0 7>

ISSN 1674-8492

9 771674 849103

2013 年第 4期

第 11 卷（总第 55 期）双月刊

国内外公开发行

总 编：顾大钊

副 总 编：孟 坚

主 编：李全生 陈 重

执行副主编：杨惠民

编辑部主任：杨 静

责任 编 辑：马小军

编 务：张晓娅

编辑出版：《神华科技》编辑部

地 址：宁夏银川市北京中路168号

神宁煤业集团 5 号楼

邮 编：750011

联系电话：0951—6971623 6971106

传 真：0951—6971626

电子邮箱：shenhuakeji@163.com

印 刷：宁夏精捷彩色印务有限公司

广告经营许可证：6400004000103

出版日期：2013 年 7 月 26 日

刊 号：

目 次

CN64-1066/TKISSN 1674-8492

本刊 声明

本刊对已出版文章持有出电子版、网

络版、进行网络技术交流和与各网络数据

库合作的权利，如不同意将文章以上述形

式收录，请在投稿时声明。

管 理

浅谈如何把握好重点工程的设备质量关 宋桂江 汪大春（3）

循环流化床机组 EPC 总承包建设的探索与实践 刘志强（6）

国有企业绩效管理存在的问题及对策 王玉萍 高希新（9）

发电设备信息整合集成技术应用研究 何 宁 孟 炜 王曦钊等（12）

中小企业的财务管理模式探析 马永河（16）

煤 炭

超大综采工作面采动覆岩结构损伤研究 张建民 李 鹏 高 亮（20）

采用灌注工艺处理综采工作面贯通时冒顶实践 刘小平 孙玉民（24）

GPS 拟合高程在测绘工程中的使用探讨 张治斌 肖 勇 夏定辉（27）

浅谈气动手持式锚杆钻机实现湿式钻孔的改进 李 刚 杨洪亮（30）

综合防灭火技术在综合回收工作面的应用 周振山（33）

综采工作面大角度俯斜开采的实践 张军颖（36）

公乌素煤矿 1604 工作面煤层注水方案 李晓春（40）

白芨沟煤矿 35kV 变电所改造施工方案的对比 王 龙（43）

综采工作面留破碎顶板的技术实践 高 峰（46）

自制高位水箱低位显示水位声光报警装置 翟育东（49）

电 力

准东煤锅炉低氮燃烧器改造后 NOx 排放特性试验研究

王兴无 杨忠灿 姚 伟（51）

东锅 300MW 循环流化床锅炉汽包吊装钢梁计算 易大锐 王晓亚（56）

600MW 机组发电机氢气纯度低的故障分析与处理 杜小军 尹 鲁（61）

CFB 锅炉两侧含氧量和排烟温度偏差大的分析与解决措施

张兴阳 姬慧强（64）

VM600 型 TSI 系统在 1000MW 机组上的应用及事故预控

张应果 肖光华 杨铁强等（68）

煤制油与煤化工

托普索甲醇合成技术的应用与实践 王剑锋（71）

煤直接液化项目污水处理零排放工艺中蒸发技术的应用

李 成 王立新 朱德汉等（74）

运 输

大准铁路轨道机械化维护集中修作业效率分析 王 军 李 桢（79）

内燃机车低恒速控制装置的研制及在选煤厂装车上的应用 张福忠（85）

节能减排

神华电力板块节能环保对标管理体系的建设 董 琨 崔立明 刘秋生等（88）

智能变频水处理器阻垢、除垢技术应用研究 李怀怡 汪金海（92）

科技动态

神华集团一项国家“十二五”科技支撑计划项目通过评审 （5）

神华集团召开国家科技支撑计划“盾构施工煤矿长距离斜井

关键技术研究与示范”启动会 （23）

神华一国家科技示范项目实施 （60）

神东煤炭集团公司实施的科技创新项目通过验收 （84）

神华一国家科技项目通过成果鉴定 （87）

ManagementHow to Handle the Equipment Quality Well on Major Project SONG Guijiang WANG Dachun（3）Exploration & Practice on EPC Over-all Contract Construction for the Sets of Circulating Fluidized Bed LIU Zhiqiang（6）Existing Problems and Countermeasures on Performance Management in State-owned Enterprise WANG Yuping GAO Xixin（9）Applied Research on Information Integration Technology of Power Generation Assembly

HE Ning MENG Wei WANG Xizhao，el（12）Analysis of Financial Management Mode of Small and Medium-sized Enterprises MA Yonghe（16）

CoalResearch on Structural Damage of Mining Overburden Rock of Oversized Fully Mechanized Coal Mining Face

ZHANG Jianmin LI Peng GAO Liang（20）Puking Handling on Holing Process of Fully Mechanized Coal Mining Face by Priming Technology

LIU Xiaoping SUN Yuming（24）Service Discussion on GPS Matching Elevation in Mapping Project ZHANG Zhibin XIAO Yong XIA Dinghu（27）Development on Wet-type Drilling of Pneumatic Handheld Junbolter LI Gang YANG Hongliang（30）The Application of Comprehensive Outfire and Fire Prevention Technology in Full-mechanized Caving and Recycle Mining Face

ZHOU Zhenshan（33）Wide-angle Downhill Mining on Fully Mechanized Coal Mining Face ZHANG Junying（36）Scheme on Coal Seam Water Injection of 1604 Working Face in Gongwusu Coal Mine LI Xiaochun（40）Construction Scheme Comparison on Transformation of 35kV Power Substation in Baijigou Coal Mine WANG Long（43）Engineering Practice on Remains of Fractured Roof of Fully Mechanized Coal Mining Face GAO Feng（46）Sound-light Warning Device on Low-water Display of Self-control High-level Water Tank ZHAI Yudong（49）

PowerExperimental Study on NOx Emission Performance of Coal Burning Boiler in Huaidong（after the Transformationof Low-nitrogen Burner） WANG Xingwu YANG Zhongcan YAO Wei（51）The Calculation of Hoisting Beam for 300MW Circulating Fluidized Bed Boiler Drum YI Darui WANG Xiaoya（56）Fault Analysis and Treatment for Hydrogen Purity Low of 600MW Unit Generator DU Xiaojun YIN Lu（61）Analysis and the Solutions of Oxygen and Flue Gas Temperature Deviation is Big in Both Sides of 690t/hCFB Boiler

ZHANG Xingyang JI Huiqiang（64）The Application and Accident Precontrol of VM600 Type TSI System on 1000MW Unit

ZHANG Yingguo XIAO Guanghua YANG Tieqiang，el（68）

Coal oil and Coal Chemical IndustryThe Application and Practice of Topsoe Methanol Synthesis Technology WANG Jianfeng（71）Application of Evaporation Technology in Sewage Treatment Zero Emission technology of Direct Coal Liquefaction Project

LI Cheng WANG Lixin ZHU Dehan，el（74）

TransportationEfficiency Analysis on Mechanized Maintenance of Dazhun Railway Track WANG Jun LI Zhen（79）The Development and Application of Combustion Engine Low Constant Speed Control Device Coal Preparation Plant Loading

ZHANG Fuzhong（85）

Engery-savingConstruction of Shenhua Electric Plate Energy-saving Environmental Benchmarking Management system

DONG Kun CUI Liming LIU Qiusheng，el（88）Research on Technology Application for Scale Inhibitor and Descaling of Intelligent Frequency Conversion Water Processor

LI Huaiyi WANG Jinhai（92）

Technology DynamicsA science and technology support program of Shenhua Group in“the Twelfth Five-year Plan”has passed the approval （5）Shenhua Group Company held launching meeting on national science and technology support program“Research & Demonstrationon Key Technology of Long-distance Slope in Shield Construction Coal Mine” （23）Shenhua — The Implement of National Science and Technology Demonstration Project （60）A technological innovation program of Shendong Coal Group has passed the inspectionl （84）Shenhua — National Science and Technology Projects Passed Achievement Assessment （87）

