鲁班山南矿通风改造方案选择及主通风机改造

宫良伟 何 华 邹德均

(1.重庆工程职业技术学院，重庆 402260；2.重庆市能源投资集团有限公司，重庆 401121)

·安全与环保·

鲁班山南矿通风改造方案选择及主通风机改造

宫良伟1何 华2邹德均1

(1.重庆工程职业技术学院，重庆 402260；2.重庆市能源投资集团有限公司，重庆 401121)

鲁班山南矿主要通风机的理论特性曲线和实际特性曲线存在很大的差别，另外矿井通风设计提供的风量比实际用风量小、而矿井设计通风风阻比实际矿井通风风阻大，致使目前该矿主通风机工况点处在明显不合理的位置：风机已经没有富裕能力、效率低下。先从优化通风线路入手，提出3个通风方案，并利用通风网络解算软件对其中2个可行的方案进行了通风网络解算；从通风网络解算结果和其他几方面的定性比较，得出了最优方案，即“三进一回”的通风方案。结合选定的最优矿井通风方案，再从矿井主要通风机运行的技术可行性、运行成本和投资成本考虑，提出了首先对现有的2台对旋防爆轴流式主要通风机进行技术改造，更换主要通风机风机叶片、更换电机等，后期结合第二水平的通风改造，更换通风能力更大的主要通风机。

风机特性曲线 通风能力 网络解算 通风改造

鲁班山南矿属高瓦斯矿井，矿井绝对瓦斯涌出量27.24 m3/min，相对瓦斯涌出量15.16 m3/t。矿井采用平硐和斜井综合开拓方式，设计2个水平(+475 m水平和±0 m水平)上下山开采，延伸水平用暗斜井开拓。 矿井在第一水平生产(+475 m水平)，有2个生产采区(12、13采区)、1个开拓采区(12K采区)、1个未布置采区(14采区)。14采区设计方案已经批准，即将进行开拓巷道的掘进。矿井采用中央并列抽出式通风,形成“三进一回”的通风格局。3个进风井分别为+475 m主平硐、+555 m排矸斜井和+675 m龙塘进风斜井，回风井为+675 m龙塘回风斜井。回风井安装有2台BDK54-8No25/2×250 kW型对旋防爆轴流式主要通风机，1台运行，1台备用。

1 鲁班山南矿通风改造的必要性

根据《煤矿安全规程》和《煤矿井工开采通风技术条件》要求，新建矿井选择通风设备应满足第一水平各个时期的工况变化，并使通风设备长期高效率运行。当工况变化较大时，应根据矿井分期时间及节能情况，分期选择电动机。从鲁班山南矿矿井主通风机理论特性曲线[1](如图1)看，该矿初步设计的主通风机选型显然符合这一要求。

图1 鲁班山南矿主要通风机理论特性曲线

该矿初步设计主通风机选择参数：通风容易时风量为7 200 m3/min(120 m3/s),通风阻力为1 800 Pa；通风困难时风量为7 800 m3/min(130 m3/s)，通风阻力为2 500 Pa。依据以上参数，该矿选择BDK54-8-No25-00主通风机。主通风机装机功率为250 kW×2，电机型号为YBF560-8，电压10 000 V。从图1中可看出前期(容易时期)和后期(困难时期)的主通风机工况点位置均处在很合理的范围。其困难时期的轮叶运转角度处在35°/27°,静压效率在85%以上，还有很大的余量。

目前实际运行叶片角度已到最大，即41°/33°，实际最大风量仅8 400～8 530 m3/min，最大静压1 650～1 750 Pa。由于在用主通风机运行叶片角度已经最大，现有主通风机的通风能力已经没有余量。

造成目前通风局面的原因有2个方面：一是初步设计提供的通风参数与实际运行的参数有一定的差别(实际使用风量比设计大，通风阻力比设计小)；二是主通风机实际特性曲线和厂家提供的理论特性曲线有很大的差别。从图1可以看出，第二个原因是主要的。目前的主通风机已经不能满足矿井风量需求和矿井通风阻力的进一步增加，14采区的开拓和生产要求必须进行矿井通风改造。

2 通风方案比较及选择

2.1 改造方案

本次通风改造的原则是：第一开采水平的通风问题是在现有井筒的基础上，通过提高现有主通风机的通风能力(更换叶片和更换电动机)、更换能力更大的主通风机或2个同一型号的风机并联给以解决，不考虑第二水平的通风问题[2-3]；建议第二水平的通风问题通过增加一个回风井来解决，本次改造不予考虑。这个原则和矿井初步设计是吻合的。

