姬惠龙

（长治市能源工程技术中心，山西 长治 046000）

1 煤矿主通风机通风失稳原因

通过对近年来国内外各煤矿通风系统故障导致的煤矿生产安全问题的汇总，煤矿主通风机通风失稳的原因主要包括以下几个方面：

1）煤矿主通风机系统因故暂停使用，但此时备用的主通风机系统未按时投入工作，导致煤矿井下通风长时间中断，例如东滩煤矿的通风机停机事故。

2）煤矿主通风机系统在进行倒转的时候，运行风机停止工作后备用风机无法及时投入运行，因为在煤矿实际设备布置时，主通风机一般是布置在巷道入口位置，离矿区的变电站较远，而通风机系统的工作容量大，转动时的转动惯量大，启动时冲击电流大，供电系统的压降大，电机发热严重，因此此时备用通风机设备能否及时投入工作成为影响通风系统工作稳定性的关键因素。

3）通风机系统在倒机过程中造成的煤矿井下巷道内短时间的停风失稳，通过分析研究，对于双突煤矿和高瓦斯煤矿，在现有的“停机、倒机”的工作模式下，短时间的通风失稳已经成为瓦斯集聚导致事故发生的一个安全隐患。

4）在通风机工作时，因煤矿井下巷道捏风阻的变化可能会导致通风机长时间的处于喘振工作状态，造成巷道内气流的紊乱[1]。由于旋转轴流式风机的工作特性曲线为驼峰式的，当在小流量的通风工况下工作时容易发生旋转失速、喘振等非稳定工况，这个时候巷道内气流的脉动情况加剧，反过来会导致通风机运行情况的进一步恶化，造成风机旋转时的振动，引起叶片断裂、叶轮机械结构的损坏，导致进一步的通风失稳，此时若不及时采取调整措施将导致通风系统彻底损坏，造成更严重的通风安全事故。

在上述四种通风失稳的原因中，第四种原因导致的通风失稳最为常见，造成的危害也最为严重，因此重点从控制主通风机喘振导致的通风失稳出发，提高煤矿通风系统的工作稳定性和使用寿命，确保煤矿的安全生产。

2 煤矿主通风机喘振预警机理

为确保煤矿主通风机系统工作的稳定性，一方面需要对通风机的运行状态进行监测，当发现通风机出现喘振时，及时对通风机的运行情况进行调整，使通风机运行时避开喘振区，一方面需对通风机的结构进行优化，降低其发生喘振的概率。

通过分析研究，风机叶片角度所对应的风机运行性能与风机的喘振具有密切的关系，因此将轴流式通风机各个叶片的偏斜的角度所对应的性能曲线的喘振临界点进行连接，便可以得出通风机在工作时的喘振临界点曲线，在实际应用中，可以将这条喘振临界点曲线适当进行下移，这样就能得到一条通风机喘振报警线，位于喘振报警线以上、喘振临界点以下的区域称之为煤矿通风机运行时的喘振报警区域[2]。

通风机在工作状态下，当风机在某一个特点的角度下稳定工作时，若管路特性或者其他原因导致通风机运行的特性曲线向上偏移至报警区域时，报警控制系统将利用声光结合信号发出报警，值班人员可以根据运行情况快速地对通风机的运行状态进行调整，确保通风机的工作处于喘振报警点以下，喘振报警原理如下页图1所示。

通风机运行时的喘振的报警通常是将工作时的实际的运行参数和系统设定的喘振边界点上的各数据进行实时的对比分析，轴流式通风机的喘振的临界曲线可用一元函数的形式进行表述[3]：

式中：Qmin为风机在叶片斜角为β时不出现喘振的临界的气流量；Pmax为风机在叶片斜角为β时不出现喘振的临界全压值。

图1 轴流风机喘振预报原理图

式（1）和（2）的数值形式可以利用矿区风机布置的具体形式通过实际测量得到，假设将通风机运行时的警戒报警的安全系数设置为k，则通风机系统的喘振的预警临界曲线可表示为：

由此可得到通风机系统在运行时的喘振报警条件：

3 煤矿主通风机喘振失稳的控制

在实际生产中，随着煤炭开采时间的增加，煤矿井下采掘区域不断加大，新的巷道不断拓展，旧的巷道也在不断废弃，因此煤矿井下巷道内的阻力是不断地在发生变化的，所以煤矿井下复杂的巷道布局使通风失稳的情况不断发生，因此为了避免通风机工作时的失稳造成严重的损坏，除了对通风机运行失稳进行预警外，还要对风机工作特性进行优化，扩大其稳定工作范围，缩小其失稳工作的区域，根据对风机失稳和风机工作特性的研究，在总结实际工作经验的基础上，提出了针对不同通风机优化其结构，提高其稳定工作范围的方法。

1）增加分流器，提高风叶运转时的稳定工作范围。通过对通风机发生失稳原因的分析，当巷道内的风流量减小到一个临界点时，通风机旋转叶片的非工作面开始出现脱流的现象，造成失速区的压力下降，风机的气流在离心力的作用下向风叶顶部转移，因此在发生失速时是从风叶顶部出现旋涡倒流开始的。根据这个现象采用在通风机风叶的前端设置一个旋转分流器，将叶片顶端的倒流的气流进行分流，避免旋转紊流对叶片进气气流的干扰，降低进入风叶的主气流的涡流，提高喘振点处的压力，根据实际测量结果表明，在风机处增加分流器后能够显著降低风机发生喘振的概率。

2）在通风机风道内加装旁管通道消除喘振。当风机在工作时发生喘振报警后，控制打开旁管通道，使外界的空气流入风机，使溢流气流和风机气流并联工作，可将风机工作时的工况由喘振报警段下降为正常工作区域。

4 结论

1）在风机处增加分流器后，能够显著降低风机发生喘振的概率，提高风叶运转时的稳定工作范围。

2）在通风机风道内设置旁管通道，可将风机工作时的工况由喘振报警段下降为正常工作区域。