榆林神华能源公司郭家湾煤矿矿井建设节能设计规划

榆林神华能源公司郭家湾煤矿矿井建设节能设计规划
摘要：针对矿井的井下主运输系统、供电系统、给排水系统、通风系统及地面
生产系统等，从各个环节考虑节能、减排措施，以及循环利用能源对榆林神华能
源公司郭家湾煤矿矿井建设的节能系统规划设计。

关键词：煤矿；建设；节能；规划设计
【Abstract】：According to the main transport system，power supply system，ventilation system and drainage system，ground production system of the mine，considering energy saving and emission reduction measures in various aspects，and
the cycle of energy-saving system planning and design of construction Guo Jia Wan
coal mine of Yulin Shenhua Energy Company's use of energy.
【Keywords】：Coal；construction；Energy saving；planning and design
一、项目概述
郭家湾煤矿位于陕西省榆林市，矿井设计生产能力：3.00Mt/a，矿井服务年
限为61.3a。

本区地处中温带，为典型的中温带半干旱大陆性气候区，每年11月
至次年3月为冰冻期。

二、用能标准和节能设计规范
1. 节能设计依据的法律、法规、标准和规范
（1）中华人民共和国节约能源法。

（2）建设部关于发展节能省地型住宅和公共建筑的指导意见。

（3）国家发展改革委、国家环保总局关于煤炭工业节能减排工作意见。

（4）公共建筑节能设计标准（GB50189-2005）。

（5）《煤炭工业矿井设计规范》 GB50215-2005
（6）《煤炭工业采暖通风及供热设计规范》 MT/T5013-96
三、提高能源利用效率的节能措施
3.1矿井开拓及采掘作业节能
（1）井下巷道尽可能多做煤巷，少做岩巷。

矿井主要巷道与回采巷道之间联系简单、方便，这都为简化矿井开拓布署及矿井运输系统创造了条件。

（2）采煤方法确定及采掘设备选型时均充分考虑节能因素。

矿井移交生产时，井下只布置一个盘区，盘区内只布置一个长壁综采工作面和二个掘进工作面，回
采工作面及掘进工作面数量少，实现了集中生产和高产高效，从而减少了能源消耗；设计采用先进高效的长壁垮落采煤法和综合机械化开采工艺，有效降低了能
源消耗；长壁综采工作面选用高效节能的电牵引双滚筒采煤机，采煤机装机功率
根据能耗系数法计算确定，避免功率浪费。

3.2 矿井主要设备节能措施
3.2.1井下原煤输送系统
主要节能措施：
①通过优化矿井开拓方式、采区布置，确定合理的井下原煤输送工艺。

②根据矿井生产能力、工作制度、采掘工作面配置、输送工艺等，选择合理
的输送机基本参数（输送能力、带宽、带速等）。

③根据输送机工况选择合理的计算系数，计算出输送机的驱动功率，选择合
理的功率配比和单机功率。

④根据输送机工况和计算功率选择合适的电动机类型，≥200kW的电动机选
择高压电机（6kV或10kV），以减少配电电路电能损耗。

⑤根据输送机工况和电动机功率，选择合理的软启动装置，带式输送机，主
煤流系统全部采用具有很好节能效果的变频驱动方式，对于顺槽带式输送机驱动
系统均采用液力偶合器，该方式电动机在额定负荷20%情况下起动，带式输送机
软起动性能较好，对电网冲击较少，设备的启动功率及其用电量大为降低，其价
格是所有驱动方式中最低、可靠性最高的一种。

⑥选择高效Y型电动机和传递效率高达94-96%硬齿面减速器。

制动器液压站和液压张紧装置液压站选用带蓄能器形式，当压力在许用范围时，油泵电机停止
工作，降低到许用压力下限时再起动油泵电机，使油压上升到许用范围的上限再
停止电机。

3.2.2辅助运输系统与运输设备
本矿井辅助运输系统选用国内成熟的防爆低污染柴油机无轨胶轮车，从矿井
工业场地、副斜井直达各个工作地点的连续运输，实现井下辅助运输无轨化，有
效适应矿井开拓开采巷道坡度变化状况，满足井下人员、设备、材料等运送要求，最大程度地简化了矿井辅助运输环节，尽可能地适应矿井高效生产要求。

3.2.3通风设备节能措施
矿井通风设备处于长期运行状态，功率较大，昼夜连续运转，消耗的电能在
矿井耗电总量中所占比例较大，故通风设备采取节电措施具有重要意义，设计从
以下几方面考虑通风设备的节能问题：
①通风设备选用静压效率较高的防爆对旋轴流式通风机，并考虑所选机型与
矿井各时期通风参数基本匹配，降低通风机的无功损耗。

