的角度出发，通风机的运转效率不应低于60％；通风机的叶片工作角度不

能超过通风机设计工作角度的范围。依次便可确定出轴流式通风机的工作范围如图3-4-2的阴影部分所示。

对于离心式通风机，从风压特性曲线可见，稳定的工作范围较宽，因此工况点的合理范围应该是运行效率高于60%的区域。

需要注意：

①通风机动轮的转速不应超过额定转速。

②分析主要通风机的工况点合理与否，应使用实测的风机装置特性曲线。因厂方提供之曲线一般与实际不符，应用时会得出错误的结论。

③随着矿井生产的变动和风机自身的性能变化，应适时调节通风机的工况点，以满足安全生产的需要，并能安全、经济的运行。

第六节 矿井通风机的经济运行及调节

一、正确选择通风机

正确选择通风机是保证矿井通风机的经济运行的基础。要求做到：

①准确计算通风机的风量和风压，所选择通风机及电动机的能力与矿井的风量和阻力要求相匹配，能够满足其服务年限内矿井通风要求，且工况点在通风机的合理工作范围之内，避免富裕量过高，形成大马拉小车的局面。

②所选通风机的类型与矿井通风系统的形式相适应。比如，中央式的通风系统，前期、后期的通风阻力变化大，选用轴流式通风机较为适合；对角式的通风系统，达产后，矿井通风阻力变化较小，选用离心式通风机较为适合，通风机的调节较少，稳定工作时间长。

③选用性能可靠技术性先进的通风机。要求运转稳定、高效节能。目前我国能满足这一要求的离心式风机有：4—72，G4—73，K4—73型等；轴流式风机有2K60，1K58，2K58，GAF型普通轴流式通风机和FBCDZ或BDK等对旋式通风机。特别是对旋式通风机安装、维修方便，通风机装置阻力小，效率高，调节方便，性能优良，目前已开始普遍应用于煤矿通风。

二、合理调节通风机性能

由于矿井需要风量的变化或者风阻的变化，必须及时调节通风机的工况点才能满足生产要求。 在通风机的合理工作范围之内，通风机工况的调节方法有：

离心式通风机主要调节方法有闸门调节、前导器调节、液力藕合器调节转速等；轴流式通风机主要采用改变叶片安装角度、导叶调节、调节转速等。通风机在各种调节方式下，风量与所消耗输入功率的比较如图3-4-3。其中理想曲线是指通风机在最高效率下运行的功率消耗。可以看出，从通风节能的角度看，调节转速节能效果最好。当前广泛推行的电动机变频调速方法，在矿井通风节能中起到了很好的作用，其节电效果能够达到20~50%。此外，变频器调节在改善功率因数及通风机启动方面也有良好的作用。

如果矿井的通风需要超出了通风机的合理工作范围，则应及时进行矿井通风技术改造或更换通风机。

图3-4-3 风机在各种调节方式下的输入功率消耗

1 离心式风机出口闸门调节；2 离心式风机进口闸门调节；3 轴流式风机导叶调节；4 离心式风机前导器调节；5 用液力藕合器调节；6轴流式风机叶片安装角调节；7 用电动机调速；8--理想曲线

三、加强通风机的技术管理

加强检查及维护，及时清理通风机，特别是机道、叶片上内的积水积尘，更换变形及受损部件；加强通风机的性能监测，根据生产需要及监测结果，及时科学调节通风机的工况点，是通风机处在最佳运行状态。

对于多主要通风机运行的矿井，还要注意减少通风机间的相互干扰。理论上，各通风机的共永风路段的通风阻力要小，各通风机的风压相同，通风功率消耗最少。

第七节 通风机联合运转

两台或两台以上风机同在一个管网上工作叫通风机联合工作。两台风机联合工作与一台风机单独工作有所不同。如果不能掌握风机联合工作的特点和技术，将会事与愿违，后果不良，甚至可能损坏风机。因此，分析通风机联合运转的特点、效果、稳定性和合理性是十分必要的。

风机联合工作可分为串联和并联两大类。下面就两种联合工作的特点进行分析

一、风机串联工作

一台风机的进风口直接或通过一段巷道联结到另—台风机的出风口上同时运转，称为风机串联工作。风机串联工作的特点是，通过管网的总风量等于每台风机的风量。两台风机串联后的总风压等于两台风机的风压之和。即

H?H1?H2 3-5-1

Q?Q1?Q2 3-5-2

式中

H 两台风机串联后的总风压；

H1、H2 两台风机的工作风压；

Q 总风量

Q1、Q2 1、2两台风机的风量。

⑴ 风压特性曲线不同风机串联工作分析

根据上述特性，串联通风时通风机的合成特性曲线可按“风量相等，风压相加”的原则绘制。通风机集中串联的合成特性曲线如图3-5-1所示，在l1的等风量线上，两台通风机特性曲线Ⅰ和Ⅱ上对应的风压为aal和aa2：，将aa1线段加于aa2线段上即得F点；同理，在等风量线l2、l3上可得G，H等点，将各点连接成光滑的曲线即可绘出串联工作时的合成特性曲线Ⅲ。

