魯班山南礦通風改造方案選擇及主通風機改造

宮良偉 何 華 鄒德均

(1.重慶工程職業技術學院，重慶 402260；2.重慶市能源投資集團有限公司，重慶 401121)

·安全與環保·

魯班山南礦通風改造方案選擇及主通風機改造

宮良偉1何 華2鄒德均1

(1.重慶工程職業技術學院，重慶 402260；2.重慶市能源投資集團有限公司，重慶 401121)

魯班山南礦主要通風機的理論特性曲線和實際特性曲線存在很大的差別，另外礦井通風設計提供的風量比實際用風量小、而礦井設計通風風阻比實際礦井通風風阻大，致使目前該礦主通風機工況點處在明顯不合理的位置：風機已經沒有富裕能力、效率低下。先從優化通風線路入手，提出3個通風方案，并利用通風網絡解算軟件對其中2個可行的方案進行了通風網絡解算；從通風網絡解算結果和其他幾方面的定性比較，得出了最優方案，即“三進一回”的通風方案。結合選定的最優礦井通風方案，再從礦井主要通風機運行的技術可行性、運行成本和投資成本考慮，提出了首先對現有的2臺對旋防爆軸流式主要通風機進行技術改造，更換主要通風機風機葉片、更換電機等，后期結合第二水平的通風改造，更換通風能力更大的主要通風機。

風機特性曲線 通風能力 網絡解算 通風改造

魯班山南礦屬高瓦斯礦井，礦井絕對瓦斯涌出量27.24 m3/min，相對瓦斯涌出量15.16 m3/t。礦井采用平硐和斜井綜合開拓方式，設計2個水平(+475 m水平和±0 m水平)上下山開采，延伸水平用暗斜井開拓。 礦井在第一水平生產(+475 m水平)，有2個生產采區(12、13采區)、1個開拓采區(12K采區)、1個未布置采區(14采區)。14采區設計方案已經批準，即將進行開拓巷道的掘進。礦井采用中央并列抽出式通風,形成“三進一回”的通風格局。3個進風井分別為+475 m主平硐、+555 m排矸斜井和+675 m龍塘進風斜井，回風井為+675 m龍塘回風斜井。回風井安裝有2臺BDK54-8No25/2×250 kW型對旋防爆軸流式主要通風機，1臺運行，1臺備用。

1 魯班山南礦通風改造的必要性

根據《煤礦安全規程》和《煤礦井工開采通風技術條件》要求，新建礦井選擇通風設備應滿足第一水平各個時期的工況變化，并使通風設備長期高效率運行。當工況變化較大時，應根據礦井分期時間及節能情況，分期選擇電動機。從魯班山南礦礦井主通風機理論特性曲線[1](如圖1)看，該礦初步設計的主通風機選型顯然符合這一要求。

圖1 魯班山南礦主要通風機理論特性曲線

該礦初步設計主通風機選擇參數：通風容易時風量為7 200 m3/min(120 m3/s),通風阻力為1 800 Pa；通風困難時風量為7 800 m3/min(130 m3/s)，通風阻力為2 500 Pa。依據以上參數，該礦選擇BDK54-8-No25-00主通風機。主通風機裝機功率為250 kW×2，電機型號為YBF560-8，電壓10 000 V。從圖1中可看出前期(容易時期)和后期(困難時期)的主通風機工況點位置均處在很合理的范圍。其困難時期的輪葉運轉角度處在35°/27°,靜壓效率在85%以上，還有很大的余量。

目前實際運行葉片角度已到最大，即41°/33°，實際最大風量僅8 400～8 530 m3/min，最大靜壓1 650～1 750 Pa。由于在用主通風機運行葉片角度已經最大，現有主通風機的通風能力已經沒有余量。

造成目前通風局面的原因有2個方面：一是初步設計提供的通風參數與實際運行的參數有一定的差別(實際使用風量比設計大，通風阻力比設計小)；二是主通風機實際特性曲線和廠家提供的理論特性曲線有很大的差別。從圖1可以看出，第二個原因是主要的。目前的主通風機已經不能滿足礦井風量需求和礦井通風阻力的進一步增加，14采區的開拓和生產要求必須進行礦井通風改造。

2 通風方案比較及選擇

2.1 改造方案

本次通風改造的原則是：第一開采水平的通風問題是在現有井筒的基礎上，通過提高現有主通風機的通風能力(更換葉片和更換電動機)、更換能力更大的主通風機或2個同一型號的風機并聯給以解決，不考慮第二水平的通風問題[2-3]；建議第二水平的通風問題通過增加一個回風井來解決，本次改造不予考慮。這個原則和礦井初步設計是吻合的。