② 通风机设置在线监测装置一套，随机监测通风机的风量、负压等参数，在矿井生产期间，可根据矿井通风系统风量、负压变化及时调整通风机叶片安装角度，力求通风机运行在最佳状况，节省通风电耗。

③为减少通风装置漏风，通风机与风道之间的间隙用麻丝填实；风门间内设
置的垂直闸门和水平风门采用加毛毡或橡胶垫等防止漏风的密封措施，保持漏风
风量不超过5%。

④通风机扩散器采用合理的扩散角，减小动压损失；通风机进风风道断面按
照其内风速10m/s设计，风道施工应规范，保持表面光滑，尽可能减少通风阻力；在风道断面发生变化处设计缓变段，尽可能避免其角度和截面大小急剧变化；风
道拐弯处应呈流线型，最大限度减小通风装置各种阻力损失。

选用FBCDZNo28/2×355型矿用防爆对旋轴流式通风机，每台通风机配2台通
风机专用隔爆型电动机，功率2×355kW，电压10kV，额定转速740r/min。

3.2.4排水设备节能措施
为提高矿井排水系统的效率，降低排水电耗，设计从以下几方面考虑排水设
备的节能问题：
①根据矿井涌水量、排水距离及排水高度等条件，合理确定矿井主排水系统，使所选用水泵与主排水管路达到最佳匹配。

②主排水设备选用高效水泵，以保证水泵运行工况点均在高效区。

③ 为减少吸水管路阻力损失，提高水泵吸水高度及工况效率，节省电耗，水泵采用无底阀吸水。

井下主排水泵房内安装3台MD280-43×4型矿用耐磨多级离心式水泵，每台
水泵配1台YB2 4002-4型隔爆电动机，功率220kW，电压10kV，额定转速
1486r/min。

3.2.5压缩空气设备节能措施
矿井投产时，井下在1个综掘工作面和1个连掘工作面配置风动工具，另外
选煤厂内设备需使用压缩空气。

为满足风动设备用气需要，在地面空气压缩机站
内设置5台MH250-2S型螺杆式空气压缩机，其中4台工作，1台备用。

每台空
气压缩机排气量47.4 m3/min，排气压力0.85MPa，风冷型，双级压缩，配带主电动机名义功率250kW，电压10kV。

计算空气压缩机比功率为5.27kW/m3/min，低于国家发改委煤炭工业节能减排单耗指标5.9kW/m3/min，符合节能要求。

3.3给水系统节能
郭家湾煤矿地处严重缺水地区，水资源十分紧张，如何充分利用或循环利用
水资源是关键点。

3.3.1充分利用井下排水和生活污水，尽可能的减少地表水和地下水的开采利用。

工业场地设有井下水处理站一座，对井下排水进行处理从而达到回用于选煤
厂生产补充水、多功能胶体防灭火系统制浆用水、井下消防洒水的目的；设有生
活污水处理站一座，对生活污水进行处理从而达到回用于选煤厂生产补充水和工
业厂区道路洒扫和绿化的目的。

根据水源情况以及矿井生产、生活用水的特点，为了节约水资源，用水水源
分配如下：
（1）矿井日用消防用水采用黄河水。

（2）井下排水经处理后可用于矿井井下消防洒水、选煤厂选煤补充水、黄泥灌浆。

（3）生活污水经处理后可用于冲洗绿化及浇洒用水。

3.3.2为了节约能耗，工业场地给水系统采用日用与消防两套加压设置。

工业场地室外消防采用低压制，和生活给水管网合用。

发生火灾时，开启室
外消防泵，满足室外消防的水量和水压的要求；室内消防采用临时高压制，当有
火灾发生时，开启室内消防水泵，以满足消防时的室内外消防水量和水压要求，
火灾初期灭火所需10min水量由原煤仓顶的消防水箱供给。

生活供水采用变频供
水设备，节约能源。

3.3.3矿井污水处理站集中设置，以便于管理。

污水处理站设在工业场地较为
低洼处，场区污水自流进入处理站，从而减少中间加压提升环节。

3.4供配电系统节电措施
本矿井35/10kV变电所35kV电源两回引自地方110kV变电所。

矿井投产时的总用电负荷为14798kW，远期为19093Kw，考虑矿井负荷及输电线路长度，因此
其供电电源电压采取35kV电压。

35kV电压等级能够保证电源质量，减少输电线
路的电能损耗，从而达到节能的目的。

35/10kV变电站变压器选用低损耗两台SF11-20000/35双绕组低损耗无励磁调
压变压器，容量为20MVA，电压为35±2×2.5%/10.5kV，Uk%=8.7，接线方式为YN，d11。

