礦用風(fēng)機(jī)作為礦山安全生產(chǎn)的主要技術(shù)裝備，是礦井通風(fēng)系統(tǒng)的重要組成部分，是礦井安全生產(chǎn)和災(zāi)害防治的基礎(chǔ)。礦用風(fēng)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣，運(yùn)行安全穩(wěn)定與否，檢測和調(diào)節(jié)、控制方法是否可信可靠，都至關(guān)重要。

2.1 軸流式通風(fēng)機(jī)工作原理

軸流式通風(fēng)機(jī)(下圖)主要部件有葉輪3、5，導(dǎo)葉2、4、6，機(jī)殼10，主軸8等。葉輪由葉片和輪轂組成，葉片斷面成機(jī)翼型，并以一定的安裝角裝在輪轂上。當(dāng)葉輪由主軸拖動旋轉(zhuǎn)時，葉輪流道中的氣體受到葉片的作用而增加能量，經(jīng)固定的各導(dǎo)葉校正流動方向后，以接近軸向的方向通過擴(kuò)散器7排出。

1-集流器;2-前導(dǎo)葉;3-第一級葉輪;4-中導(dǎo)葉;5-第二級葉輪;

6-后導(dǎo)葉;7-擴(kuò)散器;8-主軸;9疏流器;10-外殼

圖2.1 軸流式通風(fēng)機(jī)示意圖

2.2 主扇發(fā)展應(yīng)用基本情況

20世紀(jì)50年代初至70年代末，我國礦山使用的礦井軸流主扇幾乎都是仿制蘇聯(lián)BY型的ZBY、70B和K70等型風(fēng)機(jī)(統(tǒng)稱為70B2型)。風(fēng)量范圍7~160m3/s，靜壓范圍400~5900Pa。這類通風(fēng)機(jī)是根據(jù)原蘇聯(lián)的煤礦通風(fēng)網(wǎng)路參數(shù)設(shè)計的高風(fēng)壓、中小風(fēng)量型主扇，最高靜壓效率僅有70%左右。

在20世紀(jì)70年代沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠研制出了62A型單級主扇，其全壓、風(fēng)量參數(shù)基本上適合我國的礦井通風(fēng)網(wǎng)路。但因其本機(jī)效率未達(dá)到設(shè)計要求，相差甚遠(yuǎn)，沒有進(jìn)一步改進(jìn)和完善就停止生產(chǎn)了。在此基礎(chǔ)上于20世紀(jì)80年代，該廠參考原蘇聯(lián)中央流體動力研究所提供的通風(fēng)機(jī)氣動略圖和特性曲線，又研制推出了2K60型軸流式通風(fēng)機(jī)，風(fēng)量范圍為20~400m3/s，靜壓范圍為2000~5000Pa，最高靜壓效率為80%左右。比70B2型風(fēng)機(jī)約提高10%。全壓效率在80%以上的風(fēng)范圍量比值為1.8，靜壓范圍比值為1.43?？赡孓D(zhuǎn)反風(fēng)，反風(fēng)率在60%以上。2K60和2K58型礦井通風(fēng)機(jī)在煤礦比較受歡迎，20世紀(jì)80年代在煤礦和少量金屬礦山中共推廣應(yīng)用了500臺左右。但在運(yùn)行了幾年后，隨著葉片安裝角度的提高達(dá)到25度以上，第II級葉輪開始出現(xiàn)葉片撕裂和葉柄折斷等質(zhì)量事故，較為嚴(yán)重的是在平頂山礦物局七礦，幾天之內(nèi)兩臺主扇連續(xù)發(fā)生這種事故。據(jù)不完全統(tǒng)計，僅在1985至1990年間，原中國統(tǒng)配煤礦總公司就有26個礦58臺主扇風(fēng)機(jī)出現(xiàn)過設(shè)計與制造質(zhì)量問題。這不僅影響了礦山的正常生產(chǎn)，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，而且還嚴(yán)重威脅井下礦工的生命安全和礦井安全。通過對事故調(diào)查分析，認(rèn)為通風(fēng)機(jī)在設(shè)計和制造工藝方面有諸多不足之處。

沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的改進(jìn)型2K60和沈陽風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的改進(jìn)型2K58主通風(fēng)機(jī)，經(jīng)工業(yè)性運(yùn)轉(zhuǎn)試驗達(dá)到要求后，使我國常規(guī)型號的礦井主通風(fēng)機(jī)的安全可靠性有了較大程度的提高。

隨著礦井通風(fēng)技術(shù)的發(fā)展和礦用風(fēng)機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，許多風(fēng)機(jī)廠家都在致力于開發(fā)新型高效節(jié)能風(fēng)機(jī)。經(jīng)過近20多年來的努力，我國礦用主扇的形式發(fā)生了較大的變化，到1995年底，相繼研制出了BDK、BK、2K56、GAF和KZS等新型煤礦用主扇。

BDK65系列大型防爆主扇的風(fēng)量范圍18~420m3/s，靜壓范圍l000~4500Pa，最高裝置靜壓效率達(dá)86%;BK54系列中、小型防爆主扇的風(fēng)量范圍4~210m3/s，靜壓范圍300~2000Pa，最高裝置靜壓效率達(dá)84.2%。具有葉輪防爆、防爆電機(jī)密閉散熱、特性曲線無駝峰、高效區(qū)域?qū)拸V、葉輪直接反轉(zhuǎn)反風(fēng)且反風(fēng)率在62%以上等突出特點(diǎn)。

1997年在BDK65和BK54系列主扇的基礎(chǔ)上，推出了BDK62和BK56系列側(cè)移式、軸移式和固定式煤礦防爆軸流主通風(fēng)機(jī)專利產(chǎn)品，2002年又推出TFBDCZ和FBCZ系列側(cè)移式、軸移式和固定式煤礦防爆軸流主通風(fēng)機(jī)產(chǎn)品，性能范圍和機(jī)號范圍與BDK65和BK54系列主扇基本相同，但主扇葉片的加工成型精度有了大幅度的提高，使葉片的扭曲角誤差控制在士0.5度以內(nèi)。FBDCZ系列主扇的靜壓效率高達(dá)88%，F(xiàn)BCZ系列小型主扇的靜壓效率高達(dá)86%。FBDCZ和FBCZ系列側(cè)移式煤礦防爆軸流主通風(fēng)機(jī)產(chǎn)品，兩臺主機(jī)并聯(lián)在1臺可側(cè)向往返移動的平板車上，兩臺主機(jī)可在5min以內(nèi)實現(xiàn)相互更換，共用1條總回風(fēng)道和1套風(fēng)機(jī)的集流器、擴(kuò)散器和擴(kuò)散塔，取消了分風(fēng)岔道的局部阻力損失(5%~8%)和兩付風(fēng)閘門的漏風(fēng)損失(13%~18%)，二項損失合計高達(dá)18%~26%，節(jié)能效果顯著。

沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠與東北大學(xué)合作開發(fā)的2K56系列礦井軸流主扇，適合中壓大風(fēng)量的要求。其裝置靜壓效率為85.3%，高效區(qū)域?qū)拸V，靜壓效率在80%以上的風(fēng)量范圍比值為2.57，靜壓范圍比值為2.64。該機(jī)仍采用長軸傳動，可逆轉(zhuǎn)反風(fēng)，反風(fēng)率為60%以上。

上海鼓風(fēng)機(jī)廠和德國TLT (Tuibo Lufttechnik)公司合作研制的GAF型礦井軸流主通風(fēng)機(jī)，風(fēng)量范圍為30~1800m3/s。風(fēng)壓范圍為300~8000Pa，最高全壓效率為88%。全壓效率在80%以上的風(fēng)量范圍比值為2.24，風(fēng)壓范圍比值為1.63。風(fēng)機(jī)性能的調(diào)節(jié)方式有液壓動葉可調(diào)和機(jī)械式動葉可調(diào)兩種，擴(kuò)散塔安裝型式有臥式和立式兩種，立式安裝于地面時，風(fēng)機(jī)臥式采用長軸傳動，且長傳動軸從立式擴(kuò)散塔端伸出。

