矿井风量调节

矿井通风网络内，各分支的风量不加任何调节刚刚满足需要是不可能的，或者说是几乎没有的，都需要调节。 这段时间调节好了，下段时间还要进行调节。 而且随着生产的进行和工作面间的推进与更替，井巷风阻、网络结构及所需的风量均在不断变化，因此应及时进行风量调节。

风量调节设施有通风机、射流器、风窗、风幕和增加并联井巷或扩大通风断面等。 按其调节的范围可分为局部风量调节与矿井总风量调节；从通风能量的角度看，可分为增能调节、耗能调节和节能调节。

4．5．1 局部风量调节

局部风量调节是指在采区内部各个工作面之间、采区之间或生产水平之间的风量调节。调节的方法有增阻调节法、降阻调节法及辅助通风机调节法。

1．增阻调节法

增阻调节法是以并联风网中阻力大的风路的阻力值为基础，在各阻力较小的巷道中安装调节风窗等设施，增大巷道的局部阻力，从而降低与该巷道处于同一通路中的风量，增大与其关联通路上的风量。 这是目前使用最普遍的局部调节风量的方法。

增阻调节是一种耗能调节法。 具体措施主要有：①调节风窗；②临时风帘；③空气幕调节装置。 其中调节风窗使用最多。

（1）风窗调节法原理分析

如图4．14所示，分支1、2的风阻分别为R1和R2，风量分别为Q1、Q2。则分支1、2的阻力分别为h1＝R1Q21，h2＝R2Q22，且h1＝h2。若分支2的风量不足，则可在分支1中设置调节风窗。设安设风窗产生的局部风阻为ΔR1，并且分支1、2的风量分别变为Q′1和Q′2，阻力分别变为h′1和h′2，根据风压平衡定律，则有如下关系式：

图4．14 风窗调节法原理

于是，可得出如下求风窗局部风阻ΔR1的计算式为

通过在分支1中增阻后，整个并联系统的总风阻有所增大，使调节后的并联网络总风量Q′小于调节前并联网络的总风量Q。由于Q′未知，因此在计算过程中往往假设Q′＝Q，即认为存在关系式Q′＝Q′1＋Q′2＝Q1＋Q2＝Q，这样，在已知Q′，Q后可由式（4．58）计算风窗阻值ΔR1。

（2）已知ΔR1计算调节风窗面积Sc

①适用条件：拟安装风窗的增阻分支中的风量有富余。

②特点：增阻调节法具有简单、方便、易行和见效快等优点，但增阻调节会增加矿井的总风阻，减少总风量。 调节风窗的安设如图4．15所示。

图4．15 调节风窗

③调节风窗开口面积Sc的计算。已知安设风窗处分支井巷1的断面积为S1，当≤0．5时，根据流体力学孔口风流的计算式及能量平衡方程可得开口面积Sc的计算式为

或

当Sc／S1＞0．5时，Sc的计算式为

或

式中 Sc——调节风窗的开口面积，m2；

S1——分支井巷1的断面积，m2；

Q1——分支井巷1的贯通风量，m3／s；

hc——调节风窗阻力，Pa；

ΔR1——调节风窗的风阻，

2．减阻调节法

减阻调节法是通过在井巷中采取降阻措施，以降低井巷的通风阻力，从而增大与该井巷处于同一通路的风量，同时也减小了与其关联的通路上的风量。 减阻调节是一种能够降低通风能耗的方法，减阻调节法可以降低矿井总风阻，但降阻措施的工程量和投资一般都比较大，施工工期较长，所以一般在对矿井通风系统进行较大的改造时采用。 减阻调节的主要方法有以下5种。

（1）扩大井巷通风断面

例如，根据图4．14中分支1、2的条件，也可以在分支2中减阻已达到增加其通风的目的。假定根据风量计算结果，分支1、2的按需供风量应当分别为Q1和Q2，如果存在h1＝R1Q21＜h2＝R2Q22，则可在分支2中减阻。分支2所应减小的阻力差值为

式中 R′2——分支2扩大断面后的风阻值。

则在分支2中需要减小的风阻值为

已知长度为L2的分支2在扩大断面（由S2扩大为S′2）前后的长度、支护方式、断面形状不变，即认为：L′2＝L2，α′2＝α2，U′2＝U2＝C，则根据风阻计算式可得：

整理得：

这样，分支2的减阻值ΔR2和需要扩大的断面积S′2分别为

（2）降低摩擦阻力系数

降低分支井巷的摩擦阻力系数α减阻的方法，可归结为尽量采用阻力系数α值小的支护方式，努力改变分支井巷壁面的光滑程度或支架形式等。

（3）清除井巷中的局部阻力物

对于生产矿井中的井巷分支，应防止在井巷断面内堆积杂物。 因为在有限的断面内堆积的杂物越多，由此而减小的井巷通风断面积越大，局部阻力越大，通过的风量也就越少。

（4）开掘并联风网

在矿井生产实际中，当不便扩大井巷断面积减阻时，可采取在适合的地点另开掘并联井巷分支的办法来降低局部风网的通风风阻。

（5）缩短风流路线的总长度

对于条件许可的矿井，应尽量缩短风流路线的长度以降低矿井通风阻力。

3．增能调节法

增能调节法是在适宜的地点通过安设辅助通风机或局部通风机等设备增加通风能量，以达到增加局部地点风量的目的。 一般以通风网络中阻力小的分支阻力值为基准，在阻力大的分支中安设风机，利用风机产生的风压去克服大阻力分支的多余阻力值。 增能调节法适用于两并联分支阻力相差较大的情况。

