矿用局部通风机自制降噪设施应用

陈志强

（山西潞安矿业集团慈林山煤业有限公司慈林山煤矿，山西 长治 046000）

矿用局部通风机工作时产生的噪音通常达到90 dB（A）以上，已超过对人体有害的声级限值85 dB（A）[1]。为解决局部通风机的噪音超限问题，多数矿井采取的主要办法是购买辅助消音设备，该设备价格昂贵，且多数会影响通风机的供风效率。因此，研究一种可自制加工且效果明显的降噪装置，对矿井局部通风机噪音管理及经济效益均具有积极作用。本文以潞安矿业集团慈林山煤矿掘进工作面采用的FBD №6.0/2×30 型对旋式局部通风机降噪研究为工程背景，针对该风机噪音声级超限问题，根据现场条件研究自制加工降噪设施，以达到有效降噪的目的。

1 局部通风机的噪音分析

1.1 局部通风机产生噪音的原因分析

局部通风机在工作过程中，主要依靠电动机带动风机叶轮片转动，使风流向固定方向输送，因此，局部通风机的噪音主要由机械振动、叶轮旋转及风流涡旋共同产生，产生的具体原因分别为：

（1）机械振动。机械振动产生的噪音是设备运转期间难以避免的，主要原因有设备固定不牢发生振动、电机转子不平衡、轴承磨损等。

（2）叶轮旋转。局部通风机工作时，叶轮片处于高速旋转状态，其产生噪音的原因主要包含叶轮旋转发出的声音及带动风流冲击风机壳体产生的声音。

（3）风流涡旋。发生风流涡旋的原因是叶轮旋转时带动风流进入风机，并在风机内随叶轮的旋转影响产生涡旋，受多个叶轮旋转形成风压叠加影响，并随叶轮半径方向向外发生变化，致使涡旋呈周期性产生，发出涡旋噪声[2]。

1.2 局部通风机的噪音辐射特性分析

风机叶轮片旋转及风流涡旋产生的噪音远高于机械振动发出的噪音。根据局部通风机产生噪音的原因分析可知，理论上局部通风机发出噪音最大的声级位置位于局部通风机的进风口及出风口处。根据局部通风机的结构特点及使用特性可知，局部通风机的出风口侧连接风筒，故出风口侧噪音已得到有效抑制。因此，局部通风机在现场实际最大声级位置位于局部通风机的进风口处，其主要噪音声源为风机叶轮片产生并向进风口传导所致，传导至进风口后，其噪音辐射特性自风机出风口向外呈半椎体形的扩散状。

2 局部通风机噪音超标原因及降噪方法

2.1 局部通风机噪音超标的原因分析

根据局部通风机产生噪音的原因分析可知，机械振动、叶轮旋转及风流涡旋均会产生噪音，而导致噪音超标的原因分析主要有以下几个方面：

（1）局部通风机长时间运行，未按期维修或检修不合格，以及部分零部件磨损，电机或叶轮转动不平衡导致噪声增大。

（2）局部通风机安装不牢固，致使设备振动幅度大或震动频率较高。

（3）局部通风机自带消音装置部分发生粉尘或异物堵塞，影响消音降噪效果。

（4）局部通风机安装的位置、巷道断面及供风条件等。

2.2 局部通风机的降噪方法

局部通风机的降噪方法主要根据噪音超标的原因，进行针对性解决，即可实现有效降噪，常规方法如下：

（1）定期对局部通风机进行检修和维护，并按规定对一用一备的局部通风机进行切倒运转，避免单一通风机长期持续运行。

（2）规范局部通风机的安装，确保安装牢固，可采用专用风机固定架，以减少设备震动。

（3）定期清理风机进风口侧粉尘及异物，确保消音设备的降噪效果。

（4）局部通风机的安装位置应尽量选择在巷道平整、断面较大及全负压风量供应充足的地点。

（5）增加辅助消音装备，可购买安装风机专用消音装备，但费用较高，亦可根据局部通风机的噪音辐射特性，在噪音辐射的出口附近安装具备降噪的设施。

3 局部通风机降噪设施的研制与安装

3.1 噪音分布测试及降噪设施安装位置的确定

根据局部通风机噪音的辐射特性可知，局部通风机的进风口处为噪音声级最高的位置，且噪音由此处呈椎体形向远处扩散。根据该扩散特征，为研究对比针对局部通风机进行的降噪措施效果，首先对未采用降噪设施的局部通风机进风口侧每隔1 m 测试各辐射范围内的噪音分贝。图1 为慈林山煤业3105 工作面运输顺槽的FBD №6.0/2×30 型对旋式局部通风机安装降噪设施前的噪音检测数据分布情况。

