魯班山南礦通風(fēng)改造方案選擇及主通風(fēng)機改造

宮良偉 何 華 鄒德均

(1.重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)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(huán)保·

魯班山南礦通風(fēng)改造方案選擇及主通風(fēng)機改造

宮良偉1何 華2鄒德均1

(1.重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)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(fēng)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(fēng)設(shè)計提供的風(fēng)量比實際用風(fēng)量小、而礦井設(shè)計通風(fēng)風(fēng)阻比實際礦井通風(fēng)風(fēng)阻大，致使目前該礦主通風(fēng)機工況點處在明顯不合理的位置：風(fēng)機已經(jīng)沒有富裕能力、效率低下。先從優(yōu)化通風(fēng)線路入手，提出3個通風(fēng)方案，并利用通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算軟件對其中2個可行的方案進行了通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算；從通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果和其他幾方面的定性比較，得出了最優(yōu)方案，即“三進一回”的通風(fēng)方案。結(jié)合選定的最優(yōu)礦井通風(fēng)方案，再從礦井主要通風(fēng)機運行的技術(shù)可行性、運行成本和投資成本考慮，提出了首先對現(xiàn)有的2臺對旋防爆軸流式主要通風(fēng)機進行技術(shù)改造，更換主要通風(fēng)機風(fēng)機葉片、更換電機等，后期結(jié)合第二水平的通風(fēng)改造，更換通風(fēng)能力更大的主要通風(fēng)機。

風(fēng)機特性曲線 通風(fēng)能力 網(wǎng)絡(luò)解算 通風(fēng)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(shè)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(chǎn)(+475 m水平)，有2個生產(chǎn)采區(qū)(12、13采區(qū))、1個開拓采區(qū)(12K采區(qū))、1個未布置采區(qū)(14采區(qū))。14采區(qū)設(shè)計方案已經(jīng)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(fēng),形成“三進一回”的通風(fēng)格局。3個進風(fēng)井分別為+475 m主平硐、+555 m排矸斜井和+675 m龍?zhí)吝M風(fēng)斜井，回風(fēng)井為+675 m龍?zhí)粱仫L(fēng)斜井?；仫L(fēng)井安裝有2臺BDK54-8No25/2×250 kW型對旋防爆軸流式主要通風(fēng)機，1臺運行，1臺備用。

1 魯班山南礦通風(fēng)改造的必要性

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

圖1 魯班山南礦主要通風(fēng)機理論特性曲線

該礦初步設(shè)計主通風(fēng)機選擇參數(shù)：通風(fēng)容易時風(fēng)量為7 200 m3/min(120 m3/s),通風(fēng)阻力為1 800 Pa；通風(fēng)困難時風(fēng)量為7 800 m3/min(130 m3/s)，通風(fēng)阻力為2 500 Pa。依據(jù)以上參數(shù)，該礦選擇BDK54-8-No25-00主通風(fēng)機。主通風(fēng)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(fēng)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(zhuǎn)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(fēng)量僅8 400～8 530 m3/min，最大靜壓1 650～1 750 Pa。由于在用主通風(fēng)機運行葉片角度已經(jīng)最大，現(xiàn)有主通風(fēng)機的通風(fēng)能力已經(jīng)沒有余量。

造成目前通風(fēng)局面的原因有2個方面：一是初步設(shè)計提供的通風(fēng)參數(shù)與實際運行的參數(shù)有一定的差別(實際使用風(fēng)量比設(shè)計大，通風(fēng)阻力比設(shè)計小)；二是主通風(fēng)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(fēng)機已經(jīng)不能滿足礦井風(fēng)量需求和礦井通風(fēng)阻力的進一步增加，14采區(qū)的開拓和生產(chǎn)要求必須進行礦井通風(fēng)改造。