1）增能调节法的主要技术措施

（1）安设辅助通风机调节法

辅助通风机的具体安装方式有以下两种：

①有风墙的风机增能调节法。 在需要安设风机的大阻力分支中的适宜位置构筑风墙，将风机安设在风墙上，如图4．16所示。 本调节法适用于分支井巷无运输及无行人任务的情形。

②绕道式风机增能调节法。 对于分支井巷有运输及有行人任务的情形，必须在需要安设风机的大阻力分支一侧的适宜位置开掘绕道，将风机安设在绕道中，且还应在主分支井巷安设反向风门以防止风流短路，如图4．17所示。

（2）利用自然风压调节法

利用自然风压调节法适用平硐开采或非煤矿山的开采情况。

2）增能调节法的特点

应用增能调节法时，施工相对方便，能迅速增加分支风量，还可减少矿井主通风机能耗。但采用辅助通风机、局部通风机等局部增能调节法时，存在设备投资大，风机能耗多，且风机的安全管理工作复杂、安全性差等问题，因此，一般只在边界采区或采掘面中用于增加风量。

图4．16 有风墙的风机增能调节法

图4．17 绕道式风机增能调节法

4．5．2 矿井总风量调节

当矿井总风量不足或过剩时，就需要进行矿井总风量调节，其实质是通过调整主通风机的工况点来调节矿井风量和风压。 采取的方法主要有改变主通风机的工作特性或改变矿井风网的总风阻。

1．改变主通风机的工作特性

改变主通风机的叶轮转速n、轴流式风机叶片安装角度θ和离心式风机前导器叶片角度等，都可以改变主通风机的风压特性，从而达到调节风机所在系统总风量的目的。

（1）改变主通风机的叶轮转速n进行调节

这种方法主要用于离心式风机的调节。 由比例定律可知，对于矿井已安装的离心式风机，当矿井风网风阻R不变时，风机风量Q与转速n的一次方成正比，而风机轴功率P则与转速n的三次方成正比，其效率基本不变。

如图4．18所示，矿井风网风阻R不变时，风机初始特性曲线的转速为n1，工况点为M1，风量为Q1，当矿井总风量过剩，需要减小转速、降低风量时，可将风机特性曲线调节为低转速n2运转，此时风机工况点为M2，矿井风量降低为Q2。通常已知n1，Q1，Q2，则根据比例定律计算所需要的风机低转速n2。

图4．18 改变主通风机的叶轮转速

调节后风机轴功率也会减小，则调节前后风机轴功率的减少量ΔP为

在生产矿井中，改变风机转速的方法与风机的类型、传递方式、驱动电动机型号等因素有关，因而改变风机转速的方法有多种，如改变驱动电动机与风机之间的传动变速比法、更换电动机法、变频调速法等。

（2）改变轴流式风机叶片安装角度θ进行调节

这种调节方法的实质也是改变风机的特性曲线，与改变离心式风机叶轮转速n进行调节的方法类似。

（3）改变离心式风机前导器叶片角度进行调节

对于像G4-73系列的离心式通风机，改变其前导器叶片角度也能够部分改变风机的风压特性，从而达到改变风机工况点的目的。

2．改变矿井风网的总风阻

如图4．19所示，矿井改造前的风阻为R1，风机转速为n1，工况点为M1，风量为Q1；矿井改造后的风阻降低为R2，如果风机特性不变，其工况点可移动到M2，风量会增加到Q2，这可能大于矿井生产所需风量Q3，为此还应当降低风机转速至n2，即

图4．19 改变矿井风网总风阻值R进行风量调节

生产矿井中，常见的用于改变矿井风阻特性的调节方法有以下两种。

1）风硐闸门调节法

风硐闸门调节法比较适合于轴流式风机。 如果在风机风硐内安设调节闸门，通过改变闸门的开口大小可以改变风机的总工作风阻，从而调节风机的工作风量。 这种方法的特点是只能控制风机风量而不能节能。

轴流式风机的风压特性曲线比较陡，总风阻R增减变化时，风机风量Q的变化幅度不大，故通常不采用风硐闸门调节法。

2）调整矿井通风网络降低矿井总风阻

当矿井总风量不足时，如果能降低矿井总风阻，不仅可以增大矿井总风量，而且可以降低矿井总阻力，实现降阻、增风、节能、提高安全性等多种目标。