正常运行时为分列运行，负荷率40%。

3.4.1供配电系统的节能措施
根据负荷容量、供电距离及用电设备的特点，合理设计供配电系统和选择供
电电压等级。

矿井35/10kV主变电所和10/0.4kV变电所所址选择尽可能接近矿井
地面及井下的负荷中心，减少向各负荷供电的电缆长度，从而减少线路电能损耗
及线路电压降。

①矿井变电所所址选择
变电所位置设在污染源的上风向，进出线方便，满足本矿井供电的要求。

地面及井下设置的区域配电变电所，均处在供电范围的负荷中心。

电源由
35/10kV变电所采用放射式供电，同一电压配电级数不超过两级。

② 合理选择供电电压
根据负荷分布及统计情况，本矿井在井田范围内采用6kV或10kV供电均能满足要求。

但根据国家有关节能减排政策，本矿井地面及井下高压配电采用10kV
电压等级，供电质量高，线路电能损耗小、运行和维护费用低，有利于节约能源、提高矿井经济效益及远期安全生产。

选择高效率低损耗变压器。

变压器采用SG11系列节能型变压器，SG11型变
压器是目前国内最先进、最节能的变压器，运行时它的铁损和铜损最小。

3.4.2矿井主要设备供配电节能措施
排水设备的电气节能
排水系统的效率是水泵效率、管网效率和电机效率的乘积，所以在采用不同
排水方式时必须进行核算，使整个系统效率最高，电能损耗最小；
选择高效率的水泵，水泵扬程不宜过大；
水泵的运行要避峰填谷，降低高峰用电负荷。

电动机的负载率应在高效区，
负载率不应低。

3.5地面工程节能措施
保证建筑正常使用功能的前提下，积极利用自然光及自然通风，推广高效照
明系统和其它高效照明产品，积极采用可再生能源和新型节能建材，从建筑主材
方面挖掘潜能，实现地面建筑节能。

3.5.1朝向的选择
主要房间的朝向避开冬季主导风向并利于夏季自然通风。

且采用合理的间距
及群体组合方式，以满足日照自然通风的要求，并积极利用太阳能，以节约能源。

在建筑物周围种植树木、植被，有效阻挡风沙，净化空气，同时起到遮阳、降噪
的效果。

3.5.2外墙、屋面保温
建筑的外围护结构墙体主要使用节能产品，外墙材料优先选用粘土多孔砖，
加气混凝土砌块等。

外墙采用外保温构造，优选采用改性酚醛板（燃烧性能：A 级），尽量减少混凝土出挑构件及附墙构件，当有混凝土出挑构件及附墙构件时
采取个断热桥或保温措施；屋面采用倒置式屋面。

对于砖砌体结构的建筑物，外墙采用370厚粘土多孔砖时，外墙和屋面保温
材料分别选用30、80厚改性酚醛板保温层。

对于框架结构的建筑物，外墙采用240厚加气混凝土砌块，外墙和屋面分别设40、80厚改性酚醛板保温层。

对于钢结构的建筑物，外墙和屋面围护结构皆采用硬质聚氨酯夹心板（复合压型钢板），厚度为75。

最后考虑到公共建筑的性质决定外门的开启频繁，所以在严寒和寒冷
地区的入口设置门斗，同时设计大门空气幕，阻止冷空气侵入，也是一种保温节
能的措施。

3.5.3门窗节能措施及建筑遮阳
外门窗是建筑外围护结构中绝热性能最薄弱的构件，其热工性能指标包括传
热系数，遮阳系数及窗墙比等。

签于煤矿场前区建筑一般为普通的民用建筑，其
设计尽量避免使用大面积的玻璃幕墙，减少或避免屋顶玻璃天窗，开窗面积均控
制在合理的范围内，公共建筑的窗墙比尽量控制在0.7以内，居住建筑窗墙比尽
量控制在0.35以内。

门窗基本选用塑钢门窗，中空玻璃。

建筑玻璃全部采用中空Low-e复合玻璃，中空厚度公共建筑在12mm，居住
建筑控制在9mm。

门窗选型方面选用气密性保温性能好的产品，公共建筑门窗的气密性不低于4，居住建筑和玻璃幕墙的门窗气密性不低于3。

外窗与外墙皮平，以减少窗框四周的热桥面积，并对窗口四周进行保温处理。

3.5.4地面保温措施
采暖建筑的底层地面从外墙内测算起2.0米范围内、与室外空气接触的楼面
均采取铺贴保温材料的措施。

3.5.5体形系数控制在0.3以下。

采用联合建筑以减少外墙面、增加层数以减少屋面，以及合理加大进深等措施，以达到节能的目的。

通过采取上述措施，使居住、公共建筑物在保证相同的室内环境参数条件下，与未采取节能措施前相比，全年采暖、通风空气调节和照明的总能耗减少50%，
使居住建筑达到总能耗减少65%的目标。

