Wat is ’n mynventilasiewaaier? Tipes, parameters en veiligheid in mynventilasie

Wat is ’n mynventilasiewaaier?

’n mynventilasiewaaier, ook bekend as ’n mynventilator, is ’n groot industriële waaier wat gebruik word om vars lug deur ’n ondergrondse myn of tonnel te beweeg. Die hoofdoel is om genoeg skoon lug te voorsien, stof en skadelike gasse te verdun en weg te voer, temperatuur en humiditeit te beheer, en ’n veilige werksomgewing vir mynwerkers te handhaaf.

Sonder behoorlik ontwerpte en beheerde ventilasiewaaiers kan ondergrondse myne vinnig metaan, dieseluitlaatgasse, skietgasse en respireerbare stof opbou—wat ernstige risiko’s van ontploffings, vergiftiging en langtermyn respiratoriese siektes skep.

Waarom ventilasiewaaiers noodsaaklik is in mynbou

Moderne ondergrondse myne steun op ’n volledige ventilasiestelsel wat insluit:

• Hooflugweë en teruglugweë

• Skagte en raises (opgaande skagte)

• Stoppings (afsluitings), deure, reguleerders en lugkanalisering

• Plus een of meer groot hoofventilasiewaaiers om die lugvloei aan te dryf

        Figuur: Vereenvoudigde ondergrondse mynventilasiestelsel met inlaatskag, hoofventilator op die oppervlak, plaaslike waaiers by die ontwikkelingsfronte, en lugvloei wat deur die teruglugskag terugkeer.

Mynventilators is die “enjin” van hierdie stelsel. Hulle:

• Stoot of trek vars lug vanaf die oppervlak die myn binne

• Verdun metaan, CO, CO₂, NOx, SO₂ en ander gasse tot veilige vlakke

• Beheer stofkonsentrasies by die front en laaipunte

• Verwyder hitte en humiditeit wat deur rots, toerusting en diep mynbou gegenereer word

• Handhaaf minimum lugsnelhede om stagnasie en opbou van besoedeling in dooie sones te voorkom

’n Goed ontwerpte waaierstelsel is dus een van die belangrikste dele van mynveiligheidsbestuur.

Hoof tipes mynventilators

In mynventilasie-ingenieurswese word waaiers gewoonlik volgens plig en ligging gegroepeer eerder as volgens handelsmerk.

1. Hoof (Primêre) waaiers

Figuur: Hoof-mynventilasiewaaierstasie op die oppervlak wat lugvloei vir die ondergrondse en oopgroef-werksgebiede voorsien.   

Hoofwaaiers (of primêre waaiers) is groot, hoë-kapasiteit waaiers wat op die oppervlak geïnstalleer word, gewoonlik naby die hoofskag of drif. Hulle genereer die meeste van die druk en lugvloei vir die hele mynventilasiekring.

Tipiese kenmerke:

• Op die oppervlak geïnstalleer in ’n waaierhuis of betonstruktuur

• Dikwels in plig/bystand-konfigurasie vir betroubaarheid

• Toegerus met dempers, diffusors en inlaatkeëls om doeltreffendheid te verbeter

• Aangedryf deur hoëkragmotors, dikwels met veranderlike-spoed-aandrywers

2. Booster-waaiers

Figuur: Ondergrondse booster-waaiers in ’n myn drif geïnstalleer om druk te verhoog en lug na afgeleë werkareas te stoot.

Booster-waaiers is groot waaiers wat ondergronds in serie met die hoofwaaier geïnstalleer word. Hulle word in diep of hoë-weerstand myne gebruik om die druk in ’n deel van die ventilasienetwerk te verhoog en lug na afgeleë distrikte te help druk.

Omdat booster-waaiers die drukverdeling verander, moet hul ontwerp en beheer streng veiligheidsreëls volg om onverwagte vloei-omkerings of gevaarlike gasopbou te voorkom.

3. Hulp- en plaaslike waaiers

Figuur: Hulp-mynwaaier met buigsame lugkanalisering wat vars lug direk na die ontwikkelingsfront voorsien.

Hulpwaaiers en plaaslike ventilasiewaaiers is kleiner waaiers wat gebruik word om ontwikkelingsfronte, produksiefronte en dooie-eind-gange te ventileer wat nie direk in die hooflugvloei is nie.

Hulle:

• Staan naby die ingang van ’n heading of inbygang

• Koppel aan ventilasie-lugkanalisering (rigied of buigsaam)

• Voorsien vars lug direk na die werksfront en verdun stof en dampe van boor, skietwerk en laai

In steenkoolmyne sien jy ook ontploffingsvaste plaaslike waaiers saam met langafstand-lugkanalisering vir frontventilasie.

Aksiaal vs. sentrifugaal mynventilators

Uit ’n aërodinamiese oogpunt val die meeste mynventilators in twee families.

Aksiaalvloei-mynventilators

• Lug gaan in en uit parallel met die waaierskag

• Hoë lugvolume teen relatief lae tot medium druk

• Kompakte ontwerp, tipies met ’n silindriese omhulsel en verstelbare lemme

• Baie algemeen as hoof-, booster- en hulpwaaiers in metaal- en steenkoolmyne

Aksiale waaiers is goed geskik vir:

• Lang lugweë met matige weerstand

• Situasies waar doeltreffendheid en veranderlike-lembeheer belangrik is

• Omkeerbare ventilasie (vir sommige ontwerpe), nuttig vir nood-rook- en brandbeheer

Sentrifugale mynventilators

• Lug gaan in naby die middel van die waaierwiel en verlaat radiaal, draai 90° binne die omhulsel

• Lewer tipies laer lughoeveelheid maar hoër druk as aksiale waaiers

• Word dikwels gebruik waar die myn baie hoë weerstand het of waar robuuste konstruksie nodig is

