什么是矿用风机？矿井通风风机基础知识科普

什么是矿用风机？

矿用风机，也常称为矿井通风风机，是矿山用于向井下输送新鲜空气、排出有害气体和粉尘、带走热量与湿度的大型工业风机。 在现代煤矿、金属非金属矿山和隧道工程中，它是通风系统中最关键的动力设备之一。

如果没有合理设计和运行的矿井通风风机，井下很快会积聚甲烷、一氧化碳、二氧化碳、NO_x、炸药烟气以及柴油机废气，同时粉尘和热量得不到有效排出， 不仅存在瓦斯爆炸、窒息、中毒等重大安全风险，也会导致作业环境恶化和职业病风险增加。

1. 为什么矿用风机对矿井安全至关重要？

矿井通风系统本质上是由通风方式、通风网络和通风动力三部分组成的统一整体：包括进风巷、回风巷、风井、风门、风窗、风筒等通风构筑物， 再加上主通风机、局部通风机等通风设备，共同完成“送风、排风和风量分配”的任务。

        图：简化的矿井通风系统示意图，地面主通风机布置在进风井旁，井下加压风机和局部通风机向采掘工作面送风，回风通过回风巷和回风井排出。

矿用风机在系统中的典型作用包括：

• 向井下输送足够的新鲜风流，保证人员呼吸和设备冷却需要；

• 稀释井下产生的甲烷、一氧化碳、炸药烟气及柴油废气，使其浓度低于法规限值；

• 通过一定风速将粉尘、烟雾和热量带走，防止形成“死角”和滞流区；

• 为自动化监测系统（瓦斯监测、CO 监测等）提供可控、可调的气流条件，实现按需供风和节能运行。

根据相关安全规程以及各地配套标准，矿山企业必须建立完整、可靠的通风系统，合理布置主通风机、局部通风机和通风构筑物， 并保证通风系统能够在各种工况下持续、安全运行。

2. 按职责和布置位置划分的矿用风机类型

在工程实际中，人们更习惯按照职责和布置位置来划分矿用风机，而不是按品牌型号。

2.1 主通风机（主扇）

图：地面主通风机机站，为地下矿井和露天采场提供所需的风量和风压，是整个通风系统的核心动力源。  

主通风机（主扇）通常布置在地面井口或斜坡道出口附近，是整个矿井通风系统的主要动力来源。 它为全矿井提供绝大部分风压和风量，是“矿井的肺”和“通风系统的心脏”。

主通风机的一般特点：

• 布置在地面风机房或混凝土基础上，进出风侧配有收缩管、扩散器和消声器；

• 多采用“一用一备”或“两用一备”等值班＋备用方式，提高系统可靠性；

• 配套高压、大功率电机，越来越多采用变频调速以实现按需供风和节能；

• 可根据需要设计为可逆风机，用于火灾等灾害时调整风流方向进行排烟或反风。

2.2 加压风机（Booster Fan，助通风机）

图：井下巷道中布置的加压风机，通过钢制风筒提高局部风压，将风流推送至远距离工作面，用于深部或高阻力采区的通风加压。

加压风机也称助通风机、串联系统风机，一般布置在井下通风网络中，与主通风机“串联”使用， 主要用于深部或高阻力区域，弥补主扇能力不足，向远距离采区“加压送风”。

由于加压风机会改变通风网络的压差分布，如设计、运行不当，可能造成部分采区风量紊乱甚至风流倒灌，因此相关标准和规范通常对加压风机的适用条件、调节方式和安全监测提出严格要求。