基于上述原则，提出如下3个通风改造方案。

方案1：维持目前“三进一回”的格局，即3个井筒(+475 m运输主平硐、+555 m排矸斜井和+675 m龙塘进风斜井)进风、1个井筒(+675 m龙塘回风斜井)回风(见图2)。通过提高现有主通风机的通风能力(更换叶片和更换电动机)或更换能力更大的主通风机，解决14采区的通风问题。建议首先选择通过更换风机叶片和更换电动机提高现有主通风机的通风能力给予解决，如仍不能解决问题再考虑更换能力更大的主通风机。

图2 鲁班山南矿井筒布置

方案2：把+675 m龙塘进风斜井改造为回风斜井，形成“两进两回”的格局，即2个井筒进风(+475 m主平硐和+555 m排矸斜井)、2个井筒(2个平行的+675 m龙塘斜井)回风。原龙塘回风斜井的主通风机不变，在现在的+675 m龙塘进风斜井中安装2台BDK54-8№25/2×250 kW型对旋防爆轴流式主要通风机抽风(1台在用，1台备用)。2个通风能力相同的风机安装在2个井筒中并联通风。

方案3：和方案1一样，维持目前“三进一回”的格局，但在+675 m龙塘回风斜井中另外设计1个风硐，2个通风能力相同的风机安装在同一个井筒中并联通风。方案1和方案3通风系统是一样的。

在同一井筒2个风机并联运行，相互之间会发生干扰[4](虽然是通风能力相同的风机，但由于制作误差，特性曲线不可能完成相同；性能低的排风量减少、性能高的负荷增大甚至会烧电机)，另外管理难度增加、漏风量加大。实际上，这种方案也是《煤矿安全规程》不允许的。所以，可以否定方案3。

排除了方案3，仅对方案1和方案2做比较。

2.2 方案比较与选择

方案1通风网络解算[5-8]结果：在通风容易时期，矿井总阻力为2 276 Pa，总风量145 m3/s,矿井总风阻为0.108 3 N·s2/m8；在通风困难时期，矿井总阻力为2 537 Pa，总风量为148.33 m3/s，矿井总风阻为0.115 3 N·s2/m8。

方案2通风网络解算结果为：在通风容易时期，每个主通风机承担的静压为2 652 Pa，风阻为0.504 7 N·s2/m8，风量为72.5 m3/s(总风量为145 m3/s)；在通风困难时期，每个主通风机承担的静压2 937 Pa，风阻为0.534 0 N·s2/m8，风量为74.17 m3/s(总风量为148.34 m3/s)。

2个通风方案井巷工程是一样的。根据2个方案的解算结果，从矿井通风难易程度、矿井通风空气功率估算、通风管理等方面进行比较。

(1)方案1矿井通风阻力比方案2小得多，方案1的通风阻力容易时期和困难时期分别为2 276 Pa和2 537 Pa(如图3所示)，而方案2的通风阻力容易时期和困难时期分别为2 652 Pa和2 937 Pa。根据《煤矿井工开采通风技术条件》风量和通风阻力的对应关系，在矿井总风量在5 000～10 000 m3/min时，矿井总阻力不应超过2 500 Pa。方案1最大阻力比上述要求高37 Pa，通过适当降低通风阻力后即可达到要求；而方案2最大阻力比上述要求高437 Pa，很难通过降低通风阻力措施到达《煤矿井工开采通风技术条件》的要求。

图3 方案1在风机特性曲线上困难和容易时期的工况点

(2)矿井通风空气功率估算对比：在没有确定具体风机的情况下，通风方案的通风功率估算就是在该方案下，主要通风机(1个或多个)必须提供的输出功率(空气功率)。方案1通风容易时期，主要通风机必须提供的空气功率为2 276×145×10-3=330 kW；通风困难时期，主要通风机必须提供的空气功率为 2 537×148.33×10-3=376 kW。方案2通风容易时期，2个主要通风机必须提供的空气功率为2×2 652×72.5×10-3=384 kW；通风困难时期，2个主要通风机必须提供的空气功率为2×2 937×74.17×10-3=435 kW。可见方案1比方案2所需能量小得多，换句话说在主要通风机效率相等的情况下，方案1用电量比方案2用电量要小。