基于上述原則，提出如下3個通風改造方案。

方案1：維持目前“三進一回”的格局，即3個井筒(+475 m運輸主平硐、+555 m排矸斜井和+675 m龍塘進風斜井)進風、1個井筒(+675 m龍塘回風斜井)回風(見圖2)。通過提高現有主通風機的通風能力(更換葉片和更換電動機)或更換能力更大的主通風機，解決14采區的通風問題。建議首先選擇通過更換風機葉片和更換電動機提高現有主通風機的通風能力給予解決，如仍不能解決問題再考慮更換能力更大的主通風機。

圖2 魯班山南礦井筒布置

方案2：把+675 m龍塘進風斜井改造為回風斜井，形成“兩進兩回”的格局，即2個井筒進風(+475 m主平硐和+555 m排矸斜井)、2個井筒(2個平行的+675 m龍塘斜井)回風。原龍塘回風斜井的主通風機不變，在現在的+675 m龍塘進風斜井中安裝2臺BDK54-8№25/2×250 kW型對旋防爆軸流式主要通風機抽風(1臺在用，1臺備用)。2個通風能力相同的風機安裝在2個井筒中并聯通風。

方案3：和方案1一樣，維持目前“三進一回”的格局，但在+675 m龍塘回風斜井中另外設計1個風硐，2個通風能力相同的風機安裝在同一個井筒中并聯通風。方案1和方案3通風系統是一樣的。

在同一井筒2個風機并聯運行，相互之間會發生干擾[4](雖然是通風能力相同的風機，但由于制作誤差，特性曲線不可能完成相同；性能低的排風量減少、性能高的負荷增大甚至會燒電機)，另外管理難度增加、漏風量加大。實際上，這種方案也是《煤礦安全規程》不允許的。所以，可以否定方案3。

排除了方案3，僅對方案1和方案2做比較。

2.2 方案比較與選擇

方案1通風網絡解算[5-8]結果：在通風容易時期，礦井總阻力為2 276 Pa，總風量145 m3/s,礦井總風阻為0.108 3 N·s2/m8；在通風困難時期，礦井總阻力為2 537 Pa，總風量為148.33 m3/s，礦井總風阻為0.115 3 N·s2/m8。

方案2通風網絡解算結果為：在通風容易時期，每個主通風機承擔的靜壓為2 652 Pa，風阻為0.504 7 N·s2/m8，風量為72.5 m3/s(總風量為145 m3/s)；在通風困難時期，每個主通風機承擔的靜壓2 937 Pa，風阻為0.534 0 N·s2/m8，風量為74.17 m3/s(總風量為148.34 m3/s)。

2個通風方案井巷工程是一樣的。根據2個方案的解算結果，從礦井通風難易程度、礦井通風空氣功率估算、通風管理等方面進行比較。

(1)方案1礦井通風阻力比方案2小得多，方案1的通風阻力容易時期和困難時期分別為2 276 Pa和2 537 Pa(如圖3所示)，而方案2的通風阻力容易時期和困難時期分別為2 652 Pa和2 937 Pa。根據《煤礦井工開采通風技術條件》風量和通風阻力的對應關系，在礦井總風量在5 000～10 000 m3/min時，礦井總阻力不應超過2 500 Pa。方案1最大阻力比上述要求高37 Pa，通過適當降低通風阻力后即可達到要求；而方案2最大阻力比上述要求高437 Pa，很難通過降低通風阻力措施到達《煤礦井工開采通風技術條件》的要求。

圖3 方案1在風機特性曲線上困難和容易時期的工況點

(2)礦井通風空氣功率估算對比：在沒有確定具體風機的情況下，通風方案的通風功率估算就是在該方案下，主要通風機(1個或多個)必須提供的輸出功率(空氣功率)。方案1通風容易時期，主要通風機必須提供的空氣功率為2 276×145×10-3=330 kW；通風困難時期，主要通風機必須提供的空氣功率為 2 537×148.33×10-3=376 kW。方案2通風容易時期，2個主要通風機必須提供的空氣功率為2×2 652×72.5×10-3=384 kW；通風困難時期，2個主要通風機必須提供的空氣功率為2×2 937×74.17×10-3=435 kW。可見方案1比方案2所需能量小得多，換句話說在主要通風機效率相等的情況下，方案1用電量比方案2用電量要小。