2.3 局部通风机（局扇）

图：局部通风机配合柔性风筒，将新鲜风流直接送到掘进工作面，稀释钻孔粉尘、炸药烟气和柴油废气，是采掘工作面通风的常见布置方式。

局部通风机是布置在采掘工作面附近的小型或中型矿用风机，用于向盲巷、掘进头、工作面或局部硐室供风。 局扇通常配合钢制或柔性风筒使用，将新鲜风流直接送至作业地点。

局扇在以下场景极为常见：

• 巷道掘进头、采煤工作面、回采巷道的局部通风；

• 硐室、泵房、变电所等局部空间的补风或排风；

• 需要专门控制粉尘浓度和温度的设备区域（破碎机、转载点等）。

3. 轴流式与离心式矿用风机

从空气流动方向和叶轮结构来看，矿用风机大致可分为轴流式和离心式两大类。

3.1 轴流式矿用风机

• 气流沿着叶轮轴线方向进出风机；

• 在低～中压、大风量工况下效率较高；

• 结构相对紧凑，常采用可调叶片或可变转速以适应工况变化；

• 广泛用作金属矿、非金属矿以及部分煤矿的主通风机、局扇和隧道通风机。

适用场合：

• 巷道较长、阻力中等，希望获得大风量和较高效率的通风系统；

• 需通过变频或调节叶片角度，实现按需供风和节能运行的矿井；

• 需要兼顾正反风功能的主通风机或隧道排烟风机。

3.2 离心式矿用风机

• 气流沿轴向进入叶轮，在叶轮内转向 90° 后径向排出；

• 通常在中～高压、较小风量工况下更为适合；

• 叶轮强度高、壳体坚固，对含尘气流和高阻力系统适应性好；

• 适用于深部矿井、高阻力系统或需要较高全压的场合。

轴流式与离心式风机的选择，通常需要综合考虑所需风量、系统总阻力、安装空间、噪声限制、能效目标等因素， 并通过风机性能曲线与通风网络阻力曲线的匹配计算来确定。

4. 矿用风机的关键技术参数

在通风设计和风机选型中，工程师通常重点关注以下参数：

• 风量 Q：风机在额定工况下提供的空气体积流量，常用单位为 m³/s 或 m³/min。

• 全压 / 静压：风机克服通风系统阻力所产生的压力差，单位为 Pa 或 kPa。

• 效率 η：风机输出的空气功率与轴功率之比，效率越高，长期运行的能耗越低。

图：轴流矿用风机性能曲线图，横轴为风量，纵轴为静压，叠加效率等高线和不同叶片角度或转速下的特性曲线，用于与通风网络阻力曲线匹配确定风机工作点。

• 风机特性曲线：在不同风量下的压力和效率变化曲线，用于与通风网络阻力曲线相交确定工作点。

• 功率与转速：电机额定功率和风机转速需要与风量、风压、启动方式（直接启动、软启动、变频调速）相匹配。

• 噪声与振动：通过消声器、减振基础、柔性接头等措施降低噪声和振动，保护设备和人员健康。

5. 安全、防爆与法规要求

矿用风机直接关系到井下空气质量和安全，因而受到相关安全规程以及《煤矿安全规程》等标准的严格约束。

几个关键方面包括：

• 防爆与防火：瓦斯煤矿和有爆炸危险的金属矿山，主扇和局扇通常需要采用防爆型电机及电气设备，并配套防火、防回火装置。

• 可靠性与冗余设计：主通风机宜采用一用一备或两用一备的冗余配置，关键部件设置状态监测和故障预警。

• 监测与智能控制：现代矿井通风越来越多采用风量、风压、瓦斯、CO 和风机状态的在线监测，并结合变频调速和智能优化算法，实现按需供风和节能运行。

• 停风与反风管理：主扇停运、反风或切换时，需要严格执行作业规程和审批程序，防止造成风流紊乱和危险气体积聚。

6. 矿用风机的典型应用场景

矿用风机几乎出现在所有需要井下通风的场合：

• 煤矿：主通风机保障全矿井通风，局部通风机服务掘进头、采煤工作面和巷道回采；

• 金属与非金属矿山：大功率轴流主扇为斜坡道和立井系统供风，局扇用于采场、分段和硐室；

• 隧道和地下工程：公路、铁路、水工隧道的施工通风，往往使用与矿山局扇类似的隧道通风机和风筒系统；

• 粉尘和热害治理：与除尘、喷雾、空调等措施配合，用于降低粉尘浓度、控制岩温和设备散热。

7. 工程师如何选择合适的矿用风机？

从工程实践角度看，规范的选型流程一般包括：

1. 确定通风需求：根据采区规模、人员数量、机械设备数量和法规要求，计算全矿井及各分区所需风量。

2. 建立通风网络模型：确定巷道长度、断面、支护形式及通风构筑物阻力，计算各支路的阻力和系统阻力曲线。

3. 选择风机类型和布置方案：决定采用轴流或离心主扇、是否需要加压风机、局扇布置方式以及冗余配置方案。

4. 校核风机工作点：将风机特性曲线与通风网络阻力曲线叠加，确保工作点处于高效率区域，并预留一定的风量与风压裕度。

5. 满足法规和安全要求：核查防爆等级、噪声限值、监测监控配置以及停风与反风管理要求是否符合相关规范。

6. 考虑能效与智能化：优先考虑高效电机、变频调速和智能通风系统，降低全寿命周期能耗。

8. 小结

从本质上说，矿用风机不仅仅是一台“大风机”，而是整个矿井通风系统的核心动力源： 它为井下输送生命之风，稀释有害气体和粉尘，控制温度和湿度，在保障矿山安全生产和提高生产效率方面发挥着不可替代的作用。

无论是地面的主通风机、井下的加压风机，还是服务工作面的局部通风机，只要按照规范科学设计、精心选型并持续维护， 就能在矿山全生命周期内稳定运行，为安全、绿色和高效的现代矿业提供坚实的通风保障。