第 11 卷 第 4 期

VOL.11 NO.42013 年 7 月

July.2013

1 前言

黄骅港是神华煤炭装货港群中的核心港，也是

煤炭供应链物流网络系统中的重要节点，在我国煤

炭运销中起着及其重要且不可替代的作用。黄骅港

三期工程设计煤炭年吞吐量 5000 万 t，工程设计采

用筒仓储煤代替露天堆存的创新技术，使黄骅港三

期工程设备占地面积小、自动化程度高、环保性能

好、设备维护简单。三期工程设备虽然先进，但还需

要从以下几个方面把好质量关，才能把黄骅港三期

工程做成精品工程，同时给相关行业工程建设提供

借鉴经验。

2 设计阶段

黄骅港三期工程翻车机采用多功能“0”型四翻

式翻车机，每次可以翻卸 4 节铁路车厢，适应的铁路

单元列车为 C80、C70、C64 和 K80 四种类型列车，创

世界先例。料场采用筒仓储煤，筒仓底和翻车机漏斗

卸料装置，均采用活化给料机，卸料均匀、平稳，并且

可以随时平稳调整出料量。皮带机驱动采用无级变

频调速，在装船机司机室和中控室，操作员都能够根

据现场情况，调整皮带机和活化给料机的带速和流

量。码头装船采用臂架回转式和伸缩式装船机，能够

对码头南侧和北侧的 8 个泊位船舶进行装船作业，

从而节约岸线资源，提高设备利用率。

同时，要求设计单位和监理公司，对 A 阶段承包

方提供的设备图纸进行基础和荷载的审查，确保设

备预埋件的设计、选型满足合同要求，为土建工程提

供翻车机、皮带机、装船机以及机房等设备的荷载，

以利于土建工程的顺利开工。在 B 阶段要审查承包

方提供的所有设备的初步设计图纸资料，并检查图

纸资料里设备各个结构和功能是否能够满足业主提

出的要求。在 C 阶段对承包方提供的图纸资料、设备

详细部件进行审查。所有图纸审核过程中，需要改进

和优化等问题，要形成具有合同效应的会议纪要。

3 备件配套厂商选择过程

借助黄骅港煤码头一、二期设备运营和相关兄

弟港口设备管理使用的经验，对三期工程设备部件

厂商，要求其产品质量要过硬，其近几年在港口行业

有过良好的业绩基础，并且其生产规模能够满足黄

骅港三期工程的需求。一般按合同要求配套厂商，在

设备联络会 B 阶段，承包方就必须确定下来供业主

确认。如果设备部件配套厂商不早确定，很容易造成

工程整个工期的延误。最后为了赶工期，随便更换厂

商，无法保证设备部件的质量，还要压缩设备安装和

调试时间。因此，配套厂商要早确定，并把好质量关，

才能保证工程下一阶段工作的顺利开展。

4 监造过程

设备进入到加工制造阶段，业主监造人员要沉

下心来，对承包单位从板材的采购、预处理、下料加

工、组立、焊接、涂装等工艺要求，以及加工制造人员

操作证要进行审核，发现问题立即下整改通知书，并

全程跟踪承包方整改过程。

工程材料进场后，应按照相关国家规范及标准，

对各种型材、板材等进行钢材品种、规格、性能、尺寸

方面的检查，并做好检查记录。设备结构件切割部位

的切口应经过处理，不能有毛刺和尖角，确保平整光

滑。钢板组立完成后，应对相关焊口进行仔细打磨，

确保焊接质量。厂内联接全部采用焊接，主要构件的

焊接，采用自动焊接方式。全部钢结构焊接完成后，

浅谈如何把握好重点工程的设备质量关宋桂江 汪大春

（神华黄骅港务有限责任公司三期运营筹备组，河北 沧州，061113）

摘 要： 主要介绍了黄骅港煤三期工程的规模和设计理念，重点通过工程设备详细的几个阶段进

行把握和控制好设备质量关口，为将来生产运营做好设备保障工作。

关键词： 工程 设备 质量

中图分类号：U65 文献标识码：B 文章标号：1674-8492（2013）04-003-03

宋桂江等：浅谈如何把握好重点工程的设备质量关 第 4 期

应对每条焊缝按照相关标准进行检查，且应对棱边

进行倒圆角，以便于进行涂装。主要铸造件、焊接加

工件，在加工前进行消除应力的处理。各加工制造厂

内的涂装方案及工艺，需经监理及业主审核。

要求承包方对合同设备所采用的油漆、表面处

理、工厂和现场涂装，都应按标准进行检验。承包方

应提交完整的检验报告，以及油漆的质量保证书供

业主确认。型钢及板材进入工厂内，必须进行整体一

次喷丸或喷砂处理，并喷涂干膜厚度为 20μm 的无

机硅酸锌车间底漆。当所有钢结构件焊接完成后（需

预组装的钢结构可预组装完成拆卸后），应进行整体

二次喷砂处理，表面处理质量必须达到 Sa2 1/2 级。

现场补漆前，应对需要补漆的部位进行喷砂处

理，表面处理质量必须达到 Sa2 1/2 级。高强螺栓把

接面使用无机硅酸锌底漆，涂层抗滑移系数≥0.5。在

工厂必须严格按照涂装工艺，分层次。在规定的温度

和湿度下涂装，超出允许的温度和湿度，不能进行涂

装。焊接部件，要在 72h 以后才能进行涂装。钢材表

面温度高于 60℃时，不得进行涂装。涂装正式进行前

焊接件的焊缝、边缘、棱角等难以涂装部位应先进行

预涂。表面处理合格后，应在 4~6h 内涂第一道油漆

（涂层），超过这个时间，应对该表面进行第二次处

理。全部油漆都采用喷枪进行无气喷涂，并严格遵守

喷枪的操作规程。

漆膜厚度按照合同相关条款执行。对于封闭钢

结构中的焊缝及涂装，必须通知工厂监理及业主进

行检查及验收，才能进行下一步工序。预组装时应对

关键安装尺寸进行审核，并报送监理，作为现场安装

的依据。预组装完成后，应对设备进行包装处理。对

于减速机、电机、联轴节、液力耦合器、制动器、夹轨

器、逆止器等，应在设备到货时，通知监理及业主进

行入场检查。

要求监理公司要认真履行合同、遵守监理原则，

并派遣素质高、责任心强、业务过硬、工作经验丰富

的监理工程师进厂监造，熟悉设计审查阶段的图纸

资料和会议纪要，严格执行监理细则，认真把好设备

加工制造质量关口。

5 安装过程

安装计划和安装方案由承包方制定，并经业主

认可，设备安装需按国家工程开工程序进行。入场安

装施工前，需与承包方签署相应的管理协议，并要求

承包方将材料、设备部件、设备的合格证书、质量证

书、质量检验证书，进口设备原产地证明和海关报关

单等，分设备系统整理成册，验收时经监理工程师验

收合格后交给业主。要求承包方按月报验制度，自设

备安装开始，根据工程的进度，每月组织相关部门和

单位，对安装过程中的资料进行整理和审阅。每周按

期进行工程例会，要求监理单位、建设单位、施工单

位、设计单位参加。

在安装期间业主委托监理公司，对现场设备安

装过程中的安全、质量、进度，以及文明施工等进行

监督和检查。要求承包方选择具备机电设备安装一

级资质，有资质、有经验的安装公司对合同设备进行

安装。承包方应为每台机械、主要设备的主要结构、

机械和液压部件准备一份安装说明书。对于所有焊

接的方法、条件、工艺、设计、检验和检修，都应该符

合技术规格书所述标准。根据情况配备合格的焊接

工人，且工艺过程要符合要求。承包方要保存焊接

工、焊机操作者、焊缝检验仪操作者和全部工艺检

验，或其它所做试验的合格证书。这些证书要求用

来作证并提供给业主，监理工程师如认为焊接工作

没能达到设计总则所述标准要求，则有权出示证据

并拒绝之。

对于电气安装布线要合理，特别是动力线和控

制线严格分离。线号和颜色要标准，开关柜电器保护

值设置合理。主要设备经过检验以后方可出厂，所有

设备到达现场后，其运输、接卸、仓储、开箱检验等工

作，必须在监理单位的监督下，按照合同相关规定实

施。开箱检验合格后的设备，方可进入安装程序。安

装完成后，要求对全部安装工程应进行清理，包括对

液压系统回路进行清洗。安装前，对摩擦型的高强度

螺栓摩擦系数、连接板抗滑移系数，进行复验并提供

复验报告。

6 调试过程

在调试阶段，要对单机具有的各种功能和可能

发生的各项工况，进行单项和空载联动试车，发现异

常现象不能简单放过，从根本上查出原因，及时整

改。在彻底查清问题原因整改后再重新调试，直到每

次试车都不会有任何意外故障发生。

7 性能考核

在重载联动试车合格的基础上，应对每台机械，

4· ·

每个系统的生产能力进行性能考核。在性能考核时，对

翻车机、卸料小车、活化给料机，进行各种作业控制方

式检验，对装船机进行手动、半自动、机侧控制检验，

对带式输送机系统进行 3 种操作方式检验，即中央自

动控制、中央手动和机侧手动控制。

性能考核在时间和流程上，一定要做好充分的

准备，不但对所有流程都要考核单位时间的作业量，

而且整个流程满载通过能力和重载起动能力，也是

非常重要的考核内容。在这期间，充分检查皮带跑

偏、导料槽洒煤、驱动电机电流运行、减速机发热等

设备运行状态。发现任何影响安全和生产的问题，都

要立即停机整改。

通过以上几个工程建设阶段先进工艺设计和质

量控制等工作，相信黄骅港三期工程运营后，一定会

成为中国甚至世界港口的闪光点。

作者简介：宋桂江（1971-），硕士学位，教授级高级工程

师，1994 年毕业于鞍山钢铁学院工业自动化专业，现任神华黄骅

港务有限责任公司董事会监事、生产三部经理、武汉理工大学兼

职教授。

本刊讯 6月 13日，中国有色金属工业协会与中国煤炭工业协会一同在京组织召开了“高铝粉煤灰提取氧化

铝关键技术研究及其工业化中试装置开发技术成果鉴定会”，与会专家在认真听取项目汇报和质询交流后，认为技

术研发取得了自主创新成果，已建成年产 4000 吨氧化铝的工业试验线，开辟了国内外首创的高硅铝资源生产氧化

铝的新途径，一致同意项目通过科技成果鉴定，并建议开展工业化建设。

为了最大限度地利用煤炭伴生资源，解决长期困扰我国的粉煤灰非铝土矿资源开发技术瓶颈，2004年开始，集

团公司依托准格尔煤田“高铝、富镓”特色煤炭资源，联合多家高校和研究机构，全力开展粉煤灰提取氧化铝的研发

工作。经过 9 年的发展，攻克了多项难关，探索出了全新的工艺路线。2010年，神华集团公司规划了以粉煤灰提取氧

化铝为核心的“神华准格尔矿区煤炭伴生资源循环经济产业项目”。2011年 6月，该项目也被国家科技部列为“十二

五”科技支撑计划项目。目前，该装置已具备长期稳定运转的能力，最长连续运行时间达 156天。

（神华集团科技发展部供稿）

科技动态

神华集团一项国家“十二五”科技支撑计划项目通过评审

How to Handle the Equipment Quality Well on Major ProjectSONG Guijiang WANG Dachun

（Operation & Preparatory Group of Third Stage in Shenhua Huanghua Harbour Administration Co.,Ltd，Cangzhou, Hebei, 061113）Abstract: This paper mainly introduces the scope and design philosophy of the third stage project for mining in Huanghua Harbour. And it

also emphasizes on how to handle and control the equipment quality through several stages of engineering equipment in particular, which can

set good stage for equipment guarantee in further manufacturing.

KeyWords: Project; Equipment; Quality

（收稿日期：2011-10-17 责任编辑：杨 静）

第 4 期 5· ·

目前，采用 EPC 总承包项目管理是国际先进的

项目管理模式。由于国内实施 EPC 总承包管理的时

间还比较短，范围不够广泛，经验相对不足，导致采

用 EPC 模式建设的工程质量较差，建设过程管理难

度大，达不到设计和预期的效果。循环流化床锅炉机

组以其特有的优势，近年来在我国得到了迅速发展。

但由于循环流化床锅炉是新生事物，通过后期运行

发现，可靠性远不如煤粉炉机组。究其原因是没有对

影响机组可靠性的主要环节，进行深入的研究和严

格把关。针对这些问题，神东电力公司上湾热电厂利

用 2×150MW 机组项目，采用 EPC建设模式，进行了

积极的探索。在项目的调研、设计、设备选型、建设、

调试等方面，开展深入的研究，取得了显著成效。

1 树立精品理念

目标明确，方向才能统一，措施才能有力，一个发

电示范工程的建设，首先必须在项目前期就树立精品

理念。上湾热电厂 2×150MW工程，是一项地企合作

保障亿吨级神东矿区生产，提高居民生活质量的温暖

工程；是神华集团积极响应国家节能减排政策，利用

煤矸石、煤泥和井下水发电的资源综合利用示范工

程。基于该项目所承载的重任，以及循环流化床机组

存在的高故障率、低可靠性的难题，项目部提前策划，

精心组织，明确提出将上湾热电厂建设成为“三高一

示范”项目。即高标准、高质量、高可靠性和煤矿坑口

型资源综合利用示范工程，并对项目前期准备进行了

高标准策划，要求设计、参建、监理单位选择行业内一

流的企业，主辅设备选择国内一流厂家，开工前又提

出了夺取“草原杯”，建成“金钥匙”精品工程的目标。

组织项目管理人员、各参建单位，到国内一流电厂调

研，召开精品工程建设专题培训会，开展精品工程建

设相关活动，促使精品理念贯穿于项目建设的全员、

全方位、全过程，植根于每位参建者的心中。

2 优化设计方案

项目设计方案是关系到机组投产后创精品工程

的首要环节，设计的合理优化，更是对设备经济稳定

运行起到重要作用。项目部通过加强开工前的技术

准备工作，严格技术文件的内外部评审，对主机形

式、主机参数、最低性能要求、EPC 总承包技术规范

书、初步设计原则等相关问题进行重点评审，确定了

最优的项目设计方案。结合到国内一流电厂的考察

调研成果和老厂运行实践，及时将优化方案和“四新

技术”应用到工程设计和安装中。如：采用整体连续

可调井字梁基础新型专利技术，建成了国内首条直

接穿越煤矿采空区 12km 的双回 220kV 线路；采用先

进的主辅一体化 DCS 控制系统，避免了 DCS 系统与

多种硬件设备接口不统一、备品备件多、人员操作复

杂等一系列问题；采用变频技术控制机组主要动力

设备，全厂厂用电率控制到 8.3%以内，比同类型机组

降低了 3%左右。在空冷岛面积设计、疏水泵水位采

用变频器控制设计、开式和闭式水改进设计等方面，

均进行了优化并应用。

3 规范管理机制

国内采用 EPC 模式建设的工程在具体实施过程

循环流化床机组EPC总承包建设的探索与实践刘志强

（神华国能（神东电力）集团公司，北京，100033）

摘 要： 国内 EPC 总承包项目建设模式和循环流化床锅炉技术的发展时间都比较短，经验相对不

足，导致项目建成后达不到设计和预期的效果。神华神东电力公司上湾热电厂，对采用 EPC 建设模式

的 2伊150MWCFB 项目进行了积极的探索，开展了深入的研究，取得了显著成效。两次创造出国内生

产新纪录，验证了 EPC 总承包管理模式的先进性，证明了 CFB 机组可以做到和煤粉炉一样可靠，也

改变了行业内普遍认为 CFB 机组可靠性差的认识。

关键词： EPC 总承包 循环流化床 管理

中图分类号：YU7 文献标识码：B 文章编号：1674-8492（2013）04-006-03

第 11 卷 第 4 期

VOL.11 NO.42013 年 7 月

July.2013

中，往往存在项目管理制度和流程不规范、施工方案

和验收文件不完善、质量监督不到位等方面的诸多

问题，导致工程过程管理难度大、建设质量较差、达

不到设计和预期的效果。电厂 EPC 项目建设是非常

系统化的工程，它包括调研、设计、设备选型、施工、

调试等各个环节，究其原因是这些项目未按照 EPC

模式构建出合理科学的管控体系。

项目部深入已投运和在建的同类型电厂进行实

地调研，了解其他项目在设计、施工、运行过程中出

现的问题及解决方案，进一步规范完善项目管理制

度、设计技术标准，明确规定了主要参建单位和项目

部的职责，建立健全了有效的管控流程。集中所有的

问题在 EPC 总承包合同里体现，用合同来约束总承

包商。通过不断优化 EPC 总承包管理模式，提高业主

在项目设计、建设过程中的作用和控制能力。如：抽

调老厂技术管理骨干和设计院、电建单位等组成技

术管理组，对工程实施各阶段的管理工作程序进行

明确规定，制定 14 个精品工程实施细则，从质量目

标、责任划分、重点难点的对应措施、奖罚办法等各

方面做了详细的规定。编写 EPC 合同和技术规范书

时，不仅对设备厂家短名单、进口件做了技术要求，

而且对易出现问题的零部件进行了特殊要求，细化

到风轮选用类型、导流板材质要求等均编入技术规

范书，并聘请多位外部专家进行严格审核把关，编制

形成了 30 多万字的 EPC 合同文件。

4 严把设备质量关

4.1 前期准备要充分

设备选型及质量的好坏，将直接影响机组运行

的可靠性，项目部利用近一年时间精心准备，通过行

业网站、电话咨询、周边电厂、设计院专家等，多渠道

了解国内各类设备厂家情况，找出同类机组主辅机

存在的各类问题，并带着问题到 15 家同类机组的电

厂进行实地考察。在此基础上，确定了主辅机设备 31

类、几百台设备的推荐单位，按照“等可靠性”原则，

对三大主机及主要辅机合同和技术规范书内容进行

细化完善。

4.2 合同执行要严谨

项目部全过程参与总承包的设备采购工作，要

求专业技术员熟悉合同及技术规范书，并严把设备

材料质量关。如：主要辅机空冷岛设备采购时，总承

包方为降低造价，选较大的管束迎面风速计算空冷

凝汽器冷却面积，减少空冷面积，将导致每台电机耗

功增加 22KW。厂用电增加，空冷管束寿命减短，环境

噪音增大，真空下降，机组经济性降低。项目部查阅

大量数据资料，与多家设计院空冷专家沟通达成一

致意见，并根据合同与总承包商进行交涉，直到方案

修改符合要求，仅风机电耗一项，两台机组、32 台风

机全年减少运行成本约 100 万元。

4.3 设备到货要认真验收

项目部依据设备技术规范书，组织编写验收明

细，逐一核对，明确管理流程，严把设计设备的到货

质量。如：钢管型号材质不符合要求，布袋除尘器部

分钢结构负偏差超标，斗提机外壳钢板壁厚比技术

规范书要求薄 3mm，暖风器厂家未按要求供货，闭式

冷却水泵出力不符合技术规范等问题，及时发现并

反馈厂家限期整改。

4.4 备品备件管理要创新

按传统管理模式，常规备品备件均由施工单位

保管，等安装完毕后一次性交给业主，这样容易造成

丢失和损坏。而上湾热电厂备品备件开箱验收后，立

即将随机备品备件、专用工具移交项目部，办理交接

手续，制定了《备品备件管理办法》。对备件回收、管

理、保养及领用等，均作了详尽要求，避免了备件的

丢失和损坏。

5 严把工程质量关

5.1 严把安装质量关

设备安装质量是影响机组能否长周期运转的重

要因素，安装质量不高将给安全运行埋下隐患，有些

设备一旦安装失误甚至无法补救。工程开工前，项目

部组织编写了《安装工程创精品实施细则》、《重要节

点和隐蔽工程见证点实施细则》等规范文件，内容涉

及锅炉水冷壁安装、锅炉浇注料施工等 14 个重要方

面。锅炉磨损泄漏是循环流化床锅炉的运行难题，这

就对焊接安装、防磨安装等关键环节要求极高。项目

部组织成立了锅炉焊接专业小组，编制了《焊接施工

方案》，制定专项施工保证措施，对焊前预热、升温速

度、降温速度、热处理温度进行严格控制、专人盯防。

类似在防磨内衬、保温、排灰渣等关键环节，均采取

以上措施，确保了 #1、#2 机组焊接一次合格率，分别

达到 99.75%和 99.52%。

5.2 严把监督验收关

在项目施工中，项目部严格按照《施工验收规

刘志强：循环流化床机组 EPC 总承包建设的探索与实践第 4 期 7· ·

范》、《二十五项重点要求》等规范文件监督施工，充分

发挥“小业主，大监理”模式，要求监理单位加强现场

管理，严格执行“三措”。针对锅炉受热面、膨胀节等重

点部位，成立专项监督小组，实施停工待检，强化施工

过程质量监控，对施工质量执行全过程、全方位严格

控制。坚持“计划、执行、检查、处理”的 PDCA 监督管

理模式，现场见证，不断改进过程控制，严格控制质

量，避免返工，合理均衡了“时间、质量、费用”3 个目

标。如：对环境温度敏感的合金钢管焊接、热处理和检

验时实行全过程跟踪旁站，只要具备条件立即进行检

验；将钢管焊口渗油试验“嫁接”过来，代替常规风压

试验进行锅炉密封检查；编制了《项目安全文明施工

手册》，加强施工期间的安全生产管理，成立了由参建

各方组成的安全文明施工督查小分队，严格检查，奖

优罚劣，保障了项目建设的安全高效。

6 确保精细化调试

设备启动调试是基建与生产衔接的重要阶段，

也是对设备、设计和施工等环节的全面考核。项目部

坚持“精细化、深度化、品质化”的调试原则，从设备

单体、系统分部调试开始就严格把关。组织各参建单

位对各专业所有保护定值、逻辑进行审核并实施，对

试运前的所有设备和系统进行技术方案审查，对每

台设备的参数进行试验和优化，并由项目部组织监

理、调试、总包和施工单位现场检查、签字确认。提前

从高校吸纳储备大量人才，送到已投产的兄弟单位

进行实践锻炼，在项目调试前全部抽回，要求调试中

所有的操作主要由我方人员进行，显著增强了技术

人员的实践操作能力。同时发动全员查找设备设计

和安装所遗留的缺陷和工程问题，制定了专项激励

机制，共查出 1# 机组缺陷 5000 多条、#2 机组缺陷

1500 多条。对查出的问题限期整改落实，有效控制和

提高了调试质量。2 台机组启动后，机组主保护投入

率 100%，自动投入率都在 95%以上，均顺利完成了

96h 试运行，首次开机均连续运行 90 天以上，达到国

内同类型机组的领先水平。

7 结术语

上湾热电厂项目竣工后，获得了中国电力行业

优质工程奖，其采用的整体连续可调井字梁基础技

术，获中国施工企业管理协会技术创新成果二等奖、

中国电力建设科学技术成果一等奖，#1、#2 机组分别

连续稳定运行 351、377 天，两次刷新并保持全国同

等级燃烧劣质煤循环流化床机组的连续运行纪录。

通过近几年的运行实践，证明了 EPC 总承包发电工

程，只要在项目的调研、设计、设备选型、建设和调试

等方面，管理得当就能够建成精品工程，验证了 CFB

机组可以做到和煤粉炉一样可靠，改变了行业内普

遍认为 CFB 机组可靠性差的认识，为同类型机组工

程提供了管理典范，也将为今后 EPC 总承包模式和

循环流化床锅炉，在我国的进一步发展应用，起到积

极的推动作用。

作者简介：刘志强（1965-），工学硕士，高级工程师，现供职于神

华国能（神东电力）集团公司，从事发电企业（厂）生产、技术管理工作。

Exploration & Practice on EPC Over-all Contract Construction for theSets of Circulating Fluidized Bed