(3)根據《煤礦安全規程》要求，礦井主要進回風大巷風速不得超過8 m/s。從2個方案的通風網絡解算結果看，方案1井下巷道風速不超限，方案2在+475運輸大巷的部分地段風速超過《煤礦安全規程》要求。要實施“兩進兩回”的通風方案，必須通過刷大 +475 m運輸大巷的巷道凈斷面，才能降低風速，使之滿足《煤礦安全規程》的要求。

(4)從通風管理上看，方案2需要建2個風硐、2個通風機房，增加了管理難度。

(5)方案1中，龍塘進風斜井和龍塘回風斜井相距很近，漏風管理難度比方案2大。

從上述的方案比較可以看出，方案1在通風難易程度、潛在用電量、通風管理難度等方面都較為合理，故推薦方案1。但采用方案1時，要加強礦井漏風管理，在進、回風井之間和主要進、回風巷之間的每個聯絡巷中，必須砌筑永久性風墻；需要使用的聯絡巷，必須安設2道聯鎖的正向風門和2道反向風門。

2個方案的比較見表1。

表1 2個通風方案比較

3 主要通風機改造和選型對策

通風機改造應盡量利用現有主要通風機的潛在通風能力，從運行費用和投資費用取得平衡點，以節省總的通風費用。為此，首先需對龍塘回風斜井安裝的2臺BDK54-8No25/2×250 kW型對旋防爆軸流式主要通風機(1臺運行、1臺備用)進行技術改造，確保風機的高效運行，盡量延長現有風機的使用壽命，然后再考慮更換通風能力更大的風機。

根據上述思路，魯班山南礦的技術改造分三期進行。

第一期技術改造——更換主通風機葉片。在原主通風機上(電機不變，功率為250 kW×2，轉速為740 r/min)更換主通風機葉片[10]。更換葉片的目的是提高現有主要通風機的效率，盡量提高現有電機的使用年限。

方案1在通風容易時期，需要的輸出功率為330 kW，假定工況點效率為0.75，聯軸器效率為0.98，考慮1.15電機容量儲備系數，則需要的電機功率為495.88 kW<500 kW。同樣，在通風困難時期，需要的輸出功率為376 kW，假定效率和電機容量儲備系數同上，則所需要的功率為588.30 kW>500 kW。可見效率提高后，現有的主通風機及其配套電機差不多可以維持到開采14采區的初期階段。

第二期技術改造——更換電機，提高主要通風機轉速。隨著礦井通風阻力和需風量的增加，當主通風機及其配套電機達不到礦井所需的通風能力時，進行第二期技術改造，即更換電機，提高現有主通風機轉速。具體使用那種型號的電機，要現場考察確定。在技術改造過程中，要實測改造后的主通風機性能，給出準確的主通風機特性曲線，以便確定改造后主通風機是否滿足要求。

如果通過現場考察，主通風機不能再通過電機進一步提高轉速和通風能力，可直接進入第三期改造。

第三期技術改造——更換通風能力更大的風機。當現有風機不能進一步技術挖潛時，就要考慮更換風機。選擇FBCDZ(原BDK)系列對旋式防爆通風機。對旋式風機具有傳動損失小、壓力高、效率高、噪音低等特點，也是原煤炭部推薦的產品。可通過競標決定生產廠家。

如果不能實施第二期技術改造，即不能通過更換電機提高風機風速和通風能力，可以根據方案1的通風解算工況點來選擇風機。通過對FBCDZ系列對旋式防爆通風機性能曲線對比，筆者認為FBCDZ-8-No26B是很好的選擇。從圖3可以看出，這種選擇的工況點效率均在80%左右。

4 結 論

(1)根據已經確定的14采區及其相關開拓延深巷道的布置方案，在不增加風井井筒的情況下，在14采區生產期間，目前的“三進一回”的中央并列式通風格局是最優的通風方案。

(2)在14采區生產期間，雖然通風路線很長，但從通風網絡解算數據可以看出，魯班山南礦依然屬于通風容易的礦井。這主要是因為14采區有兩路并聯的通風路線，且13采區并聯和角聯通風線路較大，降低了通風阻力。

(3)魯班山南礦將來的通風改造要以挖掘現有主通風機潛力為主——主要是通過更換主通風機葉片和更換電機來提高現有主通風機能力和效率，然后再考慮更換主要通風機。在14采區生產后期，也可以根據礦井第二水平的開拓布局，統籌考慮更換通風能力更大的主風機。

[1] 宮良偉.主通風機風壓特性方程求解算法研究[J].煤炭學報，2012,37(5):868-873. Gong Liangwei.Research on algorithm of the main ventilator wind pressure characteristic equation[J].Journal of China Coal Society，2012,37(5):868-873.