Sentrifugale waaiers kan ’n goeie keuse wees vir:

• Diep myne met hoë statiese druk

• Skagte en drifte met groot drukverliese

• Toepassings wat robuuste toerusting en swaardiens-omhulsels vereis

In die praktyk hang die keuse tussen aksiaal en sentrifugaal af van:

• Vereiste lugvloei (m³/s of CFM)

• Totale druk (Pa of kPa)

• Stelselweerstandskurwe (insluitend Atkinson-weerstand)

• Geraaslimiete, doeltreffendheidsteikens en beskikbare installasieruimte

Belangrike tegniese parameters van ’n mynventilator

Wanneer ingenieurs ’n mynventilator ontwerp of kies, fokus hulle op ’n paar kernparameters:

• Lugvloei (Q)
  Volume lug wat gelewer word, gewoonlik in m³/s of m³/h (of CFM in sommige lande).

• Totale druk / Statiese druk (Pt, Ps)
  Drukstyging wat die waaier skep om die weerstand van skagte, gange, lugkanalisering en lekkasie by stoppings te oorkom. Word dikwels in Pa of kPa uitgedruk.

• Doeltreffendheid (η)
  Verhouding van lugkrag tot skagkrag. Hoër doeltreffendheid verlaag energiekoste oor die lewensduur van die myn.

Figuur: Prestasiekaart van ’n aksiale mynwaaier wat statiese druk vs lugvloei, doeltreffendheidskonture en lemhoek-lyne toon.

• Waaierkurwe
  Verhouding tussen lugvloei en druk vir ’n gegewe waaierspoed. Die kruising met die stelselweerstandskurwe gee die bedryfspunt.

• Krag & spoed
  Motorkrag (kW of HP) en waaierspoed (rpm) moet by die ventilasieplig, energiekoste en aansitmetode pas (direk-op-lyn (DOL), sagte aansitter, VFD).

• Geraas en vibrasie
  Belangrik vir beide werkersgerief en strukturele veiligheid; word dikwels met dempers, buigsame koppelinge en isolasiebasisse beheer.

Veiligheid en ontploffingsbeskerming

Omdat mynventilators die ondergrondse atmosfeer direk beïnvloed, val hulle onder streng veiligheidsstandaarde en riglyne.

Belangrike aspekte sluit in:

• Ontploffingsbeskerming
  In gasryke steenkoolmyne en sommige metaalmyne kan hoof- en hulpwaaiers ontploffingsvaste ontwerpe en Ex-gegradeerde motors benodig om ontstekingsbronne in potensieel ontplofbare atmosfere te vermy.

• Betroubaarheid en redundansie
  Plig/bystand-opstellings, outomatiese oorskakeling en noodkragtoevoer help verseker dat lugvloei gehandhaaf word selfs al faal een waaier of kraglyn.

• Monitering en beheer
  Moderne myne gebruik sensors en beheerstelsels om deurlopend te monitor:

• Waaierspoed, stroom en vibrasie

• Differensiële druk oor die waaier

• Lugvloei, gaskonsentrasie en temperatuur in hooflugweë en teruglugweë

• Prosedures vir aanskakel en afskakel
  Die verandering van waaierwerking kan lugvloei-verdeling aansienlik beïnvloed; regulasies vereis tipies risiko-assesserings en bedryfsprosedures vir beplande waaierafskakelings.

Tipiese toepassings van mynventilators

Mynventilators word in byna elke tipe ondergrondse mynbedryf gebruik:

• Steenkoolmyne – hoof- en booster-waaiers vir hele-mynventilasie; ontploffingsvaste plaaslike waaiers vir langfronts en ontwikkelingsheadings.

• Metaal- en nie-metaalmyne – groot aksiale hoofwaaiers vir ramp- en skagstelsels, plus hulpwaaiers vir aflope (declines) en produksie-stopings.

• Tonnels en siviele werke – aksiale waaiers en lugkanalisering vir pad-, spoor- en hidrotonnels, dikwels soortgelyk aan myn-hulpventilasie.

• Stof- en dampbeheer – gekombineerde gebruik van ventilasie en water/stofversamelaars om respireerbare stof en dieselpartikels te verminder.

Behoorlike waaierkeuse en posisionering kan energieverbruik aansienlik verlaag terwyl die vereiste luggehalte ondergronds steeds gelewer word.

Hoe om ’n mynventilator te kies (ingenieursperspektief)

’n Professionele seleksieproses sluit gewoonlik in:

1. Definieer ventilasiebehoefte

• Vereiste lughoeveelheid vir elke distrik en die totale myn

• Regulatoriese minimums (per persoon, per dieseltoerusting, per heading)

2. Bou of werk die ventilasienetwerkmodel by

• Ganglengtes, dwarsdeursneeë en Atkinson-weerstand

• Stoppings, reguleerders, deure, lekkasie-roetes

3. Kies waaiertipe en konfigurasie

• Aksiaal vs sentrifugaal

• Enkelwaaier, tweelingwaaiers in parallel of in serie

• Plig/bystand-opstelling, moontlike booster-waaiers

4. Kontroleer bedryfspunte en waaierkurwes

• Verseker stabiele werking naby piekdoeltreffendheid

• Bevestig dat daar marge is vir toekomstige produksie-uitbreiding

5. Verifieer veiligheid, geraas en nakoming van standaarde

• Ontploffingsvaste vereistes (waar van toepassing)

• Plaaslike ventilasie-regulasies en riglyne

6. Beplan monitering en beheer

• Gebruik van VFD’s om vloei fyn te stel en energie te bespaar

• Integrasie met myn-SCADA of ventilasiebeheer-stelsels