LIU Zhiqiang（Shenhua Guoneng Energy（Shendong Electric Power）Group Co., Ltd., Beijing，100033）

Abstract: The short development time and insufficient experience of EPC over-all contract construction and circulating fluidized bed boiler

technology result in the fail of desired effect and design after completion. Shangwan Thermoelectric Plant of Shenhua Shendong Electric Power

Co. makes a positive exploration and an in-depth study on 2×150MWCFB adopted EPC construction mode with notable effect. It sets new

records twice at home which checks the advancement of EPC over-all contract and proves CFB sets' liability（just as same as coal-powder

boiler）. Besides, the weak reliability of CFB sets that widely believed by industry has been changed.

Key Words: EPC Over-all Contract Construction; Circulating Fluidized Bed; Management

（收稿日期：2012-10-10 责任编辑：杨 静）

第 4 期8· ·

1 引言

绩效管理不仅仅是一种管理工具，也是企业战

略目标实现的重要手段。通过有效的目标分解和逐

步逐层的落实，帮助企业实现预定的战略目标。理顺

管理流程，规范管理手段，提升各级人员管理水平和

自我管理能力。

绩效管理作为提高企业和员工绩效的重要工

具，在人力资源管理中显得越来越重要。但现实中，

许多企业绩效管理都成了“走过场”，存在为了考核

而考核，完全脱离实际进行考核，误认为绩效管理就

是绩效考核，个人回报不能与绩效挂钩。或者只把绩

效考核作为一种奖惩手段，缺乏科学的绩效管理指

标体系，缺乏对考核评价人员的系统培训等问题。从

而没有发挥出绩效管理的作用，甚至成为管理工作

的一项负担，使其走向了对立面。因此，对我国国有

企业的绩效管理工作进行分析，提出对策并建立科

学的考核体系，是不仅可行而且是很有必要的。

2 绩效考核的基本定义及作用

绩效管理也称成绩或成果测评，绩效管理是企

业为了实现生产经营目的，运用特定的标准和指标，

采取科学的方法，对承担生产经营过程及结果的各

级管理人员，完成指定任务的工作实绩和由此带来

的诸多效果，做出价值判断的过程。企业在制定发展

规划、战略目标时，为了更好地完成这个目标，需要

把目标分阶段分解到各部门，最终落实到每一位员

工身上，也就是说每个人都有任务。绩效管理就是对

企业人员完成目标情况的一个跟踪、记录、考评。注

意绩效考核的时效关系，绩效管理是对被考核主体

过去进行评价，并对其将来产生影响。

绩效管理的作用体现在：①没有绩效评价，就无

法做出最佳人力资源管理与开发决策。绩效评价可

以使管理者及其下属制定计划，纠正任何可识别的

工作失误。②绩效评价提供的资料，可以作为提升职

务、工资晋级，以及进一步培训提高的依据，这是绩

效评价最常见的作用。③绩效评价使管理者及其下

属有机会坐下来，考察一下下属的工作行为。实际

上，大多数人都需要并希望了解其他人对自己工作

情况的评价，特别是当这种评价对自己有益处时更

是如此，而绩效评价提供了这种反馈。

3 绩效管理存在的问题

尽管在企业管理中，绩效管理可以起到很多作

用，但是在人力资源管理工作中，绩效管理往往因种

种原因而很难真正起到应有的作用。如绩效评价须

适合很多目的，从评价成效到评定一位管理者的效

能，评价培训的能力，以至做出奖励决定。同时，绩效

本身就是一种很难的测量工作，因为有很多因素，包

括环境、组织、个人因素等等，都会影响绩效。越来越

多的实践表明，绩效管理存在着其自身无法克服的

局限和不足。

3.1 为了考核而考核

绩效管理的核心价值，在于通过系统的方法、

原理来评定和测量员工在职务上的工作行为和工

作效果，改善工作表现，在实现企业经营目标的同

时，提高员工的满意程度和未来成就感，最终达到

企业和个人发展的双赢。但在现实中，一些国有企

业的领导人特别是高层领导，除对以“选拔”干部

为目的的考核较为重视以外，对工作中员工的绩效

考核和能力考核并不重视，完全把考核当作差事来

应付完成。

国有企业绩效管理存在的问题及对策王玉萍 高希新

（神华宁夏煤业集团公司人力资源部，宁夏 银川，750011）

摘 要： 绩效管理一直作为企业管理的重点而被人们所重视，但目前绩效管理仍存在一些问题。本

文在对目前绩效管理存在的问题进行阐述的基础上，对绩效管理提出相应的改进措施。

关键词： 国有企业 绩效管理 问题 对策

中图分类号：F27 文献标识码：B 文章编号：1674-8492（2013）04-009-03

第 11 卷 第 4 期

VOL.11 NO.42013 年 7 月

July.2013

3.2 误认为绩效考核就是绩效管理，没有建立相应

的过程控制和督导体系

一个完整的绩效管理体系包含设定绩效目标，

记录员工的绩效表现，期中绩效考评、绩效考核结果

的合理运用等内容。绩效考核只是绩效管理系统计

划、执行、考核、反馈 4 个环节中的一环。如果单纯依

赖定期的、既成的绩效考核，而忽略对工作过程的控

制和督导，只关注结果而不问过程，这样的结果也是

没有意义的。

3.3 考核中的公平性难以保证

从 20 世纪 60 年代中期开始，学术界开始重视组

织内部的公正性问题。研究表明，绩效考核结果的公

正性很难得到保证。①绩效考核没有唯一科学的标

准。管理人员的价值观决定了考核评估的内容，按什

么标准进行评估，不同的人有不同的标准。很多时候

评估意图才是影响评估准确性的更重要的原因。②评

估者的能力有限，评估结果可能会有所偏颇。③员工

往往有偏袒自我的倾向，他们往往高估自己的投入而

低估他人的投入，当取得好的工作业绩时，员工更倾向

于认为这是自己努力的结果；当工作业绩不理想时，

员工往往寻找各种外部因素为自己解脱。

3.4 考核与被考核者缺乏沟通

把太多的时间浪费在绩效评估上，而不是花在

绩效计划或持续不断的绩效交流上。必须重视沟通

在整个绩效管理过程中的重要性，沟通应当贯穿整

个绩效管理的过程。考核实施操作过程中的关键问

题是，考核者与被考核者之间的沟通与互动问题。如

果一个部门领导在帮助员工制订个人工作目标的时

候，不与员工进行充分沟通，过程中没有引导与协

助，最后的考核结果没有在与员工充分沟通的基础

上提出工作改进点，那么最后的考核结果肯定是失

效的，就不会起到绩效改进的作用。部分考核数据的

失效是由于这一问题而产生的，考评周期期初、期中

和期末，考核者与被考核者，也要进行深入的绩效沟

通，确认绩效目标和衡量标准，传递和反馈绩效信

息，以实现既定目标和不断地改进提高。

4 国有企业绩效考核的解决对策

4.1 科学地进行工作分析

因为不同的企业中存在不同类型的工作岗位，

为了使考核结果更具客观性、可量化，在考核前需要

明确各岗位的具体工作职责，了解该岗位需要什么

样的知识、技能和能力，需要什么样的工作态度；为

完成企业整体目标，需要该岗位达到的具体目标或

指标；需要把岗位划分为不同的类型，便于在编制绩

效考核表时有的放矢，不走过场，设计出适合具体岗

位的绩效考核目标和指标。而这一切的工作，都依赖

于对该岗位进行科学的工作分析。员工考核工作，能

够为管理人员开展其他业务工作提供决策信息，是

指导人力资源管理者做好其他业务工作的基础。因

此，国有企业绩效考核问题的主要对策是，建立科

学合理的绩效考核指标体系。明确的绩效考核指

标，是完成绩效考核的关键因数。绩效考核指标的

建立需要：①结合公司战略定位，确定公司级的考核

指标。②根据公司主要业务流程、部门职能、关键岗位

职责，将公司战略目标分解到各部门，明确部门绩效

目标。③根据工作分析结果，建立各岗位的考核指标

体系。神宁煤业集团太西洗煤厂（以下简称太西洗煤

厂）经过十几年不断的探索，已建立了厂对车间、车间

对班组、班组对岗位的“五型企业”绩效考核管理体

系，达到了“工作有标准，奖惩有依据，考核无盲区，管

理全覆盖”的目的，使个人业绩促进组织业绩。另外，

该厂运输队在全员绩效考核工作中，结合实际情况，

把油料消耗、修理费作为绩效考核的突破口，建立了

单车考核台账，并把单车运输量与油料消耗、修理费

结合起来进行绩效考核，考核结果与工资奖金挂钩。

通过绩效考核，充分调动了运输队司机的工作积极

性，达到了个人业绩促进组织业绩的目的。

4.2 考核人员各方所占的权重要恰当

主管权重应该最大，同时由于员工可以观察到

上司无法观察到的某些方面，下属直接了解其实际

工作情况、领导风格、组织协调能力等，自我评价可

以减少员工对考核的抵触情绪，所以考核中还要适

当关注同事、下属及员工自我的评价。考核还要求关

注来自客户的评价，但不占权重。同时在考核中还要

注意考核要准确，一方面是指方法要准确，评分方法

在设计考核指标时就要设定明确，能量化的尽量量

化，不能量化的就采取比值等，应尽量少用主观打分

（控制在 20 分以下）；另一方面指收集的考核信息要

准确。信息收集的准确与否是考核有效的关键，当然

也应注意管理者来自工作实践的一听二看三感觉。

结合实际工作情况制定考核制度，让员工们实实在

在地感受到，贡献的大小与自身利益密切相关，不再

是一句抽象的说教，而是真正地影响着员工。在太西

王玉萍等：国有企业绩效管理存在的问题及对策 第 4 期10· ·

洗煤厂热力车间，设置考核标准将员工的行为与工

分挂钩，日清日毕日考核，考核结果全部上墙公开，

员工的工资也由“死”变“活”了。“工分制”的考核模

式让员工们更有“盼头”、更有“干头”，也更有“奔头”

了。对车间党政负责人的考核，严格按照“一岗双责”

的要求，依据岗位职责不同进行权重差异划分，形成

了考核内容统一、考核标准权重不同、考核指标提取

明确。

4.3 加强绩效考核者的业务和职业道德素质培训，

确保评价的公正性、有效性

绩效考核能否有效执行，还有赖于考核者的综

合素质。如：思想是否端正，为人是否正派，处理事情

是否公正，原则性是否坚定，素质是否过硬，所以在

选择考核人之后，要对其进行培训，这是提高考核科

学性的重要手段。可以考虑用模拟考核的方式，从考

核过程的实际操作，对考核人的技能及思想素质等

方面进行全方位的培训。通过培训，可以减少考核者

因晕轮效应、宽严倾向和集中倾向等所引起的考核

误差，让考核者正确了解考核项目的意义和评价标

准，掌握常用的考核方法；通过培训，还让考核者了

解在绩效考核过程中容易出现的问题、可能带来的

后果，以避免这些问题的发生。太西洗煤厂基层车间

在设计全员绩效考核过程中，把资源节约型考核与

修旧利废结合起来，科技创新型与小改小改结合起

来。制定了修旧利废、小改小革考核“加分”标准，解

决了全员绩效管理一味强调“扣分”考核的难题，形

成了考核的“正激励”。通过绩效考核，员工利用生产

间隙，大力开展修旧利废工作，对废旧筛板、滤布及

托辊等材料配件进行修理，做到重复利用，节约了材

料费用，降低了生产成本。

4.4 强化员工沟通，建立绩效沟通机制

在整个绩效管理过程中，沟通是贯穿始终的，特

别是在绩效考评阶段。无论设计多么完美的考核制

度，都无法顺利推行于缺少沟通的团队。考核前的沟

通，有助于考核者与被考核者明确、统一应该达到的

绩效目标；考核中的沟通，有助于信息的不断完善和

更正，确保考核的准确性；考核后的沟通，有助于考

核结果的反馈和应用，倾听被考核者的申诉，可以了

解被考核者自己存在的问题及需要寻求的帮助。为

了达到“改进促进绩效”的目的，太西洗煤厂建立了

绩效结果反馈面谈制及绩效申述机制，搭建了“时时

沟通”和“双向沟通”平台。通过绩效结果反馈面谈制

和绩效申述机制，可以进一步查找管理短板，分析存

在原因，消除因绩效考核造成的误会，增强了交流与

协作。

4.5 全员绩效管理体系建立以后，如果没有浓厚的

绩效管理文化氛围，全员绩效管理体系也是空中楼阁

在全员绩效管理项目试点工作中，要利用各种

形式，加强宣传，广泛引导，建立浓厚的绩效考核管

理文化氛围，形成了以追求优异业绩、持续改进为核

心价值观的企业文化。

作者简介：王玉萍（1965-），高级经济师，1983 年毕业于石嘴

山师范，1993年毕业于北京煤炭管理干部学院劳动人事专业，1996

年毕业于中央党校经济管理专业，现任神华宁夏煤业集团公司人力资

源部高级主办。

Existing Problems and Countermeasures on Performance Managementin State-owned Enterprise

WANG Yuping GAO Xixin（Human Resource Department of Shenhua Ningxia Coal Industry Group Company, Yinchuan, Ningxia, 750011）

Abstract: As a key point of enterprise management, performance management attracts people's eyeballs. At present, there are also several

problems in it. This paper raises the corresponding improvement approach based on elaboration of the existing problems.