根据网络风阻特性曲线的不同，通风机集中串联工作可能出现下述3种情况：

①当网络风阻特性曲线为只R1时，它与合成特性曲线Ⅲ交于B点。B点是从Ⅰ号通风机曲线Ⅰ与横轴的交点作垂线交于Ⅱ号通风机曲线Ⅱ的交点，这时串联通风的总风压和总风量与通风机Ⅱ单独工作的风压和风量一样，通风机工在空运转，串联无效果。

②当网络风阻特性曲线为R2时，它与合成特性曲线Ⅲ交于A点(在B点上侧)，这时通风机串联工作的总风压H大于任何一台通风机单独工作时的风压HI或HⅡ，而总风量Q大于任何一台通风机单独工作时的风量QI或QⅡ，这时串联通风是有效的。

③当网络风阻特性曲线为R3时，它与合成特性曲线Ⅲ交于C点(在B点下侧)，这时串联工作的总风压与总风量均小于通风机Ⅱ单独工作时的风压和风量，通风机I不仅不起作用，反而成为通风阻力了。

由上述分析可知，B点即为通风机串联工作时的临界点，通过B点的风阻Rl为临界风阻。若工作点位于B点的上侧，串联通风是有效的；若工作点位于B点的下侧，串联通风是有害的。

图3.5.1 风压特性曲线不同集中串联风机特性分析

⑵ 风压特性曲线相同风机串联工作

图3.5.2所示的两台特性曲线相同(性能曲线I和Ⅱ重合)的风机串联工作。由图可见，临界点A位于Q轴上。这就意味着在整个合成曲线范围内串联工作都是有效的，只不过工作风阻不同增风效果不同而已。

图3.5.2风压特性曲线相同集中串联风机特性分析

根据上述分析可得出如下结论：

风机串联工作适用于因风阻大而风量不足的管网；风压特性曲线相同的风机串联工作较好；串联合成特性曲线与工作风阻曲线相匹配，才会有较好的增风效果。

串联工作的任务是增加风压，用于克服管网过大阻力，保证按需供风。 ⑶风机与自然风压串联工作

在机械通风矿井中自然风压对机械风压的影响，类似于两台风机串联工作。不考虑自然风压随矿井风量的变化，可以用平行Q轴的直线表示自然风压的特性。冬季自然风压较大为正，可以用图3-5-3中直线Ⅱ表示；夏季，设自然风压为负，可以用图3-5-3中直线Ⅱ’表示。

图3.5.3 自然风压与通风机的串联工作

如图3.5.3，矿井风阻曲线为R，风机特性曲线为Ⅰ，按风量相等风压相加原则，可得到正负自然风压与风机风压的合成特性曲线I十Ⅱ和I十Ⅱ。风阻R与其交点分别为M1，和M1，据此可得考虑自然风压的作用时通风机的实际工况点为M和M。由此可见，当自然风压为正时，机械风压与自然风压共同作用克服矿井通风阻力，使风量增加；当自然风压为负时，成为矿井通风阻力。

’’

’

二、通风机并联工作

如图3.5.4，两台风机的进风口直接或通过一段巷道连结在一起工作叫通风机井联。风机并联有集中并联和对角并联之分。图(a)为集中并联，图(b)叫对角并联。

图3.5.4 通风机并联

1．集中并联

集中并联的两台风机， 其进风口(或出风口)可视为连接在同一点。所以两风机的装置静压相等，等于井巷通风阻力；两风机的风量流过同一条巷道，故通过巷道的风量等于两台风机风量之和。即风机并联工作的特点是风压相等，风量相加。

H?H1?H2 3-5-3

Q?Q1?Q2 3-5-4

式中H 两台风机串联后的总风压；

H1、H2 两台风机的工作风压；

Q 总风量

Q1、Q2 1、2两台风机的风量。

（1）风压特性曲线不同的通风机集中并联

如图3.5.4 所示，两台不同型号风机F1 和F2的特性曲线分别为I、Ⅱ。两台风机并联后的等效合成曲线Ⅲ可按风压相等风量相加原理求得。即在两台风机的风压范围内，做若干条等风压线(压力坐标轴的垂线)，在等风压线上把两台风机的风量相加，得该风压下并联等效风机的风量(点)，将等效风机的各个风量点连起来，即可得到风机并联工作时等效合成特性曲线Ⅲ。