吉林市鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的KZS型礦井軸流主扇是仿原蘇聯(lián)的產(chǎn)品，經(jīng)改進(jìn)后最高裝置靜壓效率為84%，采用長軸傳動，可逆轉(zhuǎn)反風(fēng)。該機(jī)突出的優(yōu)點(diǎn)是葉片強(qiáng)度高、安全可靠、動葉安裝拆卸方便、中和后導(dǎo)葉可在風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中通過電控?zé)o級調(diào)角，可獲得不同動葉角度下最佳導(dǎo)葉匹配角度的最佳節(jié)能效果，是一種效率高、安全性好的主扇風(fēng)機(jī)。

2.3 局部通風(fēng)機(jī)發(fā)展概況

煤礦將局扇用于采掘工作面或局部通風(fēng)有困難的地方, 20世紀(jì)80年代前，在我國煤礦主要采用№4,№5,№6的單級和雙級高壓(俗稱普通)軸流式通風(fēng)機(jī)。

20世紀(jì)90 年代，我國的新型局部通風(fēng)機(jī)有了長足的發(fā)展，礦用局部通風(fēng)機(jī)幾乎全部采用雙級或三級高壓對旋和雙級高壓軸流風(fēng)機(jī),其功率達(dá)264kW,壓力8000多Pa,風(fēng)量1000m3/min。在壓入式掘進(jìn)通風(fēng)作業(yè)中推廣了對旋局部通風(fēng)機(jī);在瓦斯排放和掘進(jìn)除塵方面又出現(xiàn)了新型抽出式局部通風(fēng)機(jī)和多功能局部通風(fēng)機(jī);在風(fēng)機(jī)材質(zhì)方面采用了無摩擦火花和安全摩擦火花材料;在驅(qū)動方面，除了傳統(tǒng)的防爆電動機(jī)外，還采用了氣馬達(dá);所有新型風(fēng)機(jī)都設(shè)計了各種形式的消聲結(jié)構(gòu)。

2.3.1 FD系列對旋式局部通風(fēng)機(jī)

1、對旋式風(fēng)機(jī)的工作原理

對旋式局部通風(fēng)機(jī)是由兩個防爆電機(jī)驅(qū)動兩個旋向相反的葉輪，串聯(lián)組成。一般不設(shè)置導(dǎo)葉。空氣流入第一級葉輪獲得能量后，并經(jīng)第二級葉輪排出，第二級葉輪兼?zhèn)渲胀ㄝS流式通風(fēng)機(jī)中靜葉柵的功能，在獲得整直圓周方向速度分量的同時，并加給氣流能量，從而達(dá)到普通軸流式通風(fēng)機(jī)不能達(dá)到的高效率、高風(fēng)壓。

由于是葉柵I 和II等速相反轉(zhuǎn)動，空氣經(jīng)過兩級葉柵后得到了較高能量，即在同樣軸向進(jìn)、排氣條件和同樣葉列數(shù)的情況下，對旋式局部通風(fēng)機(jī)可以比普通局部通風(fēng)機(jī)提高6%~8%的作功能力。

2、FD系列對旋式局部通風(fēng)機(jī)的主要特點(diǎn)

FD系列對旋式局部通風(fēng)機(jī)是我國研制較早，推廣應(yīng)用比較廣泛的一種大功率局部通風(fēng)機(jī)，它具有以下特點(diǎn)：

1)該系列風(fēng)機(jī)第一級和第二級兩個貼得很近，風(fēng)葉采用扭曲的圓弧鋼板葉片。葉輪材質(zhì)為軟鋼;

2)該系列風(fēng)機(jī)屬于無導(dǎo)葉軸流式通風(fēng)機(jī)和采用外包復(fù)式單孔空腔共振吸聲結(jié)構(gòu)消聲器組合體，具有較低的噪聲;