KeyWords: State-owned Enterprise; Performance Management; Problems; Countermeasures

（收稿日期：2012-10-25 责任编辑：杨 静）

第 4 期 11· ·

目前，国华公司在下属各电厂层面的主要生产

信息系统有：设备管理信息系统（BFS++ 系统）、电厂

实时数据库系统（PI 系统）、点检系统、供应链系统

（SCM 系统）、检修管理平台、可靠性系统、图档系统、

技术监督等系统。通过信息系统的建设和应用，不仅

提高了相关业务的管理水平，规范了管理流程，而且

大大地提高了工作效率，降低了成本，进而提升了企

业的核心竞争能力。

随着系统深入的应用，发现设备信息分散在不

同系统中，日常生产人员对设备的分析，要到不同的

系统中进行数据查找。信息之间的整合和关联程度

不高，不便于生产人员对数据的综合分析和规律性

问题的查找等。

基于以上问题，策划建设了国华电力设备数据

库。项目以单体设备为中心，整合集成各业务系统设

备相关数据，使设备管理人员在系统中直观便捷地

查看设备当前运行参数、历史台账等全方位设备信

息，并可以查看其他电厂同类型设备相关信息及公

司内外的故障信息，获取国华电力研究院专家团队

的诊断分析建议，从而系统地掌握设备健康状况。

同时，系统可以帮助研究院专家及时、透明地获

取各电厂设备相关信息，对同类型设备进行对比分

析，找出共性问题，形成诊断分析结果，为现场提供

更为高效的技术支持，实现设备的远程诊断。

1 建设意义

（1）项目的开展为设备状态检修提供了数据支持

平台，系统的实施将设备数据处理标准化、结构化 ，

不断地将设备基础数据、过程数据、维修数据、经验

数据知识化，可视化，借助信息化平台不断积累、不

断丰富、不断分析。通过生产人员的监测、分析和诊

断，实现设备状态可知、可控。

（2）通过系统的实施，发挥设备集约分析管理的

优势，总部专家团队可以对公司内的多台发电机组，

进行远程状态评估、分析及评价、诊断对机组故障的

远程分析、诊断，提出解决对策。可以达到对机组设

备状况的全面掌握，预先或及时发现机组运行中存

在的问题，借助开发研制的各种专家诊断系统或通

过专家会诊的方式，提出解决问题的对策，达到远程

诊断的目的。

（3）通过系统的实施，将设备人员个人手中管理

的设备数据，在系统中形成标准化的维护模板，进行

记录并永久保存，设备人员日常工作痕迹和经验可

以不断积淀在系统中，形成财富。避免了由于人员的

流动造成资料的流失，形成了完整的设备历史台账。

（4）通过系统的实施，将形成设备知识共享平台，

有利于提高设备人员技能。整合各电厂同类型设备

的状态分析、故障分析、维修、安全等信息，形成设备

知识及经验的共享平台。通过知识的积累，可以培育

出分析工程师或较高层次的点检员。

（5）设备故障信息的共享，有利于同类型设备的风

险预控。利用平台管理同类型设备故障信息、分析报告，

点检人员借鉴并执行预控措施，达到风险预控的目的。

2 建设思路

（1）集成某一单体设备数据，实现同类型设备信

发电设备信息整合集成技术应用研究何 宁 孟 炜 王曦钊 王德军

（神华国华（北京）电力研究院有限公司信息管理中心，北京，100069）

摘 要： 介绍了神华国华电力分公司（以下简称“国华公司”）以单体设备为中心进行信息整合，建

立国华电力设备数据库，发挥设备集约分析管理的优势。项目以生产信息整合集成为切入点，以设备

信息电厂间横向共享，支持远程诊断分析为建设思路，项目通过对设备全寿命期内数据整合集成，实

现设备数据相互调用、共享和诊断分析功能，促进生产业务与信息工具的融合，进一步提高公司数字

化、信息化、可视化水平。

关键词： 发电 设备信息 整合 集成

中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1674-8492（2013）04-012-04

第 11 卷 第 4 期

VOL.11 NO.42013 年 7 月

July.2013

息及知识经验的电厂间横向交流共享，实现信息系

统集成，打通信息孤岛（实现同类型设备故障信息、

处理经验、预控措施、检修过程信息、风险预控措施、

隔离措施等信息的共享，实现在同等运行工况条件

下，同类型设备指标参数的横向比较分析）。

（2）集成某类设备数据，实现国华公司、研究院

和电厂纵向贯通的设备数据库。

（3）系统设计 3 个层次的结构。①设备数据库

入口导航。②针对国华公司同类设备的集合比较。

③围绕设备精细化管理，做实设备基础数据。在不

同层面支持设备现场分析和远程专家分析，提升设

备管理的科学性。

3 系统架构设计

3.1 业务架构设计

3.1.1 设备整合原则

（1）以单体设备为中心。

（2）整合集成设备寿命期内全方位信息，形成设

备完整历史台账。

（3）设备信息的标准化、知识化、可视化。

3.1.2 设备信息范围

（1）设备基础信息。包括：设备台账、设计参数、

设备故障库、图档信息、标准信息等。

（2）设备运行信息。包括：运行实时数据、启停信

息、特征量报警信息、技术监督指标、可靠性指标、节

能环保指标等。

（3）设备维修信息。包括：检修履历信息、缺陷信

息、设备故障信息、点检报告等。

（4）共享同类型设备故障信息和检修过程信息。

设备范围：电厂主机及重要辅机设备，含 A 类全

部设备、部分 B类设备

3.2 系统技术架构

3.2.1 系统技术架构综述

根据业务架构需求设计情况，系统采用分层的

模块化结构设计，使用灵活性、可操作性、可移植性

和可扩展性强的网站框架。将设备实时运行数据、设

备检修历史数据、图档资料及技术交流论坛、用户授

权等各种数据资源、文档资源，集成到一个信息管理

平台上，并以统一的用户界面提供给用户，使存储在

企业内部和外部的各种信息资源，直观方便地展

现给用户。

系统数据库采用成熟的、高性价比的 SQL Server

2008 作为数据库平台，利用 ETL 工具，按定时触发机

制，将分散在各电厂的关系型设备信息进行抽取，形

成公司级设备主题数据库。同时，利用商务智能工

具，进行设备信息的组织和展现，满足不同用户对信

息不同角度的分析。

系统建立集中实时数据库（OSI PI 实时数据库），

将各电厂现有的实时数据库中数据，进行实时同步

和存储，利用 SVG 技术，实现对设备实时数据的趋势

组态展现功能。

系统总体架构图如图 1 所示：

3.2.2 系统设计原则

（1）稳定性。基于 SOA 松耦合架构体系，来降低

各业务模块之间的耦合程度，降低运行风险。整个系

统关键运行节点，均加入自动监控和日志跟踪，系统

故障自动预警通知。基于系统应用程序、数据库两个

级别的定期全备和实时增备进行备份。

（2）安全性。基于防火墙的点对点、端对端的设

备互访授权模式，保证相应硬件设备系统安全；基于

功能级、操作级和数据级授权的集成身份认证方式，

保证应用级系统安全。

（3）兼容性。所有前端页面均兼容主流浏览器；

所有前端报表组件和图表组件兼容主流浏览器、PC

和主流移动客户端。

（4）可维护性。系统采用模块化的结构设计，严

格按照内聚原则对功能模块进行拆分，模块和控件

级高可重用性；系统所有的设备信息提供后台维护

修改功能，方便用户对信息的维护。

3.2.3 系统主要应用技术

系统采用的主要技术，包括数据仓库技术、商务

智能技术、内容管理技术、实时数据技术、网站框架

图 1 系统总体架构图

设备管理系统ETL

数据仓库

商务智能技术

内容发布

内容管理数据库

内容管理

文档、手工录入

技术监督系统

ETL

PltoPl数据抽取电厂数据源

PI 实时数据库集中 Pl 数据库

数据存储

趋势分析

SVG技术

数据展示（网站框架）

报表展示

统计分析

文档共享

何 宁等：发电设备信息整合集成技术应用研究第 4 期 13· ·

技术。

（1）数据仓库是一个面向主题的、集成的、不可

更新的、随时间不断变化的数据集合，它用于支持企

业或组织的决策分析处理。通过对多个异构的数据

源有效集成，并按照主题进行重组，利用数据的多维

分析和数据挖掘技术，供用户做出改善其业务经营

的决策[1]。项目建立以设备为中心的数据仓库，通过

ETL（Extraction-Transformation-Loading、数据提取、转

换和加载）工具，完成与电厂级关系型数据信息系统

的接口工作。包括数据的抽取、清洗、转化、存储，并

利用数据源修改标记字段，定期回读数据源变更数

据，保证数据的一致性。

（2）商业智能（Business Intelligence）是一种解决

方案，它基于数据仓库提取数据、进行分析、挖掘，从

中提取出业务人员可以理解的信息，并把这些信息

展现给业务人员辅助决策。系统利用商务智能技术，

实现设备信息的报表展示、统计分析。

（3）内容管理是对非结构化的文档进行内容采

编后，再进行信息共享的管理平台。内容管理支持后

台内容采编流程管理、文档上传、查看和下载授权等

管理功能，并支持内容检索引擎、及相关性资料列表

显示等功能。系统利用内容管理，实现在线设备检修

履历的录入，及设备日常分析报告、试验检验报告等

文档资料的共享。

（4）实时数据技术，实现电厂设备实时运行数据

的采集、存储、展现等功能。项目利用 PItoPI 接口，将

厂级部分生产实时数据，同步到公司集中 PI 数据库

中。设置定期回读机制，保证在接口通讯中断后，系

统能自动回读未同步的数据，利用 SVG 技术进行前

端的趋势组态展示。

（5）网站框架技术，是能够快速、灵活的集成各

功能模块的网站框架。系统前端页面基于 UserControl

实现结构化模块设计，实现逻辑和呈现分离、数据和

界面分离、模块的添加修改和更新，均不需要编译发

布，使用运行时编译机制实现实时重构。前端页面结

构调整，可以通过后台的可视化模版设计，进行拖拽

调整和发布更新操作实现。新建模版可以最大程度

上地利用已有的有共性的结构化模块，进行快速的

组合和构建。

4 解决的关键技术问题

项目从生产业务实际出发，开展系统功能设计

和实施工作，项目的主要成果及创新点如下：

4.1 建立关键设备故障库，实现检修工作知识化管理

设备故障库是项目的重点建设内容之一。设备

故障库是以故障属性标准（即典型故障）为基础，以

各厂历史故障为信息内容的数据库，目的是寻求一

个可以解决国华公司故障知识积累的问题。故障库

为迅速判断设备故障类型、果断确定应对策略提供

模块化支持；故障库具备逻辑结构强健、清晰，使用

语言标准化，并且数据库本身是开放性的、具备较强

的可拓展性，便于在设备日后的管理过程中不断地

优化故障库。

4.1.1 故障信息的收集整理

故障信息来源：项目聘请专业科研院所，梳理国

华内设备历史故障信息及国内同类型设备故障信息

等记录。通过对上述资料中故障信息的筛选，整理出

同类型设备的典型故障库。

4.1.2 故障库的使用

将国华内同类型设备实际发生故障进行电厂间

的横向共享，并与故障库中的典型故障进行关联，实

时统计出本类设备常发或共性的典型故障，有针对

性地进行预控。

设备故障库的建立，可以记录和管理同类型设

备发生的典型故障，并记录了故障的详细现象、原

因、处理过程等信息。设备故障库为设备故障快速分

析确定、检修策略制定提供依据，帮助公司进行故障

处理知识的积累，逐步实现检修工作知识化的管理。

设备故障库界面如图 2 所示。

4.2 建立关键设备部件清单，实现关键部件寿命管理

关键部件是设备的核心功能性部件，一旦发生

故障将会直接影响设备的可靠性或经济性[2]。

项目建立了关键设备的关键部件清单，并以独

立关键部件为中心，建立了关键部件寿命台账，整理

了关键部件的名称、型号、设计寿命或经验寿命、更

换时间、对应的库存条目及目前库存现有量等信息。

关键部件模块结合设备启停模块，实现实时的

统计关键部件的累计运行时间、寿命预警时间、历次

更换记录等信息，对即将达到设计寿命的关键部件

进行预警提醒，避免由于关键部件失效造成设备故

障的发生。

4.3 建立关键设备状态特征量，为设备状态分析识

别提供依据

设备的状态特征量，是一种通过某种技术手段，

第 4 期14· ·

可以检测得到的，并可以用数学表述的物理量值。这

种量值的静态表现和动态趋势变化，可以直接或间

接地反映设备的健康状况[2]。

项目整理出关键设备的状态特征量，并定义其

报警阈值，与典型故障库进行关联，对设备状态进行

实时报警提醒，并自动形成系统提供的诊断分析报

告，给出相应的处理措施。特征量的应用，为生产人

员在设备状态分析识别的过程中提供了主要依据，

灵活应用特征量，来掌握设备的真实健康状况，并在

此基础上不断的优化完善。

4.4 建立设备检修履历，实现检修台账信息化管理

项目组织专业梳理了设备历次检修记录，整理

出历次检修的检修内容、检修记录、发现问题、处理

结果、遗留问题及预防措施、试运等信息，共享同类

型设备检修过程中发现的问题及处理方法，实现了

设备检修台账的信息化、规范化，为检修重要记录数

据的追溯和分析，提供了数据基础。

5 结语

国华电力设备数据库项目，是设备信息管理手

段和信息深入挖掘应用上的创新和实践。系统建立

了设备状态判据、故障库、设备安全运行区域判断，

及设备历史故障等设备重要信息，并整合设备基础

信息，实时监控数据、检修过程数据和分析报告等相

关信息。强化了关键设备管理，积累了设备全寿命期

内完整数据，为开展设备状态检修工作奠定了基础。

设备数据库努力推动设备信息的上下贯通和横向共

享，利用数据纽带打破厂际壁垒，实现电厂间同类型

设备数据厂间共享，促进同类型设备负责人的协同

工作，形成虚拟团队，共同管理一类设备，共同解决

疑难问题。这是先进协同思想在电力行业的一次创

造性实践，将为国华电力积累大量有价值的无形资

产，为新建电厂提供丰厚的知识经验和业务参考，最

终促进国华电力系统内的技术互助支持，凝聚技术

力量。

参考文献

［1］陈志泊. 数据仓库与数据挖掘［M］. 北京：清华大学出版社，

2009-05.

［2］黄树红，李建兰.发电设备状态检修与诊断方法［M］.北京：中国电

力出版社，2008-05.

［3］DL/Z 870-2004，火力发电企业设备点检定修管理导则［S］.