2 通風(fēng)方案比較及選擇

2.1 改造方案

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

基于上述原則，提出如下3個通風(fēng)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?zhí)吝M風(fēng)斜井)進風(fēng)、1個井筒(+675 m龍?zhí)粱仫L(fēng)斜井)回風(fēng)(見圖2)。通過提高現(xiàn)有主通風(fēng)機的通風(fēng)能力(更換葉片和更換電動機)或更換能力更大的主通風(fēng)機，解決14采區(qū)的通風(fēng)問題。建議首先選擇通過更換風(fēng)機葉片和更換電動機提高現(xiàn)有主通風(fēng)機的通風(fēng)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(fēng)機。

圖2 魯班山南礦井筒布置

方案2：把+675 m龍?zhí)吝M風(fēng)斜井改造為回風(fēng)斜井，形成“兩進兩回”的格局，即2個井筒進風(fēng)(+475 m主平硐和+555 m排矸斜井)、2個井筒(2個平行的+675 m龍?zhí)列本?回風(fēng)。原龍?zhí)粱仫L(fēng)斜井的主通風(fēng)機不變，在現(xiàn)在的+675 m龍?zhí)吝M風(fēng)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(fēng)機抽風(fēng)(1臺在用，1臺備用)。2個通風(fēng)能力相同的風(fēng)機安裝在2個井筒中并聯(lián)通風(fēng)。

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?zhí)粱仫L(fēng)斜井中另外設(shè)計1個風(fēng)硐，2個通風(fēng)能力相同的風(fēng)機安裝在同一個井筒中并聯(lián)通風(fēng)。方案1和方案3通風(fēng)系統(tǒng)是一樣的。

在同一井筒2個風(fēng)機并聯(lián)運行，相互之間會發(fā)生干擾[4](雖然是通風(fēng)能力相同的風(fēng)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(fēng)量減少、性能高的負荷增大甚至?xí)姍C)，另外管理難度增加、漏風(fēng)量加大。實際上，這種方案也是《煤礦安全規(guī)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(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算[5-8]結(jié)果：在通風(fēng)容易時期，礦井總阻力為2 276 Pa，總風(fēng)量145 m3/s,礦井總風(fēng)阻為0.108 3 N·s2/m8；在通風(fēng)困難時期，礦井總阻力為2 537 Pa，總風(fēng)量為148.33 m3/s，礦井總風(fēng)阻為0.115 3 N·s2/m8。

方案2通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果為：在通風(fēng)容易時期，每個主通風(fēng)機承擔(dān)的靜壓為2 652 Pa，風(fēng)阻為0.504 7 N·s2/m8，風(fēng)量為72.5 m3/s(總風(fēng)量為145 m3/s)；在通風(fēng)困難時期，每個主通風(fēng)機承擔(dān)的靜壓2 937 Pa，風(fēng)阻為0.534 0 N·s2/m8，風(fēng)量為74.17 m3/s(總風(fēng)量為148.34 m3/s)。

2個通風(fēng)方案井巷工程是一樣的。根據(jù)2個方案的解算結(jié)果，從礦井通風(fēng)難易程度、礦井通風(fēng)空氣功率估算、通風(fēng)管理等方面進行比較。

(1)方案1礦井通風(fēng)阻力比方案2小得多，方案1的通風(fēng)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(fēng)阻力容易時期和困難時期分別為2 652 Pa和2 937 Pa。根據(jù)《煤礦井工開采通風(fēng)技術(shù)條件》風(fēng)量和通風(fēng)阻力的對應(yīng)關(guān)系，在礦井總風(fēng)量在5 000～10 000 m3/min時，礦井總阻力不應(yīng)超過2 500 Pa。方案1最大阻力比上述要求高37 Pa，通過適當(dāng)降低通風(fēng)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(fēng)阻力措施到達《煤礦井工開采通風(fēng)技術(shù)條件》的要求。