3)該系列風(fēng)機(jī)在工作面范圍區(qū)域和最高效率下的流量系數(shù)變化不大，而壓力系數(shù)變化卻不小，即P-Q性能曲線較普通軸流式通風(fēng)機(jī)陡，故非常適合掘進(jìn)工作面定風(fēng)量控制，即壓力增加較大，而風(fēng)量變化較小。因此，只要風(fēng)筒接頭質(zhì)量好，漏風(fēng)率在規(guī)定值內(nèi)，當(dāng)雙級運(yùn)行時，F(xiàn)D-1NNo6型對旋風(fēng)機(jī)在10~20m2掘進(jìn)斷面的送風(fēng)距離可達(dá)2000m以上;FD-1No5型風(fēng)機(jī)在6~8m2掘進(jìn)斷面可達(dá)1500m.。

4)系該系列風(fēng)機(jī)效率提高，滿載時為80%左右，高出JBT系列風(fēng)機(jī)8~10個百分點(diǎn)。

2.3.2 新型抽出式局部通風(fēng)機(jī)

1、原理、結(jié)構(gòu)及分類

煤礦用抽出式局部通風(fēng)機(jī)除需具有一般局部通風(fēng)機(jī)的性能外，還需滿足防止產(chǎn)生摩擦火花和電動機(jī)不直接與抽出的乏風(fēng)相接觸等要求。

當(dāng)前，世界上可作煤礦壓抽式的電動局部通風(fēng)機(jī)有兩種，即以英國B型風(fēng)機(jī)為代表的流道分叉式和以波蘭WLE-B 型為代表的電動機(jī)隔離密閉腔式。

我國煤礦抽出式局部通風(fēng)機(jī)是在研究了上述兩種代表型風(fēng)機(jī)利弊的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國

的具體情況研制而成。大體上可分為兩大類。

2、無摩擦火花型

動葉片或葉輪采用阻燃、抗靜電的工程塑料注塑成型。因工程塑料為熱塑性材料，熔融溫度200~300 ，不會產(chǎn)生高溫粉屑，所以不產(chǎn)生摩擦火花。

3、安全摩擦火花型

動葉銅合金，輪轂用軟鋼制成;或者葉輪外的機(jī)殼內(nèi)壁鑲銅環(huán)，葉輪用軟鋼制成。因

軟鋼與銅產(chǎn)生的摩擦火花能量不足以點(diǎn)燃沼氣，故稱之為安全摩擦火花。

上述每一類型風(fēng)機(jī)又可分為電動機(jī)驅(qū)動和氣動馬達(dá)驅(qū)動，而電動機(jī)驅(qū)動又可分為外電

機(jī)(流道分叉式)和內(nèi)置電機(jī)(密封腔式)。

2.3.3 無摩擦火花型抽出式局部通風(fēng)機(jī)

1、FSD-2X18.5型塑料葉輪抽出式局部通風(fēng)機(jī)

為了使風(fēng)機(jī)能在高瓦斯涌出的長距離巷道條件下做抽出式運(yùn)轉(zhuǎn)，同時還要保證高效低

噪，采用了內(nèi)置式電機(jī)和對旋式氣動原理。流道中的電機(jī)用特殊密閉腔與乏風(fēng)隔開;風(fēng)機(jī)葉輪采用阻燃抗靜電塑料以防止產(chǎn)生摩擦火花;外殼采用消音結(jié)構(gòu)。風(fēng)機(jī)由下述五部分組成：具有阻燃、抗靜電(內(nèi)添加型)工程塑料葉片的葉輪一對;2臺YBFd160L-2型防爆電機(jī);2套隔離密封腔將風(fēng)機(jī)流道與電機(jī)隔離;帶消音結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散器和進(jìn)氣罩各一個;帶消音結(jié)構(gòu)的風(fēng)機(jī)外殼2 套。

葉輪由單片塑料葉片和輪轂組裝而成。葉片由模具注塑制成單件，組裝時，先將葉片鑲嵌在鋼制輪轂上，然后且螺栓緊固起來，兩端面用銅皮覆蓋。

該風(fēng)機(jī)適用于長距離高瓦斯巷道掘進(jìn)時作壓抽式通風(fēng)，適用于走向長、隅角瓦斯涌出

量大的回采工作面處理隅角瓦斯;可作除塵風(fēng)機(jī)。

2、FSWZ-11B型塑料葉輪外電機(jī)抽出式局部通風(fēng)機(jī)