作者简介：何宁（1979-），工程师，2001 年毕业于武汉水利电

力大学计算机应用专业，现供职于神华国华（北京）电力研究限有限公

司信息管理中心。

何 宁等：发电设备信息整合集成技术应用研究

图 2 设备故障库界面

1 汽轮机超速 装置故障

装置故障汽轮机超速

4 发电机甩负荷到零，DEH 控制系统和汽轮机调速系统工作不正常。

故障原因

立即停机

超速装置保护失灵或保护动作后，主蒸汽进汽阀，再热蒸汽进汽阀，回热抽汽逆止阀等卡涩或关闭不严

故障影响等级可能故障模式故障特征序号

转子 汽缸 轴承 凝汽器

2 4

4转子的原材料存在过大的内应力，在较高的工作温度下经过一段时间运转后，内应力逐渐得到释放，从而使转子产生弯曲变形。

动静部分摩擦使转子局部过热，高速旋转条件下，离心力的作用使大轴变曲。

启停机过程中，盘车投入不当致大轴在热应力作用下弯曲。

汽缸进冷汽冷水，汽缸变形引起大轴弯曲。

轴封供汽带水或轴封供汽温度大幅度变化。

叶片强度不足，质量不良。

初凝水中浓缩的盐类和酸性物质没有被碱性物质中和，呈酸性，引起叶片腐蚀开裂，以盐酸腐蚀为代表。

应立即设法关闭、切断一切可能进入汽轮机的蒸汽设备和阀门。

采取合适的直轴处理措施

查找并处理动静碰磨故障，并采取合适的直轴处理措施。

确保盘车装置良好，严格按照堆积执行盘车操作，并采取合适的直轴处理措施。

修复汽缸，并采取合适的直轴处理措施

采取合适的直轴处理措施

更换叶片

更换叶片，加强蒸汽品质监测。

措施

汽轮机大轴弯曲 产品或工艺不良

摩擦汽轮机大轴变曲

3

汽轮机大轴变曲

汽轮机大轴变曲

汽轮机大轴变曲

汽轮机叶片损坏

汽轮机叶片损坏

4

5

6

7

8

9

人员操作错误

人员操作错误

人员操作错误

产品或工艺不良

酸碱腐蚀

4

4

4

4

4

4

当前位置：首页 >> 汽轮机本体>> #2 汽轮机>> 设备故障库

2012 年 02 月 23 星期四 13：44：59 用户名： 密码： 登录

（下转第 19页）

第 4 期 15· ·

1 财务管理模式的理论内涵

财务管理是以公司在生产的时候客观所具有的

财务关系和财务活动为基础而得出的，是一项计划公

司资金活动，解决公司每个部门财务关系的财务管理

活动。在公司管理中，它担任着极其重要的角色。

1.1 中小企业财务管理的特征

我国中小企业财务管理的特征包括如下几点：

（1）财务管理理念的经济化。本国中小企业的规

模不大、资金缺乏、人员数量不够，它们通常都处在

开始或者成长的时刻，财务管理理念一般都是简约

化以及节约化。

（2）财务关系的相对单一化。本国大部分的中小

企业的出资者，不但是公司的所有人还是公司的经

营管理人；公司资金来的方向大多数依靠内源型融

资的途径获得，公司一般不会存在很大的债权人，财

务关系解决起来一般很简单。

（3）财务权责相对集中。中小企业的财务管理的

权力，通常都是牢牢掌握在很少的高层管理者的手

里,特别是家族型的公司。

（4）财务运行结构相对简单。财务的组织模式比

较小，组织结构的设计遵循简单和实用的原则，并且

整体管理职能特别强。

1.2 财务管理模式特征

1.2.1 财务管理模式

财务管理的模式包括 4 个部分：

（1）财务管理理念的模式。财务管理理念，就是

指公司财务管理的意识，是相关于财务工作的进程

里逐步产生的本质原则，以及本质思想的了解。

（2）财务管理目标的模式。财务管理的目标即企

业进行理财的目的，企业举办财务活动是为了要达到

它最大的目的，这就规定了财务管理基本的发展方向。

（3）财务关系的模式。财务关系是指公司在财务管

理与经营活动中，所发生的和每一个有关的利益直接

影响者之间的经济关系。合理有效的公司财务关系模

式，能够让目前这些企业的每一个财务关系更规范

化，特别是企业内部的相关财务关系。

（4）财务权责的模式。科学的财务权责模式，可

以让公司每一层的财务管理人员的权责变得非常明

确，充分激发出每个人的积极性。

1.2.2 财务管理模式特征

概括下来，主要有 3 点：

（1）稳定性。财务管理模式有一套自己严格的标

准模式，一旦最终确定，它就可以以稳定的状态进行

它的管理活动，并且激发出它的作用，上面提到的稳

定性是在一段时间较短的情况中的稳定。

（2）可调节性。即使公司财务管理模式存在稳定

性，并不代表它是一点儿也不变化的，因为公司要应

对微观和宏观经济下的情况，以及公司的发展一定

要在相同的水平上，一定会跟着上面所提到的条件

的变化，实施相应的调节。

（3）协调性。合适的财务管理模式一定要和其他

管理模式能够相融合，也就是所谓的协调性，这样才

可以达到最好的作用成效。

1.3 财务管理制度层次的特征

中小企业财务管理体系，一般有控制管理以及

中小企业的财务管理模式探析马永河

（神华集团银川审计中心，宁夏 银川，750011）

摘 要： 中小企业是一个集合在一起的大群体，它们在国家的经济发展中起着重要的作用。现在它

们当中有许多企业只顾一味地追求销量以及在市场中的份额，忽视了财务管理在中小企业中的最重

要位置，使财务管理以及对风险的控制效果没有得到足够的体现。文章以我国中小企业为主体，探究

企业财务管理模式的组成成分、管理结构的现状，以及所具有的一系列问题，通过分析得出改善和提

高中小企业财务管理结构水平的几点建议。

关键词： 中小企业 财务管理 模式探析

中图分类号：F40 文献标识码：B 文章编号：1674-8492（2013）04-016-04

第 11 卷 第 4 期

VOL.11 NO.42013 年 7 月

July.2013

计划管理的组织结构，在这种双重管理体系下，计划

管理以制定企业财务决策为中心；控制管理就着重注

意确保企业财务管理决策能够平稳地进行。以前财务

在财务管理体系中的特征可以概括为 4 点：

1.3.1 财务决策的权利比较聚集

中小公司的财务决策的权利，通常高度掌握在很

少的高层负责人手里，特别是在民营企业办的比较好

的地方，家族型的企业相对来说很多，这种状况比较

频繁出现。

1.3.2 财务活动不是正式的

公司里面的组织必须按照规则，以及之前说好的

流程指导员工的行为，就是我们所说的正式化。

1.3.3 财务关系的简单化

现在，既做董事长又做总经理的案例，在中小公

司中都有很多的典型，两权合一的状况十分普遍，既

是出资人也是经营者。

1.3.4 财务组织架构层次的不同

组织架构与团体里面的权责关系组织是不一样

的，在采用组织架构的时候，中小企业一定要按照它

自己本身所在的环境状况进行采取选用。一般以前的

组织架构，都是把职能作为核心部分，进行纵向管理，

成本和资源肯定是很重要的影响因素。

2 中小企业财务管理模式的选择

2.1 财务管理模式选择的原则

2.1.1 经济性的原则

一定要在保证满足各方面条件的状态中，让成

本实现最小化。经济性的原则并不是意味着要不断

地降低成本，而是重点表达出模式的采用要实现最

优化。

2.1.2 开放性的原则

开放性原则就是说公司因为和不同的其他公

司，或者不是自然人确立合作关系，使某些以前由公

司内部员工实施的工作或者机能，交给有一定技术

水平的、科学的提供商的合作经营方式。

2.1.3 集权性的原则

集权性原则它的含义是说，对组织的条件实施

集中，它减小了组织控制，以及组织管理的范围，但

是提高了层次。

2.2 不一样的财务管理模式的选择

2.2.1 不同的发展时间，不一样的选择

在开始创立或者发展初级水平的公司，企业一

定要实施集中化的管理。企业在不停的进步中，慢慢

走到了公司的中后期发展水平上，以及深化的前段

时间，能够一定量地缩减集中管理，一定程度地进行

放权。走到了做强的水平，就要进行分权管理的模

式，因此才会有更多进步的空间。

2.2.2 不同的组织结构，不一样的选择

（1）职能型的组织结构。对这种中小型的企业，

应该采取集中化的财务管理体系。集中化的财务管

理对公司资源的整理以及使用，都是起非常重要作

用的，确保公司的战略决策能够获得立即的落实以

及进行。

（2）网络型的组织结构。这种组织结构非常的灵

活，每一方面的财务都进行分专业管理，因此非常好

地分散了风险。因为大多数运用合约的制度，有法律

做最坚实的保障，可以让公司在经营活动的时候，有

非常牢固的保障，网络型组织结构的每个单位进行

了专业管理。

3 财务管理模式所面临的问题

3.1 财务管理的制度不完整，控制的流程不规范

我国中小企业通常没有设立齐全的、合乎标准的

规章和法则，大多数选择粗放型的管理模式，都没有

对原则上的财务管理体系、财务人员岗位上的责任、

奖惩的体系等进行建立完备。拥有完善的规章体系

的企业很少，一些企业虽然存在比较完善规章体系，

但是财务人员不重视纪律和财务制度的状况经常发

生，让财务制度进行实施起来没有力度可言，财务管

理的体系像是一文不值。

3.2 财务管理模式没有动态性可言

目前很多公司的财务管理体系，都是处在静态中的，

静态的模式就没有企业进步所一定要有的动态性。

3.3 投资盲目，没有科学性可言

中小企业投资决策人，大多数都没有相关的，或

一定的财务管理专业知识，在投资之前没有能够实

施有效的投资项目讨论，没有风险和收益相关方面

的衡量；在投资的时候总是借着前面的经历来做出

主观的判断，进行投资的盲目性比较大。对公司资金

的存储量，以及未来的流量没有进行足够考虑的状

态中，将一定量的资金放在成效慢，并且回收期比较

长的活动中，也许会导致公司在进行正常生产经营

的时候，发生资金缺乏的状况，最后也许会引起公司

投资失败。

马永河：中小企业的财务管理模式探析第 4 期 17· ·

还有部分公司在进行投资决策的时候，对外面

经济状况的变化、竞争对手的情况，以及市场状况等

没有进行深入的了解，所以无法实施标准的预测，最

后将会引起投资的不成功。

3.4 财务组织机构不完整，权责太集中

我国中小企业的财务组织结构的大概含义，是

将财务管理的工作作为核心，进行纵向的管理，慢慢

地向上一级负责的一种结构。

（1）中小企业财务组织的模式比较小一点，很难

做到面面俱到，结构设计的很不规范、不系统，而且

对于职责的分工也不是太清楚。

（2）高层负责人一般选用垂直管理的方法，结构

的层次不多，管理的范围窄，确保他对财务能够有绝

对的主导权，而且存在着管理意识、公司的规模、人

财物等等各个层次的影响。财务和会计的工作岗位

的制定，很可能会发生交叉重叠的状况，职责很难去

说清楚，会导致财会人员的职能，以及积极性得不到

充分的展示。

3.5 没有对企业财务形象进行足够的重视

企业的财务形象大部分说的是企业总体的经营

成果，以及目前的财务状况，在慢慢完善的市场经济

要素下，在股票市场里，企业股价的不断稳定提升，

是企业财务形象最好的表达方式。

3.6 没有科学的财务管理意识

中小企业忽视了财务管理的职能，最重要的是

没有科学的财务管理意识，对财务管理的活动也没

有实施全面的方针。

4 完善财务管理模式的相关对策

4.1 改善财务组织机构，正确解决财务权与责的关系

中小企业应该按照自己本身的特征和它的发

展情况，科学地制定财务的工作和岗位，并且制定

出科学的活动程序和它相结合，进而保证财务管

理的成果。同时，要准确说明会计核算以及财务管

理之间的关系，进而保证财会人员和高层负责人

的权力与责任之间的关系，提升公司财务管理的

成效与结果。

在财务权责问题的解决上，应当合理地对集权

与分权制度进行控制，让它们能够配合协作，达到最

大化的成果。因为中小公司财务权责太集中了，一定

要科学地规定好财务管理的标准与管理的范围，采

取和它自己本身的特征相合适的财务管理模式，一

定程度地放下权力，高层负责人应该只做一些重大

的决策，而且应该使权责相对应，尽情地做好财务管

理的工作。权力适当地下放，让底层的财务员工从被

动实施者成为决策的组织者，也许会战胜这种决策

的权力太集中的坏处，并且能够提升决策的速度以

及质量，对每一分钟都在变化的市场信息立即产生

快速的应对。

4.2 建立健全财务管理体系

中小企业必须渐渐地建立健全每一种整体的财

务管理体系，即使中小公司的规模比较小，但也能够

做到岗位的合理分工，以及对职位进行轮换的制度。

在这一时刻，实施内部稽核制度，着重了解成本费用

等计划指标是不是完善，勾稽关系是不是好，全部的

会计资料是不是具有合法性和真实性以及完整性，

努力地实施会计电算化。

4.3 努力提高投资决策水平

中小企业决策者应该将借着以前经验或者主观

上的直觉，以及借着拍脑门就决定决策的管理模式

给抛弃掉，但是一定要充分关注对投资的合理论证

以及正确分析，努力提高自身的财务管理知识水平，

提升对于投资决策的水准，加大投资活动获得成功

的机率。

4.4 提高对企业财务形象的足够重视

我们现在正处在市场经济的条件之下，企业一

定要充分重视自己本身的财务形象，保证一个优良

的财务形象是企业有效实施财务工作的一项最基

本，也是十分必要的保障。企业的一个良好的财

务形象，是以企业良好的财务经营状况为基础

的，这同样也是企业加大资金的最必不可少的基

础之一。企业一定要保证实施好财务公关的工作，

确保和企业有关的财务政策的稳固性以及不间断

性，通过这样来让社会上的人士，对企业的经营与

发展充满信心。

5 结语

总而言之，我国中小企业的财务管理体系依然

具有非常多的问题，企业应该按照环境的变化以及

自己本身经营的特征，创立出一个与自己本身的发

展需求相合适的财务管理体系。在这一时刻，应该按

照经营战略的变化，逐渐地实施一定方面的调整，要

绝对并且足够地激发出财务管理所能达到的职能以

及作用。

第 4 期18· ·

参考文献

［1］刘春和.浅析我国中小企业财务管理问题［J］.北方经济，2007，（6）.

［2］黎羊.基于中小企业财务管理问题的调查与对策研究［D］.吉林大

学，2010.

［3］楼德华，傅黎瑛.中小企业内部控制［M］.上海：三联书店出版，

2005：52-56.

［4］万炎.我国中小企业财务管理特征分析［J］.财会研究，2012（4）.

［5］吴少平.中小企业财务管理［M］.广东：经济出版社，2003：67-71.