圖3 方案1在風(fēng)機特性曲線上困難和容易時期的工況點

(2)礦井通風(fēng)空氣功率估算對比：在沒有確定具體風(fēng)機的情況下，通風(fēng)方案的通風(fēng)功率估算就是在該方案下，主要通風(fēng)機(1個或多個)必須提供的輸出功率(空氣功率)。方案1通風(fēng)容易時期，主要通風(fēng)機必須提供的空氣功率為2 276×145×10-3=330 kW；通風(fēng)困難時期，主要通風(fēng)機必須提供的空氣功率為 2 537×148.33×10-3=376 kW。方案2通風(fēng)容易時期，2個主要通風(fēng)機必須提供的空氣功率為2×2 652×72.5×10-3=384 kW；通風(fēng)困難時期，2個主要通風(fēng)機必須提供的空氣功率為2×2 937×74.17×10-3=435 kW?？梢姺桨?比方案2所需能量小得多，換句話說在主要通風(fēng)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(jù)《煤礦安全規(guī)程》要求，礦井主要進回風(fēng)大巷風(fēng)速不得超過8 m/s。從2個方案的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果看，方案1井下巷道風(fēng)速不超限，方案2在+475運輸大巷的部分地段風(fēng)速超過《煤礦安全規(guī)程》要求。要實施“兩進兩回”的通風(fēng)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(fēng)速，使之滿足《煤礦安全規(guī)程》的要求。

(4)從通風(fēng)管理上看，方案2需要建2個風(fēng)硐、2個通風(fēng)機房，增加了管理難度。

(5)方案1中，龍?zhí)吝M風(fēng)斜井和龍?zhí)粱仫L(fēng)斜井相距很近，漏風(fēng)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(fēng)難易程度、潛在用電量、通風(fēng)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(fēng)管理，在進、回風(fēng)井之間和主要進、回風(fēng)巷之間的每個聯(lián)絡(luò)巷中，必須砌筑永久性風(fēng)墻；需要使用的聯(lián)絡(luò)巷，必須安設(shè)2道聯(lián)鎖的正向風(fēng)門和2道反向風(fēng)門。

2個方案的比較見表1。

表1 2個通風(fēng)方案比較

3 主要通風(fēng)機改造和選型對策

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

根據(jù)上述思路，魯班山南礦的技術(shù)改造分三期進行。

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

方案1在通風(fēng)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(lián)軸器效率為0.98，考慮1.15電機容量儲備系數(shù)，則需要的電機功率為495.88 kW<500 kW。同樣，在通風(fēng)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(shù)同上，則所需要的功率為588.30 kW>500 kW?？梢娦侍岣吆?，現(xiàn)有的主通風(fēng)機及其配套電機差不多可以維持到開采14采區(qū)的初期階段。

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

如果通過現(xiàn)場考察，主通風(fēng)機不能再通過電機進一步提高轉(zhuǎn)速和通風(fēng)能力，可直接進入第三期改造。

第三期技術(shù)改造——更換通風(fēng)能力更大的風(fēng)機。當(dāng)現(xiàn)有風(fēng)機不能進一步技術(shù)挖潛時，就要考慮更換風(fēng)機。選擇FBCDZ(原BDK)系列對旋式防爆通風(fēng)機。對旋式風(fēng)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(chǎn)品?？赏ㄟ^競標決定生產(chǎn)廠家。

如果不能實施第二期技術(shù)改造，即不能通過更換電機提高風(fēng)機風(fēng)速和通風(fēng)能力，可以根據(jù)方案1的通風(fēng)解算工況點來選擇風(fēng)機。通過對FBCDZ系列對旋式防爆通風(fēng)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(jié) 論

(1)根據(jù)已經(jīng)確定的14采區(qū)及其相關(guān)開拓延深巷道的布置方案，在不增加風(fēng)井井筒的情況下，在14采區(qū)生產(chǎn)期間，目前的“三進一回”的中央并列式通風(fēng)格局是最優(yōu)的通風(fēng)方案。

(2)在14采區(qū)生產(chǎn)期間，雖然通風(fēng)路線很長，但從通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算數(shù)據(jù)可以看出，魯班山南礦依然屬于通風(fēng)容易的礦井。這主要是因為14采區(qū)有兩路并聯(lián)的通風(fēng)路線，且13采區(qū)并聯(lián)和角聯(lián)通風(fēng)線路較大，降低了通風(fēng)阻力。

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

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(責(zé)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(xué)技術(shù)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