图3.5.5风压特性不同的风机的并联

风机并联后在风阻为R的管网上工作，R与等效风机的特性曲线Ⅲ的交点为M，过M做纵坐标轴垂线．分别与曲线I和Ⅱ相交于m1和m2，此两点即是F1和F2两风机的实际工况点。

并联工作的效果，也可用并联等效风机产生的风量Q与能力较大风机的F1单独工作产生风量Q1

之差来分析。由图3.5.5可见，?Q?Q?Q1>0，即工况点M位于合成特性曲线与大风机曲线的交

点A右侧时，则并联有效；当管网风阻R (称为临界风阻)通过A点时，?Q＝0，则并联增风无效；当管网风阻及R?R时．工况点M不能增风，反而有害。

此外，由于轴流式通风机的特性曲线存在马鞍形区段，因而合成特性曲线在小风量时比较复杂，当管网风阻R较大时，风机可能出现不稳定工作。

（2）风压特性曲线相同风机并联工作

图3.5.6所示的两台特性曲线I(Ⅱ)相同的风机Fl和F 2并联工作。Ⅲ为其合成特性曲线，R为管网风阻。M和M为并联的工况点和单独工作的工况点。由M做等风压线与曲线I(Ⅱ)相交于m1，此即风机的实际工况点。由图可见，总有?Q?Q?Q1>0，且R越小，?Q越大。

’

’

'''’’

位于A点左侧财，?Q＜0，即小风机反向进风，则并联不但

图3.5.6风压特性相同的风机的并联

2.对角并联工况分析

如图3-5-4(b)所示的对角并联通风系统中，两台不同型号风机F1和F2的特性曲线分别为I、Ⅱ，各自单独工作的管网分别为0A(风阻为R1)和0B(风阻为R2)，公共风路OC(风阻为R0)，如图3.5.7（b）。为了分析对角并联系统的工况点，先将两台风机移至O点。方法是，按等风量条件下把风机F1的风压与风路OA的阻力相减的原则，求风机F1为风路OA服务后的剩余特性曲线I，即做若干条等风量线，在等风量线上将风机F1的风压减去风路OA的阻力，得风机F1服务风路OA后的剩余风压点，将各剩余风压点连起来即得剩余特性曲线I。按相同方法，在等风量条件下，把风机F2的风压与风路OB的阻力相减得到风机F2为风路OB服务后的剩余特性曲线Ⅱ。这样就变成了等效风机F1

’

’

’

’

’

和F2集中并联于O点，为公共风路OC服务(如图3-5-7(a)。按风压相等风量相加原理求得等效风机F1和F2集中并联的特性曲线Ⅲ，它与风路OC的风阻Ro曲线交点Mo，由此可得OC风路的风量Q0。

’

’

图3-5-7 对角并联通风系统分析

过Mo做Q轴平行线与特性曲线I和Ⅱ分别相交于M’

’

’1

和M’Ⅱ点。再过M’1和M’Ⅱ

点做Q轴

垂线与曲线I和Ⅱ相交于M1和MⅡ此即为两台风机的实际工况点，其风量分别为Q1和Q2。显然

Q0?Q1?Q2 。

由图可见，每台风机的实际工况点M1和MⅡ，既取决于各自风路的风阻，又取决于公共风路的风阻。当各分支风路的风阻一定时，公共段风阻增大，两台风机的工况点上移；当公共段风阻一定时，某一分支的风阻增大，则该系统的工况点上移，另一系统风机的工况点下移；反之亦然。这说明两台风机的工况点是相互影响的。因此，采用轴流式通风机做并联通风的矿井，要注意防止因一个系统的风阻喊小引起另一系统的风机压增加，进入不稳定区工作。

3.7.3并联与串联工作的比较

图3.5.8 通风机并联与串联比较

图3.5.8中的两台型号相同离心式通风机的风压特性曲线为I，两者串联和并联工作的特性曲线

分别为Ⅱ和Ⅲ，N?Q为风机的功率特性曲线，R1、R2和R3为大小不同的三条管网风阻特性曲线。当风阻为R2时，正好通过Ⅱ、Ⅲ两曲线的交点B。若并联则风机的实际工况点为M1而串联则实际工况点为M2。显然在这种情况下，串联和并联工作增风效果相同。但从消耗能量(功率)的角度来看，并联的功率为Np，而串联的功率为Ns，显然Ns＞Np，故采用并联是合理的。当风机的工作风阻为R1，并联运行时工况点A的风量比串联运行工况点F时大，而每台风机实际功率反而小，故采用并联较合理。当风机的工作风阻为R3，并联运行时工况点E，串联运行工况点为C，则串联比并联增风效果好。对于轴流式通风机则可根据其压力和功率特性曲线进行类似分析。