作者简介：马永河（1977-），会计师，现供职于神华集团银川

审计中心。

Applied Research on Information Integration Technology ofPower Generation Assembly

HE Ning MENG Wei WANG Xizhao WANG Dejun（Information Management Center of Shenhua Guohua（Beijing）Electric Power Institute Co., Ltd., Beijing, 100069）

Abstract: This paper introduces the Shenhua Guohua Electricity Branch Company (hereinafter Guohua Company in short) take single device

as the center for information integration, sets up database for Guohua electrical equipment and gives full play to superiority of analytical

management for equipment intension. The item regards producing information integration as point cut, shares crosswise among power plant of

equipment information, and takes remote diagnosis analysis as constructing ideas. It realizes mutual invocation, sharing and the function of

diagnosis and analysis between equipment and statistics through data integration upon full-life of the equipment. Therefore, it promotes the

integration of product service and information tool, and further enhances the digitization, informationzation and visualization for the company.

KeyWords: Power Generation; Information of Assembly; Integration; Integrated

（收稿日期：2012-04-20 责任编辑：杨 静）

Analysis of Financial Management Mode of Small andMedium-sized Enterprises

MA Yonghe（Yinchuan Audit Center of Shenhua Group, Yinchuan, Ningxia, 750011）

Abstract：The small and medium-sized enterprise is a large gathered group. They make great contribution to the national economic

development. Many of them are absorb in sales and market share, but ignored the most important position of financial management in

medium-sized enterprises, therefore the financial risk management reflects not enough. This paper takes domestic small and medium-sized

enterprise as the main body, explores the composition of enterprise financial management mode, analyzes the current status and a series of

problems for financial management structure, gets some measures to improve and enhance the financial management of small and

medium-sized enterprise.

KeyWords：Small and Medium-sized Enterprises; Financial Management; Analysis of Mode

（收稿日期：2013-05-21 责任编辑：杨 静）

（上接第 15页）

马永河：中小企业的财务管理模式探析第 4 期 19· ·

第 11 卷 第 4 期

VOL.11 NO.42013 年 7 月

July.2013

晋陕蒙接壤区是我国煤炭资源赋存条件较好和

现代煤炭开采技术最适宜应用区域，目前超大综采

工作面[1]在该区已成为一种主要的开采方式，并在千

万吨安全高效矿井建设、煤炭安全和高效开采，及区

域生产规模等方面发挥着重要作用。然而，超大综采

工作面采动覆岩破坏程度及控制途径，又是促进地

表生态修复中亟待解决的问题。

有关学者基于绿色开采理念，提出了建立现代

“绿色”矿区开发技术体系、支撑技术[2]、生态水位[3]、

开采煤层保水关键层理论，以“关键层”[4]及面向特大

型矿区群的资源与环境协调开发技术[5]等，有效指导

了煤炭安全开采与生态修复。同时，许多学者还在采

动覆岩损伤方面，开展了数值模拟研究与实验。如黄

土沟壑区采动覆岩垮落全过程引起的应力重新分布

及损伤积累[6]，采动覆岩动态损伤演化过程试验[7]和

开采扰动区覆岩介质动态损伤实验[8]等，对采动覆岩

损伤进行了有益探索。本文则以神东矿区补连塔矿

为试验区，模拟分析了超大综采工作面，在风积沙区

不同开采条件和工艺参数时的覆岩破坏规律、损伤

比较及控制途径。

1 试验区概况

试验区位于神东矿区补连塔矿。该区地层主要

是侏罗系中下统延安组（J12y），中统直罗组（J2z）、安定

组（J2a），第三系及第四系（Q）。其中，J1-2y 属于成煤地

层，主要由砂岩、泥岩及相互交叉沉积层组成（见图1）。

地表多为第四系风积沙等松散层。

目前，主要开采煤层为 12 煤，平均厚度 4.8m，设

计回采工作面宽 300m，长 4000m 左右。开采工艺采

用一次采全高长壁式开采、全部垮落式顶板管理方

式。与传统工作面相比也属于超大综采工作面。

2 模拟研究方法

2.1 基本模型

研究将煤系地层的岩石，作为一种脆性材料和

弹塑性体，针对地质材料和岩土工程的力学行为，模

拟采用了 FLAC3D 模拟计算软件。根据开采工艺参

数、现场地质钻孔资料和岩石力学试验结果，计算选

择长壁回采工作面和层状均匀的采动覆岩结构介

质，采用莫尔 - 库仑（Mohr-Coulomb）屈服准则和弹

塑材料模型。其中，体积模量和剪切模量等参数，由

岩石弹性模量和泊松比比值确定。采空区冒落层的

物理力学参数，取原围岩参数的 30%左右。

2.2 主要模拟参数

采动覆岩破坏程度，与开采工艺和开采地质条

件等有密切关系。模型以 12405 综采工作面的地质

剖面为原型（见图 1），选择典型地段地层参数（见表

1），取近水平煤层和宽为 300m 的综采工作面，模拟

空间范围为：x= 360m（推进方向），y= 400m（切割方

超大综采工作面采动覆岩结构损伤研究张建民 1 李 鹏 2 高 亮 2

（1 神华集团有限责任公司，北京，100011；2 神华神东煤炭集团公司，陕西 神木，719315）

摘 要： 针对现代煤炭开采中地下水和地表生态保护问题，选择神东矿区补连塔矿的超大综采工

作面，研究了风积沙区采动覆岩破坏规律和减损途径。研究表明：在相同开采环境下，工作面宽度和

推进速度，是控制覆岩破坏程度的关键。首次采用相对损伤系数比较发现，增加工作面和推进速度，

可降低采动覆岩结构相对损伤程度。这对减小采动裂隙带高度，促进采后地表生态修复都有重要作

用。

关键词： 超大工作面 覆岩破坏 数值模拟 相对损伤系数

中图分类号：TD3 文献标识码：B 文章编号：1674-8492（2013）04-020-04

图 1 试验区沉积地层及岩层结构示意图

风积砂

图例

砾 岩

砂 岩

粉砂岩

砾 石

砂质泥岩

煤 层1-2 煤层J1-2Y

J2a+J2z

J3-K1sh

b262

N30°W bk26

bk27 bks6模拟区域Q4

b275

Q4

162 0 200m 400m

J3-K1sh

J2a+J2z

J1-2Y

1250

1200

1150

1100

1050

张建民等：超大综采工作面采动覆岩结构损伤研究

向）和 z= 200m（采动覆岩高度）。

3 模拟结果分析

为便于比较，模拟参考表 1 实测的岩层物理力

学参数和开采工艺参数，分别设计开采煤层厚度 2、4

和 8m，覆岩综合弹性模量 10、20、30 和 40Gpa 条件

下，工作面宽度 150、200、250 和 300m，推进速度 8、

12、16 和 20md-1 等组合模型。并选择以推进距离

240m 后，且距采动煤层 40m 高度处的模拟应力变化

数据为例说明。

3.1 不同开采介质的影响分析

开采介质（采动覆岩结构、煤层厚度及深度等）

是开采的自然条件。图 2a 显示，在不同覆岩弹性模量

下，应力最大值出现在距切眼后方 -30m 处，随弹性

模量增大则最大应力值也逐步增大，当弹性模量为

40GPa 时达到 -6.82MPa。而应力最小值出现在采动

工作面推过并达到稳定区，且随弹性模量增大其应

力值减小，最小达到 -0.68MPa。说明，随覆岩弹性模

量增加，而覆岩破坏影响区域和破坏高度逐步增大。

图 2b 显示，在不同开采煤层厚度时，应力最大值也位

于距切眼后方-30m处，当厚度为2~4m时，应力最大值为

-5.96MPa；当大于 4m时，应力最大值随厚度增加其值也

逐步增大；当厚度达到8m时，应力最大值达到-6.34MPa。

而应力最小值也出现在采动工作面推过并达到稳定

区，且随开采厚度增大而减小，厚度为 2~4m 时，最小

应力值为 -1.11MPa；而当厚度 8m 时，最小应力值仅

有 -0.72MPa。表明，厚度小于 4m 时，破坏区变化很

小，垮落岩体可起到支撑上覆岩体作用。但当厚度大

于 6m 时破坏区逐步增大，最大应力值与最小应力值

相差较大。

3.2 不同开采工艺参数的影响分析

开采工艺参数（工作面长度、推进速度等），是影

响采动覆岩破坏程度的重要因素。图 3a 显示，在不同

工作面宽度条件下，覆岩应力分布基本呈对称梯形

分布，最大值在距离切眼后方 -30m 处，且随工作面

宽度增大也逐步增大，应力最小值也相同。当工作面

达到 300m 时，最大应力值达到 -6.5MPa，最小应力

值为 -0.79MPa。说明，随工作面宽度增加，最大应力

值增加速度，高于最小应力值增加速度，对覆岩稳定

性影响相对增大。图 3b 显示，在不同推进速度时，应

力总体变化趋势。推进速度增大，而最大值减小，推

进速度越慢，则最大值越大，且影响范围越远。如，应

力最大值在推进速度 8m/d 时，出现在距切眼后 -60m

表 1 覆岩主要物理力学参数

序号

岩性厚度/m

密度/Kg·m-3

弹性模量/Gpa

内聚力

/Mpa

内摩擦角/°

抗压强度/Mpa

1 松散层 24 1700 12 0.015 20 12

2 砂砾岩 30 2330 21 0.05 20 21

3 中细砂岩互层 16 2520 25 1.7 36 25

4 砂质泥岩 9 2410 18 1.8 32 15

5 细粉砂岩 8 2410 20 2 32 25

6 砂质泥岩 6 2410 18 1.8 32 15

7 中细砂岩互层 12 2520 25 1.7 36 25

8 砂质泥岩 49 2410 18 1.8 32 15

9 中细砂岩互层 10 2520 25 1.7 36 25

10 粉砂岩 5 2410 20 2 32 25

11 砂质泥岩 13 2410 18 1.8 32 15

12 1-2 煤 6 1300 13 1 36 14

13 砂质泥岩 12 2410 18 1.8 32 15

a 采动覆岩不同弹性模量时

a 不同工作面宽度时

第 4 期

弹性模量为 10GPa

弹性模量为 20GPa

弹性模量为 30GPa

弹性模量为 40GPa

离切眼距离 /m

-60 0 60 120 240180 300

-8.000

-7.000

-6.000

-5.000

-4.000

-3.000

-2.000

-1.000

0.000

图 2 不同开采介质条件时模拟结果（据煤层顶板 40m 位置）

b 不同开采煤层厚度时

煤层厚度为 2m煤层厚度为 4m

煤层厚度为 6m煤层厚度为 8m

离切眼距离 /m

300240180120600-60

-7.000

-6.000

-5.000

-4.000

-3.000

-2.000

-1.000

0.000

工作面宽度 150m

工作面宽度 200m工作面宽度 250m工作面宽度 300m

离切眼距离 /m

240 300180120600-60

-7.000

-6.000

-5.000

-4.000

-3.000

-2.000

-1.000

0.000

21· ·

处，当推进速度大于 12m/d 时，出现在 -30m 处，最大

应力值 -6.466MPa；而应力最小值则随推进速度增大

而变化不明显，其值在 -0.85MPa 左右。表明，随推进

速度增大，最大应力值与最小应力值之差也相对减

小，有利于采动覆岩的采后稳定。

图 4 进一步显示了应力破坏剖面分布。表明，当

推进速度大于 12m/d 时，覆岩破坏区却逐渐减小。原

因是采动覆岩应力重分布过程不充分，和突然应力失

衡，导致覆岩垮落，并快速填充后使覆岩破坏区变小。

4 采动覆岩破坏程度比较

模拟表明：采后应力释放越完全，最大应力值与

最小应力值的差异越大、覆岩破坏程度越强。工作面

推进速度越快、应力释放不完全，则破坏程度相对越

小。即在相同开采地质条件下，当覆岩应力重分布时

间与速度达到一种“瞬时”平衡，此时采动覆岩破坏

程度最小。

为比较分析开采作用下，覆岩结构趋稳后的变

化，采用损伤系数 λ 表示采动覆岩结构，在采后趋

稳时与采前结构相比的破坏程度，则：

姿 = f（x，y，z，t，S，A，…）

即损伤系数与采动覆岩空间位置和采后时间（x，

y，z，t）、覆岩物性参数 A（煤层厚度、弹性模量、抗压

强度等）、工艺综合参数 S（工作面宽度 w、采高 h、推

进距离和速度 v 等）等有关。

为比较相同条件下，不同 w 和 v 对覆岩的破坏

程度，假设覆岩损伤程度与覆岩应力和最小应力之

差△P 成正比，且与物性综合参数呈线性关系，则采

用相对损伤系数 λs，可近似表示为：

s ≈［△P（w0，v0）-△P（w，v）］/△P（w0，v0）

经进一步简化并取绝对值，则:

姿sv≈［P（y，w0，v0）-P（y，w0，v）］/P（y，w0，v0）

其中：姿sv 代表不同参考工作面宽度时相对损伤

系数，v0 为参考推进速度，w0 为参考工作面长度；P（y，w0，v）代表沿推进方向不同速度时应力变化值，P（y，w0，v0）代表在参考工作面宽度和速度时沿推进方

向的应力变化值。

该式表明，姿sv 系数越大，覆岩相对损伤程度越

高。研究采用前述的综采工作面推进方向中心剖面，

距采动煤层 40m 高度的应力变化值，作为实际数据

代入上式后，获得相对损伤系数变化曲线（图 5）。表

明：随工作面宽度增加，采动覆岩相对损伤程度降

低，但在相同工作面宽度时，推进速度越慢，则对切

眼附近的覆岩影响程度越大，工作面越窄则相对损

伤系数越大；相同工作面宽度时，当初次来压和冒落

后，推进速度变化则对相对损伤系数影响不大。

5 结论

（1）模拟数据表明，超大综采工作面的切眼和工

作面边部的覆岩采后结构变化最大，而在工作面中

部区域结构相对完整，且比较均匀稳定。

（2）采用相对损伤系数，比较相同开采条件下采

动覆岩破坏程度时表明，超大综采工作面的推进速

度提高，可有效降低采动覆岩损伤程度，且增加工作

面和推进速度，可降低采动覆岩相对损伤程度。

（3）在确定的采矿环境条件下，通过控制开采工

图 3 不同开采介质条件时模拟结果（据煤层顶板 40m 位置）

b 不同推进速度时

第 4 期

-8.000

-7.000

-6.000

-5.000

-4.000

-3.000

-2.000

-1.000

0.000-60 0 60 120

离切眼距离 /m

240 300

工作面推进速度 8m/d工作面推进速度 12m/d

工作面推进速度 16m/d工作面推进速度 20m/d

180

图 4 不同开采速度时模拟结果

（注：开采煤层厚度：6m,工作面长度：300m，覆岩弹性模量：20GP）

朔性变形区 无拉剪破坏区

图 5 不同工作面宽度时相对损伤程度比较

工作面宽度 /m：150150

200

200

250

250300（v0= 8m/d）300（v0= 16m/d）

-60 -30 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

切眼位置 推进距离 /m

22· ·

艺参数，可降低采动覆岩破坏程度，则可减小采动裂

隙发育带高度。这对有效保护含水层、促进采后地表

生态修复都具有重要的作用。

参考文献

［1］张建民，杨俊哲，张凯. 煤炭现代开采地下水资源四维高精度探测

方法研究［J］. 神华科技，2012（6）：27-30.