3.6供暖、供热水系统
采用的空气源热泵系统，与燃煤锅炉相结合的供热技术，空气源热泵系统无
需耗煤，没有燃烧过程，不存在固体废弃物、有毒有害气体及烟尘排放等问题，
不消耗水资源，不污染地下水质，因而是环保、高效的供热方式。

据测算，采用
该技术每年可节约标煤耗量2249 t，减少污染物的排放量：二氧化碳4500 t，一
氧化碳3.2t，二氧化硫22t，氮化物17.5t，硫化氢1.15t及粉尘26.0 t，具有显著
的环保效益。

由于空调能耗作为建筑运行能耗的重要组成部分，所以合理的运行管理方式
作为建筑全生命周期中的重要节能措施，本项目采用了以下的节能管理措施：公寓楼、办公楼空调采用空气源热泵夏季供冷，冬季采用燃煤锅炉供暖，其
末端设备选用风机盘管水系统；该区域洗浴热水冬季采用锅炉供应，春秋季和夏
季采用空气源热泵供应热水。

（1）该系统既可以夏季供冷，同时可以合理利用热回收技术，有效提高能源使用效率，为建筑提供夏季的生活热水，因此采用该系统可以在夏季停用锅炉系统，节约了大量的人力资源，减少了锅炉的碳排放和污染。

（2）风机盘管系统可以通过墙上的温控器控制其启停，因此当冬季下班时或者公寓内无人时，可以将风机盘管关闭或者放在低档运行状态上，而暖气系统无
论有人或者无人都需要全部开启，因此通过这种行为节能的方式可节能40%。

（3）由于水系统的送风温差小，可以实现柔和的送风。

VRV系统的送风温差大，导致吹风感，降低室内热环境的舒适度。

四、能耗指标分析
4.1矿井主要设备能耗
4.1.1辅助运输设备节能效果分析
本矿井辅助运输系统选用国内成熟的防爆低污染柴油机无轨胶轮车，从矿井
工业场地、副斜井直达各个工作地点的连续运输，实现井下辅助运输无轨化，有
效适应矿井开拓开采巷道坡度变化状况，满足井下人员、设备、材料等运送要求，最大程度地简化了矿井辅助运输环节，尽可能地适应矿井高效生产要求。

有效的
适应了煤层赋存条件，辅助运输系统简单，占用人员少，具有节能效果。

4.1.2通风设备能耗
通风设备平均电耗为0.33kW.h/Mm3.Pa，低于国家发改委煤炭工业节能减排
单耗指标0.44kW.h/Mm3.Pa，符合节能要求。

4.1.3主排水设备能耗
排水设备选型通过方案比较，选用了耐磨高效水泵，水泵运行工况点均在高
效区，符合节能要求。

4.1.4压缩空气设备能耗
压缩空气设备计算空气压缩机比功率为5.27kW/m3/min，低于国家发改委煤
炭工业节能减排单耗指标5.9kW/m3/min，符合节能要求。

4.2矿井综合能耗指标
4.2.1 电耗
矿井全年电耗：3804万kW•h（不含选煤厂），6529万kW•h（含选煤厂）；矿井吨煤电耗：12.68kW•h/t（不含选煤厂）；18.13kW•h/t（含选煤厂），折标
准煤为2.23kgce/t。

4.2.2煤耗
本矿井全年共耗煤17484t。

矿井单位原煤生产煤耗为：17484×1000÷3000000=5.83kg/t，折标准煤为
5.05kgce/t。

4.2.3成品油
本矿井全年耗油量80.85万升，矿井单位原煤生产油耗为0.27kg/t，折标准煤
为0.34kgce/t。

4.2.4综合能耗指标
综上计算，本矿井单位原煤生产综合能耗指标为7.62kgce/t，低于同类型矿井平均能耗水平。

本矿井单位原煤生产能耗见表4-1。

五、结论和建议
本矿井在设计中采取了一系列有效的节能措施，单位原煤生产综合能耗指标为7.62kgce/t，低于同类型矿井平均能耗水平，节能效果明显，项目实施后将成为一个节能型项目。

参考文献：
[1]大钧.墙体改革与可持续发展［M］.北京：机械工业出版社，2006
[2]饶戎主编.绿色建筑.北京：中国计划出版社，2008
[3]居住建筑节能检测标准实施指南建筑工业出版社 2010
[4]付祥钊主编.夏热冬冷地区建筑节能技术.北京：中国建筑工业出版设，2002。