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五輪山煤礦通風(fēng)阻力測定與主通風(fēng)機(jī)整修方案分析

文檔作者：翟文杰，田波，游先中文檔來源：貴州五輪山煤業(yè)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2024年07月27日
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煤礦現(xiàn)代化2018 年第5期總第146期
1 概述
受井下生產(chǎn)作業(yè)影響，礦井通風(fēng)系統(tǒng)處于不斷變
化之中，合理的礦井通風(fēng)系統(tǒng)及通風(fēng)阻力的及時掌握
對保證礦井安全生產(chǎn)具有重要意義[1-3]。五輪山煤礦采
用中央并列式通風(fēng)，在礦井初期投資少，投產(chǎn)較快，對
于開采前期來說布置是合理的。但隨著礦井進(jìn)一步的
開拓延深， 中央并列式通風(fēng)使得礦井內(nèi)部漏風(fēng)率增
大，礦井通風(fēng)阻力大，不利于通風(fēng)管理。綜合分析礦井
通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，主要面臨以下突出問題：
（1）礦井用風(fēng)地點(diǎn)分散，用量大。五輪山煤礦所
采煤層煤塵無爆炸性且自燃傾向性均為Ⅲ級不易自
燃，但礦井具有煤與瓦斯突出危險，瓦斯梯度（每100
m 增加）4.21ml/g·r；礦井的需風(fēng)量大，目前通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)
相對簡單，但局部地點(diǎn)的通風(fēng)阻力較大，導(dǎo)致整個礦
井通風(fēng)阻力較大，對礦井通風(fēng)阻力情況不明晰，不利
于災(zāi)害的預(yù)防；隨著礦井開采年限的增加，礦井中遠(yuǎn)
時期，用風(fēng)地點(diǎn)多且分散，通風(fēng)阻力將更大，不能滿足
礦井生產(chǎn)要求。
（2）存在主通風(fēng)機(jī)喘振現(xiàn)象。五輪山煤礦現(xiàn)用
FBCDZ-10-No.38 風(fēng)機(jī)自2006 年5 月開始安裝并投
入使用的，2016 年2 號主通風(fēng)機(jī)銅套鉚釘脫離，造成
部分扇葉與銅套摩擦受損，在廠家技術(shù)人員指導(dǎo)下，2
號主通風(fēng)機(jī)更換扇葉及銅套，1 號主通風(fēng)機(jī)加固銅
套。2 號主通風(fēng)機(jī)新更換扇葉與銅套間隙比原來略大
約5mm，導(dǎo)致部件之間匹配性不好，動輪動平衡校正
不好，不合理的風(fēng)機(jī)和風(fēng)道結(jié)構(gòu)導(dǎo)致氣流進(jìn)入風(fēng)葉前
整流效果不好，進(jìn)入氣流存在渦流，產(chǎn)生喘振現(xiàn)象。
為保證礦井安全生產(chǎn)，從礦井通風(fēng)阻力測定及分
析和礦井主通風(fēng)機(jī)整修方案2 個方面進(jìn)行礦井通風(fēng)
系統(tǒng)優(yōu)化改造，保證礦井未來接續(xù)生產(chǎn)安全。
2 礦井通風(fēng)阻力測定
2.1 礦井通風(fēng)阻力測定路線
根據(jù)測定的要求和目的，結(jié)合礦井的生產(chǎn)布局和
通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，選擇能反映礦井通風(fēng)系統(tǒng)特征的路線
作為主測路線，再選擇其他路線作為輔測路線，主測
路線和輔測路線盡量不交叉，以達(dá)到對礦井盡量多路
線掌握通風(fēng)阻力的目的[4]。
測定路線選定后， 即可按照通風(fēng)阻力測定的要求，
結(jié)合本工作面巷道布置的具體條件，在通風(fēng)系統(tǒng)示意
圖上確定出測點(diǎn)的位置和數(shù)量，并沿測定路線將測點(diǎn)依
五輪山煤礦通風(fēng)阻力測定與主通風(fēng)機(jī)整修方案分析
翟文杰，田波，游先中
（貴州五輪山煤業(yè)有限公司，貴州畢節(jié)551700）
摘要為保證五輪山煤礦通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠， 根據(jù)礦井通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況結(jié)合礦井未來接續(xù)
情況，進(jìn)行礦井通風(fēng)阻力測定分析，并明確礦井通風(fēng)阻力分布情況以及引起礦井通風(fēng)阻力較高原因；
對礦井主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行論證，對礦井主通風(fēng)機(jī)整修必要性進(jìn)行分析，并提出了針對性的整修