[2] 王孝東,胡乃聯,戴曉江,等.復雜多采區通風系統改造方案研究[J].金屬礦山,2012(10):34-35. Wang Xiaodong，Hu Nailian，Dai Xiaojiang，et al.Study on reform plan of ventilation system in complicated multiple mining area[J].Metal Mine,2012(10):34-35.

[3] 王世隆.多井口老礦井通風系統優化改造[J].煤礦安全，2012，44(5)：187-188. Wang Shilong.Optimization techniques of multi-wellhead old mine ventilation system[J].Safety in Coal Mines,2012,44(5)187-188.

[4] 袁河津,寧尚根,施建達,等.《煤礦安全規程》專家解讀[M].徐州:中國礦業大學出版社，2010：137-138. Yuan Hejin，Ning Shanggen，Shi Jianda，et al.Expert Interpretation on “Coal Mine Safety Regulations”[M].Xuzhou:China University of Mining and Technology Press,2010:137-138.

[5] 黃顯華，張 浪，李 偉,等.基于VentAnaly的通風網絡優化調節[J].煤礦安全，2013，44(11)：187-190. Huang Xianhua，Zhang Lang，Li Wei，et al.Ventilation network optimization adjustment based on VentAnaly[J].Safety in Coal Mines,2013，44(11)：187-190.

[6] 張建安，王濟民，李 軍，等.基于遺傳算法的復雜通風網絡自然分風算法[J].煤礦安全，2013，44(10) ：166-168. Zhang Jianan，Wang Jimin，Li Jun，et al.Nature ventilation volume distribution algorithms of complex ventilation networks based on genetic algorithm[J].Safety in Coal Mines,2013，44(10) ：166-168.

[7] 年 軍，韓康康，董 哲.基于節點壓能的網絡分風算法[J].煤礦安全，2012，43(9):20-22. Nian Jun，Han Kangkang，Dong Zhe.Net-works dividing wind algorithm based on Node press-energy[J].Safety in Coal Mines,2012，43(9):20-22.

[8] 陳世強，王海橋，李軼群,等.礦井主要通風機擴散器結構優化及實驗[J].煤炭學報，2009,34(12)：1681-1686. Chen Shiqiang，Wang Haiqiao，Li Yiqun，et al.Structure optimization and experiment on diffuser of mine fan[J].Jouranl of China Coal Society,2009,34(12)：1681-1686.

(責任編輯 徐志宏)

Reform Scheme Selection of Ventilation and Main Fan Transformation in Lubanshan South Mine

Gong Liangwei1He hua2Zou Dejun1

(1.ChongqingVocationalInstituteofEngineering，Chongqing402260，China;2.ChongqingEnergyInvestmentGroupCo.，Ltd.，Chongqing401121，China)

There is a big difference between the main ventilator′s theoretical characteristic curve and practical curve in Lubanshan South Mine，and the designed air volume of the mine is smaller than the actual air volume，while the designed mine ventilation resistance is larger than the actual mine ventilation resistance，resulting in the fan operating point being at an obviously unreasonable point at present：Fan has no surplus capacity with low efficiency.First from the optimization of the ventilation line，three ventilation schemes are put forward，two of which feasible schemes being calculated by ventilation network calculation software.By qualitative comparison of ventilation network calculation results with several other aspects，the optimal scheme is determined，namely，the plan of three intake one return.In combination with the selected optimal mine ventilation system，considering the technical feasibility，operation cost and investment cost of the mine main fan consideration，it is proposed that the existing two sets of rotary explosion-proof axial flow type main fan is technologically transformed，i.e.，changing fan blade and replacing its motor，and then the main fan with larger ventilation capacity is used in later period，combining with the ventilation reform at the second level.

Fan characteristic curve，Ventilation capacity，Network solution，Ventilation Transformation

2015-07-04

重慶市教委科學技術研究項目(編號：KJ132004)。

宮良偉(1964—),男，副教授，高級工程師，博士。

TD724

A

1001-1250(2015)-09-143-04