［2］钱鸣高. 资源与环境协调（绿色）开采及其技术体系［J］，采矿与工

程学报，2006，23（1）：1-5.

［3］王双明，黄庆享，范立民，等. 生态脆弱区煤炭开发与生态水位保

护［M］. 科学出版社，2010.

［4］缪协兴等.干旱半干旱矿区保水采煤方法与实践［M］. 中国矿业大

学出版社 ，2010.

［5］神华集团有限责任公司. 特大型矿区群资源与环境协调开发技术

［R］，2009.

［6］刘红元，刘建新，唐春安. 采动影响下覆岩垮落过程的数值模拟

［J］.岩土工程学报，2001，23（2）：201-204.

［7］张平. 黄土沟壑区采动地表沉陷破坏规律研究［M］. 西安科技大

学硕士学位论文，2010.

［8］刘庭金，莫海鸿. 地下采场动态施工损伤演化的数值试验［J］. 岩

土力学，2005，26（12）：1901-1906.

［9］来兴平，栾小东，伍永平，等. 开采扰动区变尺度采空区覆岩介质

动态损伤实验［J］. 煤炭学报，2007，32（9）：902~905.

［10］中国矿业大学（北京）. 现代开采现代煤炭开采技术下覆岩采动

裂隙的发育规律及分析方法研究报告［R］，2012.

作者简介：张建民（1957-），研究生，博士后，1998 年毕业于

中国矿业大学（北京），1999 年荷兰 ITC 博士后，教授级高级工程师，

现供职于神华集团有限责任公司科技发展部，主要从事资源与环境协

调开发技术工作。

Research on Structural Damage of Mining Overburden Rock ofOversized Fully Mechanized Coal Mining Face

ZHANG Jianmin1 LI Peng2 GAO Liang2

（1. Shenhua Group Co., Ltd, Beijing, 100011; 2. Shenhua Shendong Coal Group Company, Shenmu, Shaanxi, 719315）Abstract: In view of protection problems on ground water & earth's surface ecology in modern coal mining, this paper makes a research on the

failure law and depletion approaches of mining overburden rock in drift-sand area taking example by the mining conditions of oversized fully

mechanized coal mining face in Lianbuta coal mine of Shendong diggings. And the research shows that: face width and flitting speed are the

keys for overburden failure controlling under same exploitation conditions. Comparative damage factor is lowered for the first time, working

face adding and flitting speed lowered comparative damage degree of mining overburden rock structure. It plays significant role in mining

fissure zone height decreasing and ecological remediation after mining.

KeyWords: Oversized Face; Overburden Failure; Numerical Modeling; Comparative Damage Factor

（收稿日期：2013-06-28 责任编辑：杨 静）

本刊讯 4月 10日，神华集团在北京组织召开国家科技支撑计划项目"盾构施工煤矿长距离斜井关键技术研

究与示范"启动会。项目研究依托神华新街矿区盾构法建设煤矿斜井试验工程进行示范应用，对于创新煤矿斜井修

建模式，转变煤炭工业发展方式，引领煤炭工业健康发展具有重大意义。为保证项目顺利实施，各课题承担单位制定

了研究大纲，建立项目管理体系，推进项目顺利实施。 （神华集团科技发展部供稿）

科技动态

神华集团召开国家科技支撑计划“盾构施工煤矿

长距离斜井关键技术研究与示范”启动会

张建民等：超大综采工作面采动覆岩结构损伤研究第 4 期 23· ·

1 引言

大采高综采工作面发生冒顶，尤其是回采贯通挂

网时发生大面积冒顶，在冒高、冒宽范围较大的情况

下，人工处理危险性较大，处理周期较长，存在较大

的安全隐患。采用新型高分子材料玛丽散、罗克休灌

注工艺，处理综采工作面贯通时大面积冒顶，时间短、

安全性高，填充、加固效果明显，对类似神东矿区地质

条件的大采高工作面冒顶处理，可提供有益的借鉴。

2 工作面基本情况

2.1 工作面概况

42213 综采工作面为榆家梁矿 4-2 煤布置的最

后一个综采工作面，推进长度 1289.3m，工作面长度

246m，煤层厚度 5.6~6.7m，平均 6.22m，设计采高

5.6m，煤层倾角 1°~3°。工作面采用倾斜长壁后退式

大采高一次采全厚综合机械化采煤法，采用全部垮

落法管理顶板。

工作面煤层上覆含水层为顶板砂岩裂隙含水

层，厚度 23～47m，裂隙较为发育。工作面采空塌陷

后，该含水层水沿工作面东侧塌陷边缘进入采空区

内，但含水层富水性较弱、补给水源较少，对工作面

影响较小，正常情况下工作面涌水量为 20m3/h。另

外，考虑雨季降水为工作面的主要充水水源，地表洪

水通过采空塌陷裂隙进入采空区，最大补给量为

150m3/h。

工作面对应地表广覆第四系松散沉积物，起伏

变化较大，松散层厚度 25~120m，上覆基岩厚度

23~47m。工作面内地层总体趋势是以极缓的坡度向

北西倾斜的单斜构造，局部略有起伏，倾角 1°~3°，断

层不发育，后生裂隙发育。

2.2 工作面矿压显现特征

初采期间初次来压步距为 36m，正常回采期间周

期来压步距为 8~11m 不等，平均周期来压步距为

9.8m。末采期间 200~50 m 段来压步距基本上和正常

回采期间来压步距相似，但距回撤通道剩余 39m 时，

由于地表覆盖变化急剧导致工作面来压异常，即工

作面后半部（80 架后）先来压，来压时支架安全阀基

本全部开启，推进 5~7 刀后前半部（80 架前）来压，安

全阀部分开启。

3 工作面冒顶经过

榆家梁煤矿 42213 综采工作面在距回撤通道

14.4m 贯通过程中，工作面中部支架压力变化明显。

预计工作面中部向前推进 4m 左右来压，决定提前

1.4m（正常挂网距离为 13m）即距回撤通道 14.4m 开

始挂网。2012 年 8 月 17 日安排早班人员打眼、挂钢

丝绳等前期准备工作，四点班接班后开始挂网，当班

挂单网 6 茬，割煤 3 刀。零点班挂双网 2 茬，割煤 3

刀，此时距回撤通道贯通剩余 9.3m，老顶在工作面前

方切断，压力明显增大，片帮严重。

18 日早班接班后，在工作面中部 52~98# 支架，

采取拉超前架的办法割煤 1 刀，挂 2 茬双网。当日四

点班接班继续采取上述办法，从机尾开始向机头割

煤至 80 架附近后，工作面中部煤壁由于压力持续时

间长变酥，超出支架顶梁前端 1.5~2m 的煤体片帮垮

落。随后在煤机机身段冒落大块矸石（长 7m，宽 3m，

厚 1.3m），盖在运输机上导致不能及时推溜和拉架，

顶板不能及时支护。随后，全班处理大块矸石，时间

较长，上方松动矸石逐渐沿运输机弯曲段继续冒落。

采用灌注工艺处理综采工作面贯通时冒顶实践刘小平 孙玉民

（神华神东煤炭集团榆家梁煤矿，陕西 神木，719316）

摘 要： 以榆家梁煤矿 42213 综采工作面为例，介绍了大采高工作面贯通时冒顶过程，总结了采用

高分子材料灌注工艺处理冒顶的技术方法，经实践取得较好的灌注效果，顺利通过冒顶区，可为类似

贯通、回撤过程中的冒顶处理提供借鉴。

关键词： 玛丽散 罗克休 大采高工作面 冒顶

中图分类号：TD7 文献标识码：B 文章编号：1674-8492（2013）04-024-03

第 11 卷 第 4 期

VOL.11 NO.42013 年 7 月

July.2013

最后在工作面中部 61~93# 支架发生大面积冒顶，冒

顶段最大冒落高度达 8m，断面 1.5~2.3m，导致运输

机被压死无法开启，部分铁丝网损坏，生产中断 35 h。

冒顶示意图见图 1 所示。

4 高分子材料处理冒顶工艺

由于冒顶范围较大，人工处理难度大，因此对高

冒区采用罗克休进行填充，然后用马丽散对剩余的

松散煤体、填充过罗克休的高冒区进行加固，取得了

较理想的效果。

4.1 玛丽散、罗克休的性能特征

马丽散是由树脂和催化剂按一定比例配合的聚

氨酯产品, 两种合成材料均为液体, 反应后具有较高

的强度和很强的粘合力。产品注射进煤、岩体以后，

低粘度混合物保持液体状态几秒钟，能渗透进入细

小的裂缝膨胀，使松散破碎煤岩体粘结成一体，提高

围岩支撑力。产品性能见表 1。

罗克休泡沫由树脂和强催化剂两种成分组成，

具有高膨胀性。膨胀后体积为原体积的 25~30 倍，泡

沫反应迅速，常温下 20~30s 可反应完毕，20min 硬化

后抗压强度 0.2MPa 左右, 能临时阻止巷道周边围岩

的运动。产品性能见表 2。

4.2 高冒区罗克休填充方案

首先对冒顶区用木板配合铁丝网进行封堵，然

后在工作面中部 61~95# 支架段，间隔 1 架向漏顶区

布置 2 根 6m 长注射管，共计布置注射管 32 根，注射

34t 罗克休填充高冒区。注射罗克休凝固后生成人工

假顶，使得上方松动岩石暂时得到稳定，防止松动岩

体继续掉落扩大冒落范围。布置注射管角度根据冒

顶形状而定，具体钻孔布置见图 2。

4.3 马丽散加固方案

（1）在工作面已经注射过马丽散的冒顶区域，每隔

2架支架在距支架顶梁前端 1.2m处，按照斜 70°~85°向

顶板施工 8m 深钻孔注射玛丽散，使冒落区域上部松

动岩体，与注射罗克休后生成的人工假顶充分粘结，

形成高强度人工假顶。同时，沿斜 45°~60°向冒顶区

前方煤体施工 6m 钻孔，注射马丽散加固前方酥软煤

体（共 22 个钻孔注射玛丽散 45t）。

（2）在回撤通道内距机头方向 80~160m 段，每 4m

施工距顶板高度 2.5m 处，斜 60°~75°方向，向顶板侧

表 1 马丽散主要技术参数

主要成分 树脂 催化剂

密度（20℃）/gocm-3 1.04 1.23

粘度（25℃）/MPaos 200 220

混合体积比 1 1

有效存储期（20℃）/月 6 6

聚合产品

使用温度 /℃ 15 25

最初粘度 /MPos 450 250

开始膨胀时间 /min 1.15 0.45

膨胀倍数 2.1 1.25

压力 /MPa ＞35 ＞35

粘合力 /MPa ＞5 ＞5

表 2 罗克休的主要技术参数

主要成分 树脂 催化剂

密度（20℃）/gocm-3 1.2 1.5

混合体积比 4 1

有效存储期（20℃）/ 月 3 12

存储温度 /℃ 5 月 20 日 5~40

聚合产品

使用温度 /℃ 15 25

反应时间 /min 5 2

膨胀倍数 20~30 20~30

10％受压变形抗压强度 /Mpa 0.1~0.2 0.1~0.2

防火等级 M1 M12

刘小平等：采用灌注工艺处理综采工作面贯通时冒顶实践第 4 期

图 1 工作面贯通时冒顶示意图

锚索

锚杆

剩余煤体

8.5m5.6m

垛式支架 垛式支架

回撤通道

冒顶区

>2m

采空区

图 2 注射罗克休钻孔布置示意图

采空区

剩余煤体

6m 注射管

25· ·

施工 8m 深钻孔注射玛丽散（共 19 个钻孔注射 20t），

进一步加固煤体上方顶板，防止接近贯通时顶板再

次切断造成漏顶。

（3）在回撤通道内距机头方向 80~160m 段，每

5m 距顶板高度 2.5m 处，斜 60°~75°方向，向煤壁侧

施工 6m 深钻孔注射玛丽散（共 15 个钻孔注射 17t），

进一步加固酥软煤体，防止挂网期间煤壁片帮伤人。

同时防止片帮增大悬顶面积，从而保证支架有效控

制顶板。具体钻孔布置见图 3。

4.4 施工注意事项

对冒顶区首先要按照注射管布置顺序依次进行

填充，隔 20min 罗克休凝固后，再开始打钻布置玛丽

散注射管。注射罗克休时，应保证注射管孔深及孔

位，最大限度地伸入冒顶区域，注射管头不得靠近岩

体防止堵塞管孔。注射量根据现场顶板冒落程度与

空顶空间大小确定。注射玛丽散进行填充时，钻孔的

深度必须高于罗克休的填充高度，使浆液在罗克休

与岩体之间有效扩散, 保证注浆效果。

注浆人员在施工过程中，应注意查看注浆量及

扩散范围，随时准备好棉纱、木楔等材料封堵漏液区

域。操作注浆泵人员应注意观察好压力表的数值、树

脂和催化剂的混合比，及泵活塞的运动速度。当注射

玛丽时浆液扩散范围较大，而且活塞的运动速度减

慢，压力表数值增大难以注射时，说明此孔已注射到

位。如果某孔刚开始就难以注射时，说明前孔的浆液

已扩散到此孔位置，将注射管堵塞，应及时换孔。

5 效益分析

（1）施工强度小、速度快、操作方便。常规处理冒

顶方式往往是采用架棚穿梁打木垛法，工作量大，施

工环境差。采用注射罗克休和马丽散新化学加固法多

为机械施工，注浆泵重量轻、体积小、操作方便，工人

劳动强度小。罗克休、马丽散反应迅速快，硬化时间

短，能快速处理冒顶区，大大缩短了施工时间。

（2）提高了煤体、围岩的稳定性。罗克休泡沫和

马丽散，含树脂和催化剂两种组分，注入煤岩层几

秒钟后，化学反应生成的聚酯类膨胀性产物，对围

岩松动裂隙进行充填，对破碎矸石进行粘结，使围

岩形成整体结构，提高了围岩的稳定性和抗压承载

能力。割煤后发现原来上方松散岩体已形成一个整

体，不易掉落。注射过马丽散的煤体再无片帮、垮落

等迹象。

（3）实现了安全、高质量贯通。冒顶区顶板及煤

岩比较破碎、易垮落，冒落处顶板不稳定，凭经验靠

人工处理冒顶区域，安全威胁较大。而注射罗休克、

马丽散后，顶板碎岩胶结较好，为挂网作业提供安全

保障，回采贯通时再未发生冒顶，最后实现了与回撤

通道高质量贯通。

6 结论

通过此次处理冒顶实践证明, 采用罗克休、马丽

散注射工艺，能及时充填和加固高冒区，注射的浆液

在裂隙中膨胀渗透，胶结了破碎矸石、松散的煤体，

提高了冒顶区围岩和煤体的稳定性，是一种安全、高

效的化学充填方法。工程实践表明, 此项技术处理大

冒顶事故，具有施工简单、安全可靠、劳动强度低、支

护效果较明显等良好的综合效益。

参考文献

［1］钱鸣高，何富连，王作棠，等. 再论采场矿山压力理论［J］.中国矿

业大学学报，1994，23（3）：1- 12.