方案，對保證礦井安全生產(chǎn)具有重要意義。
關(guān)鍵詞通風(fēng)阻力測定； 結(jié)果分析；主通風(fēng)機(jī)；整修
中圖分類號：TD72 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：1009-0797（2018）05-0068-03
Ventilation Resistance Measurement and Analysis of Main Fan Renovation Scheme in Wulun
Coal Mine
Zhai Wenjie1 , Tian Bo , You Xianzhong
（Guizhou Five Wheels Coal Industry Co ., Ltd , Guizhou Bijie 551700）
Abstract: In order to ensure Wulun Mine ventilation system stable and reliable, according to the actual operation of the mine ventilation system
combined with the future continued, selecting routes from the actual situation of mine ventilation system to measure the resistance of mine
ventilation system, clear the mine ventilation resistance distribution and causes of high mine ventilation resistance. This paper also discussed
the operation of the main fan in the mine, analyzed the necessity of the mine main fan, and put forward the corresponding renovation plan,
which was of great significance to ensure the safe production of the mine
Key words: ventilation resistance measurement ; outcome analysis ; main fan ; renovation
·68·
萬方數(shù)據(jù)
煤礦現(xiàn)代化2018年第5期總第146期
次編號。在確定測點(diǎn)布置時一般應(yīng)遵守下述原則[5]：
（1）測點(diǎn)布置在風(fēng)流穩(wěn)定， 巷道規(guī)整的地點(diǎn)，測
點(diǎn)前后支護(hù)完好，巷道內(nèi)無堆積物。
（2）測點(diǎn)布置在風(fēng)流分叉、匯合及局部阻力大的
可能地點(diǎn)。
（3）測點(diǎn)與風(fēng)流變化點(diǎn)之間應(yīng)有一定的距離。
（4）測點(diǎn)應(yīng)盡可能選在標(biāo)高控制點(diǎn)附近。
根據(jù)礦井的生產(chǎn)布局和通風(fēng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀，設(shè)置了
1 條主測路線，2 條輔測路線。
主測路線（1601工作面通風(fēng)系統(tǒng)）：風(fēng)機(jī)底→總回風(fēng)
巷→總回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷→1601回順→1601綜采面西北角→
1601綜采面東南角→+1330水平軌道大巷→副井底。
輔測路線1、2：主井口→+1335 運(yùn)輸大巷→南翼
回風(fēng)大巷→南翼回風(fēng)上山。
2.2 通風(fēng)阻力測定結(jié)果及評價
采用基點(diǎn)法[6]測定通風(fēng)阻力，并礦井通風(fēng)系統(tǒng)通
風(fēng)阻力的理論阻力值可按下式計算：
Hr=HC-Hvf+Hn （1）
式中：Hr 為礦井通風(fēng)阻力的理論值，Pa；HC 為扇
風(fēng)機(jī)房“U”型水柱計讀數(shù)，Pa；Hvf 為風(fēng)機(jī)風(fēng)硐內(nèi)測壓
斷面的速壓，Pa；Hn為該系統(tǒng)的自然風(fēng)壓，Pa。
礦井通風(fēng)系統(tǒng)測定誤差按下式計算求得[7- 8]：
δ= Hr-Hs
Hr
×100% （2）
式中：δ 為相對誤差，%， 一般要求小于等于
5%； Hs為礦井通風(fēng)阻力的實(shí)測值，Pa。
由此可得五輪山煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)阻力測定
結(jié)果檢驗(yàn)見表1。
