摘要：针对FBCDZ-NO25型通风机叶片断裂事故原因分析，提出该风机叶片及矿井通风系统的改进措施。改进后，提高了通风机运行性能和改善了矿井通风系统，保障了矿井通风安全。
关键词：事故原因 改进措施 运行性能 矿井通风安全
Abstract： According to the analysis of the fracture accident of FBCDZ-NO25 type fan blade， put forward the improvement measures of the fan vane and mine ventilation system. After the improvement， improve the fan performance and improve the mine ventilation system， the mine ventilation safety guarantee.
Keywords：The cause of the accident Improvement measures Operation performance The mine ventilation safety
1 设备及事故概况
矿井主要通风机是保证向矿井各用风地点输送足够数量的新鲜空气，用以稀释有毒有害气体，排除矿尘和保持良好的工作环境，确保矿井安全生产；在发生灾变时，能有效、及时地控制风向及风量，并与其他措施结合，防止灾害扩大。
1）设备情况。兴隆煤矿使用了两台抽出式对旋轴流通风机，主要技术参数如下：
2）事故情况。投运后约1年时间，即2013年11月18日，1#风机突然发生异响，随后发生叶片断裂事故，一二级电机支撑外壳的连接螺栓部分断裂，风机基座支撑机构也损坏，整个风机发生倾斜，事后检查发现，叶片断裂处有旧裂痕。此次1#风机的损坏给矿井安全生产造成严重影响。
该风机叶片的制造情况：用φ50铸钢原材制造叶柄，用螺栓紧固方式将叶柄与叶轮联接，叶柄另一端锻造成片平状，把制造成弯掠组合三维扭曲正交型的上部叶片铆钉于上，组成该风机叶片，但锻造变形交接处未消除应力集中和圆角。叶片角度调整是通过手动转动，与打印在叶轮上的角度刻度线重合来调整角度，总共5个角度。
2 叶片断裂原因分析
（1）风机性能测定试验分析
发生事故时，风机叶片的工作角度第四挡，风量为77.31m³/s，水柱计读数为2530 mm水柱，因为1#风机损坏未修复，所以对2#风机进行测试，首先是隔断井下风路，利用防爆门进风，在防爆门处添加木板来增加阻力，测得2#风机的性能曲线图（图1），随后带井下通风网路来测试，得出标况下风量77.2 m³/s，风压2804.3Pa，输入功率为420.54kW，其风量-风压点却未落在图1的H-Q性能曲线上。但是经过对1#风机入口风道、出口风道内部检查后发现，壁上悬挂的煤尘厚度分布不均匀，风机内部有气流偏移现象，即存在涡流。
（2）风阻特性分析。
根据风阻特性h = RQ2，利用对2#风机的实测数据（带井下网路），计算出该矿的风阻R=0.45，且绘制出风阻特性图，如图2。
主通风机的设计风压是700-2600（Pa），结合2#风机的风阻特性图和测试数据汇总表来分析，风机当前运行的风压已经超出设计值。
3）探伤分析
由于风机安装以来，大多数时间都是1#风机在运转，所以就对1#风机未断裂的叶片进行探伤检查，发现所有叶片的根部应力集中点都有裂纹。
由于实验条件不足，未对叶片进行强度试验分析，所以只能综合以上三个方面的情况，并且通过对风机入口风道进行CFD分析，分析发现，一是引风道与回风巷道呈垂直布置且引风道太短使入风侧出现涡流，二是通风系统风阻过大，加剧涡流的强度，叶片在通过涡流区时产生振动，这种振动造成风机叶片在正常工作时受到持续的交变应力，导致叶片根部未消除应力集中点逐近断裂（旧痕迹为证），断裂的叶片卡在一二级叶轮之间，两级叶轮绞合在一起，导致外壳的联接螺栓断裂和支撑座损坏的事故。
3.改进措施
1）改变风道布置。一是使回风巷道到与引风道之间的夹角呈小于60度的锐角，或者是在风道转弯处增加转角导流叶片（缺点是增加入口压力损失），这样可以改善风流的分布状况，使风机运行时风流的不稳定性控制在允许范围之内。
2）减小通风阻力。
矿井通风系统的基本情况。从矿井通风系统图来看，通风距离最长3100米、最短1300米，且通风断面最大7.1m2、最小4.2m2，回风断面5.6m2，回风风速达到11.87m/s，超过《煤矿安全规程》规定的8m/s。
减小通风阻力的措施。增大通风断面，其中总回风断面不小于12.5m2（矿井计划风量100m3/s），增大巷道的转弯半径，减少巷道急转弯，增加巷道壁表面光滑度等措施，减小矿井局部阻力和摩擦阻力，来减小总的矿井通风阻力，使风机在运行时减轻叶片受力力度。
3）增加叶片强度。用合金材料一次性铸造成型叶片，通过合理的热处理方法，消除应力集中，提高叶片强度和抗弯曲能力，使叶片能承受高强度的振动破坏。
4.结果
风机厂家按照当前矿井的实际状况，对风机叶片重新进行设计，矿方也对通风系统进行了改造，改进后，再对风机进行技术测定，目前风机的全部参数都在允许的范围内，在相同的叶片角度下，风量提高到88.3m³/s，风压减小到2130Pa，风阻R减小到0.27，整个矿井通风系统得到改善。
参考资料
田文杰，散跃军，卫少亮 动叶可调主通风机叶片断裂原因分析及改进 煤矿机电 2008（5）
国家安全生产监督管理总局 煤矿安全规程 2013
国家安全生产监督管理总局 煤矿在用主通风机系统安全检测检验规范 2005.7
张国枢 通风安全学 中国矿业大学出版社 2007
王福军 计算流体动力学分析（CFD软件原理与应用）清华大学出版社 2004.9