(3)根据《煤矿安全规程》要求，矿井主要进回风大巷风速不得超过8 m/s。从2个方案的通风网络解算结果看，方案1井下巷道风速不超限，方案2在+475运输大巷的部分地段风速超过《煤矿安全规程》要求。要实施“两进两回”的通风方案，必须通过刷大 +475 m运输大巷的巷道净断面，才能降低风速，使之满足《煤矿安全规程》的要求。

(4)从通风管理上看，方案2需要建2个风硐、2个通风机房，增加了管理难度。

(5)方案1中，龙塘进风斜井和龙塘回风斜井相距很近，漏风管理难度比方案2大。

从上述的方案比较可以看出，方案1在通风难易程度、潜在用电量、通风管理难度等方面都较为合理，故推荐方案1。但采用方案1时，要加强矿井漏风管理，在进、回风井之间和主要进、回风巷之间的每个联络巷中，必须砌筑永久性风墙；需要使用的联络巷，必须安设2道联锁的正向风门和2道反向风门。

2个方案的比较见表1。

表1 2个通风方案比较

3 主要通风机改造和选型对策

通风机改造应尽量利用现有主要通风机的潜在通风能力，从运行费用和投资费用取得平衡点，以节省总的通风费用。为此，首先需对龙塘回风斜井安装的2台BDK54-8No25/2×250 kW型对旋防爆轴流式主要通风机(1台运行、1台备用)进行技术改造，确保风机的高效运行，尽量延长现有风机的使用寿命，然后再考虑更换通风能力更大的风机。

根据上述思路，鲁班山南矿的技术改造分三期进行。

第一期技术改造——更换主通风机叶片。在原主通风机上(电机不变，功率为250 kW×2，转速为740 r/min)更换主通风机叶片[10]。更换叶片的目的是提高现有主要通风机的效率，尽量提高现有电机的使用年限。

方案1在通风容易时期，需要的输出功率为330 kW，假定工况点效率为0.75，联轴器效率为0.98，考虑1.15电机容量储备系数，则需要的电机功率为495.88 kW<500 kW。同样，在通风困难时期，需要的输出功率为376 kW，假定效率和电机容量储备系数同上，则所需要的功率为588.30 kW>500 kW。可见效率提高后，现有的主通风机及其配套电机差不多可以维持到开采14采区的初期阶段。

第二期技术改造——更换电机，提高主要通风机转速。随着矿井通风阻力和需风量的增加，当主通风机及其配套电机达不到矿井所需的通风能力时，进行第二期技术改造，即更换电机，提高现有主通风机转速。具体使用那种型号的电机，要现场考察确定。在技术改造过程中，要实测改造后的主通风机性能，给出准确的主通风机特性曲线，以便确定改造后主通风机是否满足要求。

如果通过现场考察，主通风机不能再通过电机进一步提高转速和通风能力，可直接进入第三期改造。

第三期技术改造——更换通风能力更大的风机。当现有风机不能进一步技术挖潜时，就要考虑更换风机。选择FBCDZ(原BDK)系列对旋式防爆通风机。对旋式风机具有传动损失小、压力高、效率高、噪音低等特点，也是原煤炭部推荐的产品。可通过竞标决定生产厂家。

如果不能实施第二期技术改造，即不能通过更换电机提高风机风速和通风能力，可以根据方案1的通风解算工况点来选择风机。通过对FBCDZ系列对旋式防爆通风机性能曲线对比，笔者认为FBCDZ-8-No26B是很好的选择。从图3可以看出，这种选择的工况点效率均在80%左右。

4 结 论

(1)根据已经确定的14采区及其相关开拓延深巷道的布置方案，在不增加风井井筒的情况下，在14采区生产期间，目前的“三进一回”的中央并列式通风格局是最优的通风方案。

(2)在14采区生产期间，虽然通风路线很长，但从通风网络解算数据可以看出，鲁班山南矿依然属于通风容易的矿井。这主要是因为14采区有两路并联的通风路线，且13采区并联和角联通风线路较大，降低了通风阻力。

(3)鲁班山南矿将来的通风改造要以挖掘现有主通风机潜力为主——主要是通过更换主通风机叶片和更换电机来提高现有主通风机能力和效率，然后再考虑更换主要通风机。在14采区生产后期，也可以根据矿井第二水平的开拓布局，统筹考虑更换通风能力更大的主风机。

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(责任编辑 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

重庆市教委科学技术研究项目(编号：KJ132004)。

宫良伟(1964—),男，副教授，高级工程师，博士。

TD724

A

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