矿井局部通风机消声装置的改进与应用

矿井局部通风机消声装置的改进与应用

王冲

(平煤神马建工集团建井一处，河南 平顶山 467000)

摘要：针对井下局部通风机噪声过大、造成噪音污染问题，通过分析噪音产生的原因，从噪声源、传音途径、受音者三个方面进行综合考虑，对局部通风机消声装置的改进，从而达到降低噪音、改善井下作业环境、保护职工身心健康的目的。

关键词：矿井、局部通风机、噪音、改进

Improvement and application of silencing device for mine local ventilator

Wangchong

（Jianjing No One of Pingmei Shenma Jiangong Group，Henan ,Pingdingshan,467000）

Abstract：In view of the problem of excessive noise and noise pollution caused by the underground local ventilator, through the analysis of the causes of the noise, the improvement of the noise elimination device of the local ventilator is carried out from the three aspects of noise source, sound transmission path and sound receiver, so as to achieve the purpose of reducing noise, improving the underground working environment and protecting the physical and mental health of workers.

key word：Mine、 local ventilator、noise、 improvement

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1 概述

局部通风机[1]是煤矿企业广泛使用的一类通风设备,随着所需局部通风机的功率日趋加大,直接导致了噪声的污染日益严重，如果不采取治理措施，局部通风机周围噪声将高达100～120dB(A)，大大超过了国家规定的噪声允许标准。由于噪声的掩蔽效应，使得在噪声环境中的工作人员无法进行语言交流，不能及时判定及应对周围工作环境中所发生的变化，使人听不到事故的前兆和警戒信号，容易导致事故的发生。因此，噪声防治不仅是保护井下作业人员的身体健康的需要，而且也是改善井下作业环境和提高生产效率的有效途径。为了进一步探索和总结经验,所以立项此项目进行研究，噪声防治不仅能降低职工职业病[2]的发病率，还能有效降低事故的发生,对于保证我国的能源供应,促进矿区的经济发展,保证国家财产和职工的生命安全、社会稳定具有重大意义。

2井下噪声的危害

井下噪声对工作人员带来的危害是非常大的。噪声能引发多种疾病，因此人们把噪声称为无形杀手。它的损害以神经系统症状最明显，会出现头晕、头痛、注意力不集中、反应迟钝等症状，并伴有耳鸣、听力减退，另外，噪声还是造成心脏病和高血压的重要原因。根据调查显示，井下工作人员的听力都有不同程度的损伤，且井下工作时间越长，听力受损程度越严重。

井下噪声对人的行为也有一定程度的影响，在嘈杂的环境中工作，由于噪声的掩蔽效应，使得在噪声环境中的工作人员无法进行语言交流，不能及时判定及应对周围工作环境中所发生的变化，使人听不到事故的前兆和警戒信号，同时，噪声与人的生产率和行为失误率有很大关系，这就直接导致了生产效率的下降和生产事故的发生。根据调查显示，由噪声直接引起的事故在井下安全事故中占有一定的比例。因此，噪声对人的健康及生产安全不可忽视。

3 局部通风机噪声产生的原因

局部通风机噪声主要有三大类：⑴由于局部通风机进排气, 导致气体的冲击、涡流而产生的空气动力噪声；⑵由于局部通风机叶片、回转体的不平衡而产生的振动以及其他机械部件(包括轴承)振动及运转而产生的机械运动噪声；⑶由于电机的定子产生振动而辐射的电磁噪声。一般,局部通风机的空气动力噪声较大, 机械噪声、电磁噪声次之。

局部通风机的噪声防治主要手段是消除风机的空气动力噪声，局部通风机的空气动力噪声按产生机理可分为旋转噪声和涡流噪声，局部通风机的空气动力噪声就是旋转噪声与涡流噪声相互叠加的结果。旋转噪声是由旋转的叶片周期地打击空气质点引起空气的压力脉动所产生。其频率就是叶片每秒钟打击空气质点的次数，因此它与叶片的片数和转数有关。对于转速高达2900r/min的局部通风机来说，其旋转噪声较大，在空气动力噪声中占主要成分。涡流噪声是局部通风机旋转时，高速气流在叶片界面上和间隙中分离时产生涡流，涡流分离时所产生的压缩和稀释，以声波的形式传播所形成的。对于局部通风机而言，涡流噪声产生的原因主要有两方面：一是动叶叶片与蜗壳之间的间隙产生间隙涡流噪声；二是气流通过页面上产生的附面层与叶片表面产生的涡流脱落噪声。

4 局部通风机噪声的防治方法

想要控制局部通风机的噪声，必须考虑噪声源、传音途径、受音者所组成的整个系统。控制噪声的措施可以针对上述三个部分或其中任何一个部分。噪声控制的内容包括：

⑴控制噪声源。降低声源噪声，选用低噪声的局部通风机，局部通风机叶片数量的合理配置、减小动叶片与蜗壳之间的间隙等措施，这些方法对局部通风机的降噪有一定效果，但是效果并不明显，而且实施难度较大。

⑵阻断噪声传播。在传音途径上降低噪声，控制噪声的传播，改变声源已经发出的噪声传播途径，如采用吸音、隔音、音屏障、隔振等措施，为局部通风机加装消音器。

⑶在人耳处减弱噪声。受音者或受音器官的噪声防护，在声源和传播途径上无法采取措施，或采取的声学措施仍不能达到预期效果时，就需要对受音者或受音器官采取防护措施，如长期职业性噪声暴露的工人可以戴耳塞 、耳罩或头盔等护耳器。