表1 通風(fēng)阻力測定結(jié)果檢驗(yàn)表
主測路線（1601 工作面通風(fēng)系統(tǒng)）的通風(fēng)阻力為
2142.78Pa，測定誤差為3.38%，測定結(jié)果滿足礦井通
風(fēng)阻力測定和通風(fēng)系統(tǒng)分析的精度要求。進(jìn)一步，根
據(jù)礦井各段風(fēng)路在通風(fēng)系統(tǒng)中位置和作用的不同，將
各段風(fēng)路分為進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段和回風(fēng)段。主測路線通
風(fēng)阻力坡度和百米風(fēng)阻分布情況如圖1、圖2 所示。
由圖1、圖2 可以看出：
（1）主測路線用風(fēng)段和回風(fēng)段阻力值占比重偏
高。用風(fēng)段是由于工作面綜采設(shè)備阻力大所致；回風(fēng)
段主要原因是部分巷道斷面小且風(fēng)量大，回風(fēng)路線長
且風(fēng)量集中；百米風(fēng)阻分布來看，回風(fēng)段和用風(fēng)段較高。
圖1 主測路線阻力坡度圖
圖2 主測路線百米風(fēng)阻分布圖
（2）主測路線1601 回風(fēng)順槽尾段通風(fēng)阻力坡度
過大，主要原因是該處為回風(fēng)下山，標(biāo)高出現(xiàn)突變，產(chǎn)
生較大局部阻力。
（3）主測路線總回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷百米風(fēng)阻和阻力坡
度偏高，主要是由于該處巷道變形嚴(yán)重且存在2 條瓦
斯抽采管道，使巷道有效斷面過小，應(yīng)重點(diǎn)處理。
3 礦井主通風(fēng)機(jī)整修方案分析
3.1 礦井主通風(fēng)機(jī)整修必要性分析
礦井主通風(fēng)機(jī)除存在喘振現(xiàn)象外，對礦井實(shí)際通
風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行計算，結(jié)合通風(fēng)機(jī)采購時的技術(shù)參數(shù)
對比，進(jìn)行礦井主通風(fēng)機(jī)整修必要性分析，具體過程
及分析如下。
（1）礦井現(xiàn)通風(fēng)阻力系數(shù)計算。結(jié)合礦井現(xiàn)場環(huán)
境的數(shù)據(jù)，對礦井通風(fēng)阻力系數(shù)進(jìn)行計算得到礦井的
通風(fēng)阻力系數(shù)為0.1075 kg/m7。
（2）2005 年主通風(fēng)機(jī)采購技術(shù)參數(shù)要求如下：
前期：風(fēng)量為174m3/s，負(fù)壓為1977Pa；
后期：風(fēng)量為285m3/s，負(fù)壓為4147Pa；
葉片設(shè)計工況：風(fēng)量為251.3m3/s，壓力為4450Pa；
則計算設(shè)計通風(fēng)阻力系數(shù)，其結(jié)果是0.0705 kg/m7。
風(fēng)機(jī)房水柱
計讀數(shù)Pa
風(fēng)硐斷面
速壓Pa
自然風(fēng)壓
Pa
理論通風(fēng)
阻力Pa
實(shí)測通風(fēng)
阻力Pa
相對誤差
%主測
路線2210 168.4 31.2 2072.8 2142.78 3.38
·69·
萬方數(shù)據(jù)
煤礦現(xiàn)代化2018 年第5期總第146期
通過對比可以看出礦井現(xiàn)通風(fēng)阻力系數(shù)高于原
礦方提供的設(shè)計參數(shù)。對主通風(fēng)機(jī)來說無論是單機(jī)運(yùn)
行還是對旋運(yùn)行，網(wǎng)管阻力系數(shù)是恒定的。當(dāng)?shù)V井阻
力增大時，在穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域葉片角度越大，壓力越高，
風(fēng)量變化很小。如果運(yùn)行工況不在穩(wěn)定區(qū)域，角度越
大，因氣流沖擊大，就會出現(xiàn)壓力很高、風(fēng)量變化不明
顯、噪音振動異常的現(xiàn)象。
（3）風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率及功耗計算。
電機(jī)做的有用功為：
N 有=QH/1000=153.5×2050/1000=314.7kW
電機(jī)實(shí)耗功率為：
N 實(shí)=1.732UIcosψη 電
=1.732×10×49×0.79×0.93=623.5 kW
風(fēng)機(jī)效率為：η=314.7/623.5=50.5%
一天的電耗為：623.5×24=14965kW·h
可見風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率很低，遠(yuǎn)低于設(shè)計值，且電耗