該風(fēng)機(jī)在普通風(fēng)機(jī)氣動原理基礎(chǔ)上采用了英國B型風(fēng)機(jī)的流道分叉式結(jié)構(gòu)，使電機(jī)置于風(fēng)機(jī)流道之外;又采用了波蘭WLE-B 型風(fēng)機(jī)的塑料葉輪防摩擦火花方式。塑料葉輪由單件葉片和輪轂組裝而成。葉片和輪轂由模具注塑成單件，組裝時將葉片鑲嵌在輪轂上，用專門的粘結(jié)劑粘結(jié)而成。

該風(fēng)機(jī)適用于煤礦井下含爆炸性物質(zhì)(瓦斯和煤塵)環(huán)境作抽出式局部通風(fēng)，可以抽排井下局部積聚瓦斯，也可與除塵裝備聯(lián)合使用排除工作面粉塵。

3、SQF-5和SQF-3/6 型塑料葉輪氣動風(fēng)機(jī)

該風(fēng)機(jī)是在普通風(fēng)機(jī)和對旋風(fēng)機(jī)的氣動原理基礎(chǔ)上，采用全塑葉輪以防止摩擦火花;采用氣動馬達(dá)代替電動機(jī)驅(qū)動，以防止電火花，成為真正的無火花風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)還可以進(jìn)行無級調(diào)速，使風(fēng)量可以任意改變。

SQF-5型風(fēng)機(jī)是單級塑料葉輪加單臺葉片氣馬達(dá)構(gòu)成。

SQF-3/6型風(fēng)機(jī)是兩級塑料葉輪加兩臺葉片式馬達(dá)構(gòu)成對旋式風(fēng)機(jī)。

該風(fēng)機(jī)是無火花型，適用于其他各類電動風(fēng)機(jī)無法使用的高濃度瓦斯環(huán)境，特別是適合在風(fēng)流瓦斯有時超限的回采工作面處理隅角瓦斯和巷道復(fù)工時的瓦斯排放。

2.3.4 脈動通風(fēng)技術(shù)治理上隅角瓦斯積聚

脈動通風(fēng)技術(shù)就是利用風(fēng)流的紊流擴(kuò)散系數(shù)與風(fēng)流脈動特性相關(guān)的理論，研制的一套技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理且實用的脈動風(fēng)機(jī)。在正常通風(fēng)風(fēng)流中疊加脈動風(fēng)流，從而增加風(fēng)流的紊流擴(kuò)散系數(shù)，提高風(fēng)流驅(qū)散局部積聚瓦斯的能力，從根本上解決回采工作面上隅角瓦斯積聚問題。

針對脈動通風(fēng)機(jī)運(yùn)行環(huán)境的特殊安全要求，在其動力方面考慮采用氣壓或液壓作為動力源。由于綜采工作面都有配套的乳化液泵站，因此對于綜采工作面確定采用高壓乳化液作為動力源，這樣也可簡化通風(fēng)機(jī)的動力系統(tǒng)。在葉輪材質(zhì)方面，選用具有抗靜電和阻燃性能的高強(qiáng)度工程塑料。脈動風(fēng)流的產(chǎn)生是因為風(fēng)機(jī)體旋轉(zhuǎn)，在風(fēng)機(jī)體周圍獲得脈動風(fēng)流。

脈動通風(fēng)機(jī)主要由以下部分組成：(1)液壓動力源;(2)執(zhí)行元件(液壓馬達(dá));(3) 控制元件(包括各種壓力、流量、方向控制閥及其他各種控制元件);(4) 輔助裝置(濾油器及冷卻器、壓力表及管道、管接頭等)。

該通風(fēng)機(jī)主要特性：(1)乳化液動力源和抗靜電和阻燃工程塑料葉輪，具有可靠的無火花防爆性能，可在有礦井瓦斯或可燃?xì)怏w爆炸危險的通風(fēng)工程中使用;(2) 液壓馬達(dá)驅(qū)動葉輪和機(jī)體，產(chǎn)生雙旋轉(zhuǎn)脈動射流，不僅有效射程長，沖淡瓦斯的擴(kuò)散系數(shù)高，而且還有對瓦斯倉儲區(qū)的柔性排放效應(yīng)等特性，特別適合于采煤工作面上隅角瓦斯積聚的有效治理或類似的目的;(3)網(wǎng)式開放與螺式封閉巧妙結(jié)合的防護(hù)籠體，不僅提高了脈動通風(fēng)的效果，而且對作業(yè)人員的安全和健康具有保護(hù)作用。