结合我公司的井下作业环境以及所用局部通风机装备技术现状，优先采用阻断噪声传播，在噪声传音途径上降低局部通风机噪声的方法进行噪声防治。

5 局部通风机噪声的辐射部位

局部通风机噪声的辐射部位主要有：⑴进气口和出气口辐射的空气动力性噪声；⑵机壳及电机等辐射的机械性噪声。而局部通风机在井下使用时为压入式通风，其进气口和出气口辐射的空气动力性噪声为最强。因此，在传播路径上对局部通风机采取噪声控制措施时，首先考虑对局部通风机进气口和出气口辐射的空气动力性噪声进行控制。

6 局部通风机消声器的选择

在局扇进、出气口安装消声器由于局扇的进、出气口辐射的空气动力性噪声强度最大，所以控制局扇的噪声，首先应将这部分噪声降下来。而局扇在井下使用时为压入式通风，噪声的主要辐射部位在风机的进口，所以一般应在局扇的进气口安装消声器。

消声器的种类较多，如阻性消声器、抗性消声器、阻抗复合消声器、微穿孔板消声器等。目前，在局扇上使用最多的是阻性消声器、微穿孔板消声器两大类。

由多孔吸声材料(如超细玻璃棉等)制作的阻性消声器，主要吸收局扇的中高频噪声，而且具有较好的吸声效果。但在多粉尘而且潮湿的井下环境，会使多孔吸声材料受潮，同时，粉尘充塞吸声材料会降低其吸声性能。因此，必须对多孔吸声材料作防水防潮处理，而且要设计成装拆方便的结构，以更换吸声材料。对阻性消声器的制作应注意吸声材料充填的厚度和密度，应考虑局扇主要噪声的频带范围。

微穿孔板消声器有单层和多层结构，对用于局扇降噪的微穿孔板消声器，一般设计成双层结构以避免单层结构的吸声底谷。使用双层结构的微穿孔板消声器几乎可在全频带上降低局扇的噪声，而且有较好的降噪效果。但它的缺点是制造工艺相对复杂、在井下多粉尘的环境工作时，微孔容易阻塞而影响降噪效果。与阻性消声器比较，其降噪效果受气流速度的影响较小，拆卸后可用水清洗微穿孔板或用压缩空气将粉尘除去，而对降噪不产生影响。对双层微穿孔板消声器设计时，就对微穿孔板的结构参数(穿孔孔径、 穿孔率、板厚、 两层穿孔板之间的间距) 进行优化，在优化时考虑局扇噪声峰值所在的频带范围，以达到较好降噪效果。

在上述两类消声器设计时，为了对局扇的气动性能不产生大的影响，一般可在两类消声器的入口加锥形的导流装置，导流装置的骨架可设计成穿孔板结构，并在导流装置内填充吸声材料，以同时起到降噪作用。

经过对比两种消声器的优缺点，结合井下局部通风机装备技术现状，选择采用阻性消声器的方案。

7 阻性消声器的设计加工

消声器设计成圆筒形，每段长度为L。外壳内多层结构的吸声层结构，吸声层的吸声材料采用吸声效果好的超细玻璃棉，其填装密度为18～24kg/m³，吸声层通过螺钉固定于外壳内壁上,在吸声层外又设置了一层穿孔护面板。用δ=0.5mm的薄钢板制成圆筒形,其上钻很多孔,孔径为5mm,穿孔率一般为25%～30%。消声器结构如下图所示。

1左端盖 2 螺栓 3 螺母 4 圆筒 5 超细玻璃棉

6穿孔护面板 7 右端盖

图1 消声器结构示意图

消声器由若干个消声段组成，段与段之间串联装配，消声段数根据降噪需要调整。由于井下多粉尘而且潮湿，会使多孔吸声材料受潮，同时，粉尘充塞吸声材料会降低其吸声性能。因此，必须对多孔吸声材料作防水防潮处理，而且要设计成装拆方便的结构，以便更换吸声材料。

8 效果检验及效益分析

8.1消声器效果检验

为了检验消声器的消声效果，我们对消声器安装前后局部通风机周围的噪声分别进行了测试，经过对消声器安装前后测试的数据进行对比，安装了消声器后，局部通风机周围的噪声由100～120dB降低到了75dB左右，达到了噪声防治的要求。

8.2 效益分析

该项目的实施，有效降低了局部通风机产生的噪声，极大地改善了工作环境，为井下安全生产创造了良好条件，使职工的行为失误率有效地降低，减少了因噪声原因导致的安全事故；有效地降低了由噪声产生了职业病的发病率，使职工的工作效率大大提高，加快了施工进度，节约工期，创造较大经济效益。

参考文献(References)：

[1] 中华人民共和国应急管理部.2022版 煤矿安全规程[S]. 北京：应急管理出版社，2022，452-441.

[2] 全国人民代表大会常务委员会.2022版，中华人民共和国噪声污染防治法[S]. 北京：法律出版社，2022，第二条.

[3] 席锦州，周捷.矿用局部通风机噪音及消除方法[J].煤炭技术，2006，25（6）：165-88.

作者简介：

王冲（1983—），男，河南固始，2006年6月毕业于河南理工大学，岩土与地下工程专业，本科/学士，工程师，从事矿山建设技术管理工作。

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