過高，需對礦井主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行整修。
3.2 礦井主通風(fēng)機(jī)整修方案及分析
綜合考慮礦井通風(fēng)系統(tǒng)當(dāng)前情況及未來的發(fā)展，
結(jié)合現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)的實(shí)際情況，現(xiàn)提出3 個礦井主通風(fēng)
機(jī)的整修方案，并分別進(jìn)行分析。
方案一：不做葉輪改造，雙機(jī)運(yùn)行。
如果不做葉輪改造， 風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時接近喘振邊
緣，運(yùn)行不平穩(wěn)，存在安全隱患。如果想采取該方案，
必須對通風(fēng)巷道進(jìn)行降阻處理， 這是個長時間的投
入，短期很難有效果。
方案二：做葉輪改造，對旋運(yùn)行。
（1）考慮礦井后期服務(wù)要求，可知此時礦井需風(fēng)
量216.7 m3/s，通風(fēng)阻力系數(shù)為0.119615 kg/m7，則此
時礦井通風(fēng)阻力為5617 Pa。
（2）考慮到出口側(cè)彎頭損失及通風(fēng)裝置（包括連
接風(fēng)筒、蝶閥、風(fēng)機(jī)機(jī)體、擴(kuò)散器、消音裝置及擴(kuò)散塔）
內(nèi)的風(fēng)壓損失（約為+200Pa）后，則通風(fēng)機(jī)必需的風(fēng)
量為216.7 m3/s，負(fù)壓為5817 Pa。
（3）根據(jù)工況點(diǎn)參數(shù)計算出所需功率，其結(jié)果為
1891 kW，小于當(dāng)前電動機(jī)功率。
根據(jù)以上計算以及《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》
8.2.2 規(guī)定，通風(fēng)機(jī)能力應(yīng)留有一定余量，軸流式通風(fēng)
機(jī)在最大設(shè)計風(fēng)量和負(fù)壓時，輪葉運(yùn)轉(zhuǎn)角度應(yīng)比設(shè)備
允許范圍小5°，根據(jù)計算結(jié)果，現(xiàn)在的電機(jī)容量可
以滿足。
方案三：做葉輪改造，對旋運(yùn)行，再設(shè)計控制系統(tǒng)
并配備新的電機(jī)變頻運(yùn)行。
考慮到變頻運(yùn)行具有節(jié)能運(yùn)行、低頻啟動對電網(wǎng)
的沖擊小等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合方案二所做分析，建議在電機(jī)
廠家允許的前提下，可以考慮變頻運(yùn)行，變頻運(yùn)行時，
葉片的運(yùn)行工況可直接調(diào)至較大角度。
4 結(jié)論
（1）實(shí)測1601 綜采工作面主測路線的通風(fēng)阻力
為2142.78Pa，該礦井通風(fēng)系統(tǒng)的主要問題是1601 回
風(fēng)順槽西南尾段標(biāo)高突變，總回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷斷面小且風(fēng)
量集中，回風(fēng)斜井回風(fēng)距離長且風(fēng)量集中等原因?qū)е?
礦井通風(fēng)阻力過大。
（2）根據(jù)現(xiàn)有風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)，結(jié)合五輪山煤礦現(xiàn)
場的實(shí)際情況，發(fā)現(xiàn)該礦井主通風(fēng)機(jī)不僅存在喘振現(xiàn)
象，還存在現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)效率過低，現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)無法與
礦井匹配，且現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)設(shè)備老化問題，針對五輪山
煤礦現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)存在的問題，提出3 個礦井主通風(fēng)機(jī)
的整修方案，確保工作面的安全生產(chǎn)。
參考文獻(xiàn)
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作者簡介：
翟文杰（1984-），云南昆明人，工程師，現(xiàn)為兗礦貴州能
化有限公司五輪山煤礦通防副總工程師，主要從事礦井一通
三防、防突方面研究管理工作。
（收稿日期：2017-11-28）

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