应该指出的是，选择联合运行方案时，不仅要考虑管网风阻对工况点的影响，还要考虑运转效率和轴功率大小。在保证增风或按需供风后应选择能耗较小的方案。

综上所述，可得如下结论：

(1)并联适用于管网风阻较小，但因风机能力小导致风量不足的情况； (2)风压相同的风机并联运行较好；

(3)轴流式通风机并联作业时，若风阻过大则可能出现不稳定运行。所以，使用轴流式通风机并联工作时，除要考虑并联效果外，还要进行稳定性分析。

第八节 矿井通风设备选型

一、 通风设备选型的基本要求

矿井通风设备选型的主要任务是，根据通风设计参数在已有的风机系列产品中，选择适合风机型号、转速和与之相匹配的电机。所选的风机必需具有安全可靠，技术先进、经济技术指标良好等优点，也可以根据要求的工况范围订制通风机。通风机设备选型时，应符合下列要求：

①风机的服务年限尽量满足第一水平通风要求，并适当照顾二水平通风；在风机的服务年限内其工况点应在合理的工作范围之内。

②当风机服务年限内通风阻力变化较大时，可考虑分期选择电机，但初装电机的使用年限不小于5年。

③风机的通风能力应留有一定富余量。在最大设计风量时，轴流式通风机的叶片安装角一般比允许使用最大值小5?；风机的转速不大于额定值90%。

④考虑风量调节时，应尽量避免使用风硐闸门调节。 ⑤正常情况下，主要通风机不采用联合运转。

二、通风机选型步骤

选型必备的基础资料有：通风机的工作方式（是抽出式还是压入式）；矿井瓦斯等级；矿井不同时期的风量；通风机服务年限内的最大阻力和最小阻力以及风井是否作为提升用等。通风机选型按下列步骤进行：

⑴ 计算风机工作风量Qf 、最大和最小静压（抽流式）HSmax、Hsmin-或全压（离心式）Htmax、

Htmin； ⑵ 初选风机

根据Qf、Hsmax、Hsmin(或Htmax、Htmin）在新型高效风机特性曲线上用直观法筛选出满足风量和风压要求的若干个通风机。

⑶ 求风机的实际工点

因为根据Qf、Hsmax、Hsmin(或Htmax、Htmin）确定的工况点即设计工况点不一定恰好在所选择风机的特性曲线上，所以风机选择后必须确定实际工况点。

① 计算风机的工作风阻

用静压特性曲线时，最大静压工作风阻按下式计算

Rsmax?

HsmaxQ2f 3-8-1

② 同理可算出最小工作静风阻Rsmin.。用全压特性曲线时，根据风机的最大和最小工

作全压计算出最大和最小全压工作风阻Rtmax和Rtmin。

在风机特性曲线上作工作风阻曲线，与风压特性曲线的交点即为实际工况点。 ⑷确定风机的型号和转速

根据实际工况点所确定的各个风机的轴功率大小，并考虑对风机调节性能的要求，进行经济、技术比较，最后确定风机的型号和转速。

三、电机选择

⑴根据最后选择风机的实际工况点（H、Q、和?）按下式计算所匹配电机的功率：

Nmmax?

QfmaxHmax1000???trQfminHmin1000???trKm

Nmmin?

Km 3-8-2

式中 Nmmax(Nmmin)--通风阻力最大（最小）时期所配电机功率，kW； Qfmax(Qfmin)-- 通风阻力最大（最小）时期风机工作风量，m3/s； Hmax(Hmin)--风机实际最大（最小）工作风压，Pa； ?--通风机工作效率（用全压时为?t，用静压时为?s），%；

?tr--传动效率，直联传动时?t=1，皮带传动时?tr=0.95～0.9，联轴器传动时 ?tr=0.98; Km--电机容量备用系数，Km=1.1～1.2。 ⑵电机种类及台数选择

当电机功率Nmmax>500kW时，宜选用同步电机，其功率为Nmmax，其优点是在低负荷运转时，可用来改善电网功率因数，缺点是初期投资大，

采用异步电机时，当

Nmmin/Nmmax?0.6 可选一台电机，功率为N；当

mmax

Nmmin/Nmmax?0.6时选两台电机，后期电机功率为Nmmax，初期电机功率可按下式计算：

Nm?NmmaxNmmin 3-8-3

根据计算的Nmmax和Nm和通风机要求的转数，与厂家联系，或在电机设备手册上选用合适的电机。

当电机功率Nmmax>500kW时，宜选用同步电机，其功率为Nmmax，其优点是在低负荷运转时，可用来改善电网功率因数，缺点是初期投资大，

采用异步电机时，当

Nmmin/Nmmax?0.6 可选一台电机，功率为N；当

mmax

Nmmin/Nmmax?0.6时选两台电机，后期电机功率为Nmmax，初期电机功率可按下式计算：

Nm?NmmaxNmmin 3-8-3

根据计算的Nmmax和Nm和通风机要求的转数，与厂家联系，或在电机设备手册上选用合适的电机。

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