2.3.5 液壓風(fēng)扇治理上隅角瓦斯積聚

1、結(jié)構(gòu)

小型液壓風(fēng)扇驅(qū)動力來源于液壓泵站，運(yùn)轉(zhuǎn)狀況受控于中心監(jiān)控裝置。

小型液壓風(fēng)扇由WCF-1型中心控制處理器(含KGJ7型甲烷傳感器)、液壓泵站和小風(fēng)扇三部分組成。

小風(fēng)扇為軸流式，由進(jìn)口集流器和風(fēng)筒體兩部分組成。為使進(jìn)氣速度場均勻，提高風(fēng)扇效率，進(jìn)口集流器加工成圓弧形，其內(nèi)設(shè)有半圓球形的整流罩和導(dǎo)葉片;風(fēng)筒體由葉輪和芯筒兩部分組成，油壓馬達(dá)安設(shè)在芯筒內(nèi)，并通過聯(lián)軸節(jié)同風(fēng)扇葉輪相連，芯筒與風(fēng)筒體內(nèi)壁之間設(shè)有7片導(dǎo)葉片。在材料選擇上，風(fēng)扇的風(fēng)筒體(含導(dǎo)葉片)、進(jìn)口集流器及葉輪等全部采用阻燃抗靜電玻璃鋼制作，以減輕風(fēng)扇的重量，同時避免摩擦火花的產(chǎn)生;在驅(qū)動力上，風(fēng)扇采用CMK-04型齒輪馬達(dá)驅(qū)動，額定轉(zhuǎn)數(shù)為2800r/min ;在結(jié)構(gòu)型式上，風(fēng)扇采用軸流式結(jié)構(gòu)，葉片為孤立扭曲機(jī)翼型。

液壓泵站是向風(fēng)扇的油馬達(dá)提供壓力油以驅(qū)動風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)的液壓傳動系統(tǒng)。主要由齒輪泵、網(wǎng)式濾油器、節(jié)流閥、溢流閥、兩位四通電磁閥、馬達(dá)、油箱和電動機(jī)等組成。采用兩位四通電磁閥控制液壓油流向，在其未通電時，液壓系統(tǒng)空載，油液經(jīng)兩位四通電磁閥直接回油箱，保證有效降低溫升，減少能耗;當(dāng)電磁閥通電而導(dǎo)通后，液壓油經(jīng)電磁閥驅(qū)動馬達(dá)，帶動風(fēng)扇轉(zhuǎn)動;采用溢流閥來調(diào)壓回路，確保過載泄流，起到安全保護(hù)作用;速度調(diào)節(jié)采用旁路節(jié)流來控制油馬達(dá)轉(zhuǎn)數(shù)和系統(tǒng)工作壓力，從而形成了在一定工作壓力和流量下的開式循環(huán)系統(tǒng)。

2、工作原理

自控液壓風(fēng)扇分為中心監(jiān)控裝置和執(zhí)行裝置兩部分，中心監(jiān)控裝置包括中心控制處理

器和瓦斯傳感器，執(zhí)行裝置包括小型液壓風(fēng)扇和液壓動力系統(tǒng)。中心監(jiān)控裝置的工作原理

是放置在工作面上隅角的瓦斯?jié)舛葌鞲衅鲗崟r檢測瓦斯?jié)舛?，并將檢測到的濃度信號轉(zhuǎn)變

為模擬電信號傳到中心控制處理器，經(jīng)中心處理單元對檢測到的模擬信號進(jìn)行處理判斷，發(fā)

出指令，控制繼電器開啟與閉合，實時控制液壓風(fēng)扇。當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸迺r，風(fēng)扇啟動，吹

散上隅角的積聚瓦斯;待瓦斯?jié)舛冉档椭涟踩缦迺r，風(fēng)扇即自動停止。