图1 局部通风机进风口噪音分布示意图

根据图1 中检测数据可知，位于局部通风机进风口3 m 范围内的噪音声级达到92 dB（A）以上，4 m 以外达到92 dB（A）以下，且位于局部通风机的进风口处噪音声级最大，并呈现向远处递减的趋势，其影响范围呈扩散状。因此，安装降噪设施时，应尽量靠近局部通风机的进风口处。

3.2 降噪设施的选择及其降噪原理

声音是通过介质震动传播，在传播过程中，因震动导致的能量消耗致使声音传递的距离越远，其传递能力越弱，故呈现图1 中噪音声级逐渐减弱的趋势。通常阻止或减弱声音传播的途径常用的方法是在声音传播的方向加入不同介质，利用该介质的阻隔和吸收声音传播的动能实现降低声级的作用[2]。

液体对声音的传导具有良好的动能吸收和转化作用，因此，可在局部通风机的出风口附近设置一道“水墙”，使局部通风机发出的辐射声波直接撞击到“水墙”上，由“水墙”吸收声波传递的动能转化为水体的动能，从而实现降噪的作用。“水墙”消音布置示意图如图2。

图2 “水墙”消音布置示意图

3.3 降噪设施的制作与安装

（1）降噪设施的自制加工

FBD №6.0/2×30 型对旋式局部通风机进风口尺寸为800 mm，“水墙”宽度需大于风机进风口尺寸，设置“水墙”长度为1 m。采用防静电阻燃材质加工水容器，水容器宽度400 mm，高度350 mm，上边缘两侧每200 mm 布置一个Φ10 mm 的吊挂孔，加工示意图如图3。

图3 水容器加工示意图（mm）

用于吊挂水容器的固定架采用Φ20 mm 的圆钢加工，固定架长度1 m，宽度420 mm，共两个水容器固定架，每个固定架共3 层，每层高度350 mm，每层横杆上采用Φ6 mm 的圆钢焊接吊挂钩，吊挂钩间距同水容器吊挂孔间距一致。水容器固定架加工示意图如图4。

图4 水容器固定架加工示意图（mm）

（2）降噪设施的安装

以慈林山煤矿3105 工作面运输顺槽的FBD №6.0/2×30 型对旋式局部通风机为首个工程试验对象。将降噪设施加工完成并运至现场后，先安装固定水容器固定架，第一组安装位置为距局部通风机进风口0.7～1 m 位置，第二组安装位置为距第一组净间距0.5 m。固定架采用顶部锚杆吊挂，固定架安装完成后，挂上水容器并充满水，完成降噪设施的安装。

4 自制降噪设施的效果分析

在慈林山煤矿3105 工作面运输顺槽的FBD №6.0/2×30 型对旋式局部通风机安装降噪设施后，为检测自制降噪设施的降噪效果，再次对该风机进风口侧每间隔1 m 测试其噪音声级，测试结果如图5。与图1 对比可知，安装自制降噪设施后，距局部通风机进风口3 m 范围内的噪音声级已降低至88 dB（A）以下，位于水容器以外的噪音声级已低至85 dB（A）以下，已符合煤矿作业场所噪声限值的要求。另根据现场感观，噪音明显低于安装降噪设施前，表明自制降噪设施达到预期效果。自制加工的局部通风机降噪设施在慈林山煤矿3105 工作面运输顺槽局部通风机取得成功后，逐步投入了该矿其他掘进工作面的局部通风机，均取得了良好效果。

图5 安装降噪设施后局部通风机进风口噪声分布

5 结语

针对局部通风机噪音声级超过作业场所噪声限值问题，可采用购买的辅助降噪装置，亦可根据现场实际自制加工降噪设施。利用“水墙”阻挡并吸收声波动能原理加工而成的自制局部通风机降噪设施，其降噪效果能够满足煤矿作业场所噪声限值的要求。