［2］杨永强，樊鸿，张盛.马丽散注浆材料在东庞煤矿加固破碎顶板中

的应用［J］.煤炭工程，2005，7（9）：26- 271.

［3］洪峰. 新型高分子材料在破碎顶板回采巷道中的应用［J］.矿业工

程，2008，6（2）：21-22.

［4］陈庆凯，任凤玉，李清望. 采空区顶板冒落防治技术措施的研究

［J］. 金属矿山，2002（10）：7- 9.

［5］何富连，钱鸣高. 综采工作面直接顶碎裂岩体冒顶机理及其控制

［J］. 中国矿业大学学报，1994，23（2）：18- 25.

作者简介：刘小平（1984-），助理工程师，2009年毕业于中国

矿业大学采矿工程专业，现供职于神东煤炭集团榆家梁煤矿综采队，

从事采煤技术工作。

（下转第 45页）

第 4 期

图 3 注射马丽散钻孔布置示意图

8m马丽散注管 罗克休实体

6m 马丽散注管

剩余煤体

垛式支架

8m 注管

采空区

垛式支架

回撤通道

6m 注管

26· ·

GPS 技术具有精度高、速度快、自动化程度高、经

济效益显著等特点，GPS 测量平高分离，在平面控制

中使用成熟，几乎未使用 GPS 做高程控制。即使应用

也有不同的方法，本文就具体工程，探讨 GPS 拟合高

程的相关内容。

1 GPS 高程拟合原理

1.1 GPS 高程应用的方法

GPS 高程应用，指利用 GPS 技术获取地面点正

常高（或正高）的方法，目前主要有 GPS 三角高程、

GPS 水准高程、似大地水准面精化等类型。GPS 三角

高程方法指利用测距仪采用三角高程方法，联测部

分 GPS 点的正常高，用拟合的方法获取测区的似大

地水准面，计算出未联测几何水准 GPS 点的异常高

程，从而求出这些 GPS 点的正常高，操作简单灵活，

适合各种复杂地形条件。

1.2 GPS 三角高程原理

地面点采用水准高程，属于正常高系统，为充分

利用 GPS 高，需要采用一定手段获取 GPS 点大地高，

与正常高之间的几何关系，将大地高转换为正常高

（见图 1）。利用似大地水准面与 WGS84 参考椭球面

的差值，就可将 GPS 点大地高 H 转换正常高。

孜 = H84-H （1）

H = H84-孜 （2）

其中ξ为高程异常，它是有若干连测GPS点的三

角高程和GPS大地高，采用具体数学模型计算出来的。

2 GPS 高程拟合模型

在获取 GPS 点的正常高过程中，如何得到高程

异常是关键，有的采用几何模型，有的采用物理模

型。本文仅介绍几何模型，采用的几何模型分为线形

和面状拟合两大类。具体有：曲线拟合法（多项式曲

线拟合法、三次样条曲线拟合法），曲面拟合法（垂直

平移法、平面拟合法、多项式曲面拟合法）。

2.1 曲线拟合法

假设沿线似大地水准面为一条连续而光滑的曲

线，根据高程控制点的平面坐标及其高程异常值，通

过构造一个插值函数，来拟合似大地水准面曲线，然

后据此内插其它点的高程异常。这里介绍曲线拟合法

典型代表，即多项式曲线拟合法的原理，其他类似。

选用一个 m 次代数多项式作为插值函数，设 ξ

和 X 存在如下的函数关系：

孜m（X）=a0+ a1X+ a2X2 + a3X3 + a4X4 + … + am-1Xm-1

+ amXm+ 孜m （3）

其中（i=0，1，2，…，n）；m≤n；孜m 为拟合残差，通

过最小二乘法拟合，获取待定未知点的高程异常值，

从而获取正常高。

2.2 曲面拟合法

根据测区中已知点的平面坐标（X，Y）或（B，L）

和 ^ 值，用曲面拟合函数进行数值拟合，拟合出该测

区似大地水准面，再内插出待求点的高程异常值，从

而求出待求点的正常高。以下是多项式曲面函数模

GPS拟合高程在测绘工程中的使用探讨张治斌 1 肖 勇 2 夏定辉 2

（1.神华宁夏煤业集团建设工程管理部，宁夏 银川，750011；2. 重庆市地理信息中心，重庆，401121）

摘 要： GPS 技术在平面控制测量中应用广泛，而 GPS 高程未能得到充分利用，尤其在地形测绘工

程中，GPS 高程资源浪费严重。本文针对 GPS 高程拟合方法和模型，结合具体的工程进行应用分析和

探讨，收到了良好效果。

关键词： GPS 高程 拟合

中图分类号：P22 文献标识码：B 文章编号：1674-8492（2013）04-027-03

图 1

第 11 卷 第 4 期

VOL.11 NO.42013 年 7 月

July.2013

似大地水准面

H

H84

ξ

WGS84 椭球面

型为曲面拟合法的典型代表。

孜i=a0+a1Xi+a2Yi+a3Xi2+a4XiY i+a5Yi

2+a6Xi3+a6Xi

3

+a7Xi2Y i+a8XiYi

2+a9Yi3 （4）

其中，（Xi，Y i）为已知控制点的平面坐标，ak（k=0，

1，2…，9）为待求参数，列出误差方程为:

V= AX+孜N伊1 N伊T T伊1 N伊1 （5）

按照最小二乘法原则求出各个参数，建立一个

适合测区多项式曲面函数，拟合出测区似大地水准

面。再根据测量点的位置，获取待求点的高程异常

值，最终获取待求未知点的正常高，从而获取未知点

正常高。

3 精度的评定

为评价 GPS 高程拟合精度及似大地水准面拟合

精度，在布设几何水准或三角高程点时，应多联测

GPS 点，点位均匀分布，并进行外部检核。根据点的

作用不同，评定拟合模型精度，分为内符合精度评定

和外符合精度评定。

3.1 内符合精度评定

根据参与拟合计算已知点的拟合残差△值（参

与拟合计算的联测点的高程异常值，与拟合计算得

到的高程异常值的差值），按下式计算 GPS 水准拟合

的内符合精度：

mn = 依 驻i 驻i蓘 蓡n-1姨 （6）

其中（i=1，2，….n），n 为参与拟合计算的点个数。

采用 2mn 判别该区域 GPS 水准点的拟合残差有无异

常值存在。

3.2 外符合精度评定

根据检核点的拟合残差（参与模型精度检核点

的高程异常值，与拟合计算的高程异常值差值），GPS

水准拟合的外符合精度如下：

子 = 依 兹k 兹k蓘 蓡n-1姨 （7）

其中，k=（1，2，…，n），n 为参与检测点的个数

3.3 GPS 几何水准精度评定

为说明 GPS 几何高程拟合可达到的普通几何水

准测量的等级，根据《工程测量规范》，按下式 GPS 几

何水准测量的限差：

啄 = 依M0 L姨 （8）

再比较每个检核点的 啄i 是否超限。式中，L是检核

点到最近参与拟合计算的 GPS 高程联测点的距离，单

位为 km；M0 为《工程测量规范》的单位中误差，其中四

等三角高程 M0取20mm，五等三角高程M0取30mm。

4 应用实例

4.1 港口工业园区新城规划区工程概况

港口工业园区新城位于重庆朱沱镇、松溉镇，测

区内树林较多，植被茂密，通视条件差，交通条件一

般，测区高差大，相差最大值为 150m 属于典型的山

地地势，联测平面控制已知 3 个 C 级 GPS 点、联测四

个已知二等水准点“II合渝8、II合渝9、II合渝 10、江上

-1-65”的高程，布设 58 个 D 级 GPS 点，覆盖面积约

75 平方公里。其中 38 个 D 级 GPS 点联测四等三角

高程，采用高程拟合方法完成其他点高程控制。图根

控制采用 RTK 方式完成，按照规范完成 1∶500 地形

图测量。控制网设计见图 2。

4.2 高程拟合方法

本工程对参与计算的高程点分布情况，分别采

用不同的模型拟合计算，分为 3 种情况。即：25 个高

程点均匀分布在测区四周及中部（检核点 13 个），18

个高程点分布在测区四周（检核点 20 个），20 个高程

点仅分布在测区中部（检核点 18 个），数据处理统计

精度如下。

表 1 GPS高程点分布在四周和中部的拟合精度统计

内符合精度/m

外符合精度/m

高程检核所达等级

多项式曲线拟合法

0.024 0.027 五等

多项式曲面拟合法

0.012 0.018 四等

张治斌等：GPS 拟合高程在测绘工程中的使用探讨 第 4 期

图 2 工程控制网

GD07

GD11GD10

GD06

GD09

GD04GD05

GD01

GD03GD02

GD08

YJ09YJ10

YJ11YJ12YJ13

YJ19YJ18

YJ14YJ16YJ15

GD15 GD14

GD24GD20GD19GD18

GD12

GD22GD23

GD31YJ17

GD30

GD34GD33GD28

GD29

GD21

GD17GD16

GD27

YJ20GD35GD56

GD37

GD38

GD36

GD39GD40

GD44GD42

GD43

GD41

GD55

GD49

GD52

GD53

GD54

GD51

GD48GD47

GD50

GD46GD45

^

28· ·

Service Discussion on GPS Matching Elevation in Mapping ProjectZHANG Zhibin1 XIAO Yong2 XIA Dinghui2

（1. Engineering Management Department of Shenhua Ningxia Coal Industry Group, Yinchuan, Ningxia, 750011;2.Geography Information Center of Chongqing Municipality, Chongqing, 401121）

Abstract: At present, GPS has been widely used in horizontal control survey. However, the resource of GPS elevation is wasteful for

underutilization, especially in topograph project（GPS elevation are almost underused）. This paper makes a discussion on application methods

of GPS elevation and the frequently- used height fitting model in specific project.

KeyWords: GPS; Elevation; Matching （收稿日期：2013-05-08 责任编辑：杨 静）

根据上面的拟合成果和检核效果，得出结论：在

大面积范围内联测高程点分布合理条件下，采用曲

面拟合法获取正常高的效果最好，采用线性拟合法

效果差。本工程采用 GPS 高程点分布在四周和中部

的布设结构，采用多项式曲面拟合法实高程控制，可

达到四等三角高程等级。同时，以此为条件采用 RTK

方式做图根控制测量，并与已知测量成果比较检核，

检核结果见表 4。

5 结论

目前，在没有进行似大地水准面精化的测区，适

当选择 GPS 高程拟合模型，联测适当高程点，采用

GPS 高程拟合方法，完全可以实现 GPS 高程测量代

替常规的三角高程测量，可大大提高作业效率。但使

用中需要注意如下问题：

（1）GPS 控制网度严格按照规范执行，依据地形

布设，保证控制网的强高。

（2）GPS 网中高程点分布需符合测区特征，尽量

利用已有高程点外，在 GPS 网中增设高程重合点，控

制网外围和中部布设 GPS 高程重合点。高程重合点

的数量和分布，对于拟合效果有着直接的影响。

（3）高程拟合模型的选择，需要结合测区的空间

分布特性与范围的大小。

（4）考虑 GPS 重合高程点的可靠性。由于 GPS 高

程重合点的等级、测量时间、精度的差别及联测的误

差，在使用时，须对联测高程点的可靠性进行检测，

以保证拟合精度。

（5）GPS 数据处理很重要，在使用相关软件时，需

要特别注重基线解算质量和三维无约束平差精度，

它们直接关系到 GPS 高程拟合的效果。

参考文献

［1］徐绍铨，等.GPS 测量原理及应用［M］.武汉：武汉测绘科技大学出

版社，199.

［2］邸国辉，姜卫平.GPS 水准及其在测绘工程中的应用［J］.地理空间

信息，2006（1）：6-8.

［3］魏二虎，黄劲松.GPS 测量操作与数据处理［M］.武汉：武汉大学出

版社，2004.

作者简介：张治斌（1974-），现供职于神华宁夏煤业集团建设

工程管理部，主要从事工程管理工作。

表 2 GPS高程点分布在测区四周的拟合精度统计

内符合精度/m

外符合精度/m

高程检核所达等级

多项式曲线拟合法

0.030 0.037 等外

多项式曲面拟合法

0.017 0.025 五等

内符合精度/m

外符合精度/m

高程检核所达等级

多项式曲线拟合法

0.032 0.052 未

多项式曲面拟合法

0.027 0.041 未

表 3 GPS高程点分布在测区中部的拟合精度统计

表 4 RTK测量已知成果检核比较

点名 △X（m） △Y（m） △H（m）

D08 0.000 -0.011 0.012

D11 0.004 -0.012 0.011

D15 -0.001 -0.026 0.010

D29 0.024 0.024 0.015

D40 0.020 0.021 0.011

D41 0.019 0.024 -0.010

D42 -0.005 0.021 0.017

D33 -0.005 0.020 0.013

D44 0.017 0.022 0.005

D36 0.026 -0.028 -0.010

D48 -0.023 0.027 0.016

D50 0.003 -0.012 0.001

第 4 期 29· ·

随着煤矿树脂锚杆支护技术的迅速推广应用，

煤巷顶、帮、底板的钻孔工作量愈来愈大，钻孔作业

中产生大量煤粉尘。井下煤粉尘主要危害有两个方

面：①对人体的危害。如果人的肺部长期吸入大量的

煤尘，是导致尘肺病的根源，尘肺病是目前危害较大

的一种矿工职业病。②煤尘爆炸危害。煤尘爆炸是煤

矿的严重灾害之一，它严重威胁着矿井安全。为最大

限度地降低掘进工作面及其它作业场所的煤尘浓

度，保障全矿井下工人的身心健康和矿井安全生产，

就必须采取综合的防尘措施。即对各个环节都采取

实施有效的防尘措施，而防尘工作，是煤矿安全工作

的重要工作之一。

由于煤矿现代化企业工作环境质量要求愈来愈

严格，掘进工作面的爆破钻孔、打树脂锚杆支护必须

采用湿式钻孔，迫切需要高灭尘性能的锚孔钻装设

备。目前，神华乌海能源五虎山矿业公司各综掘队，

均使用江阴市伊科赛机械有限公司生产的 MQS—

35/1.6 型气动手持式锚杆钻机（以下简称钻机）。

在实际使用时发现，湿式钻孔并不理想，存在水

路易阻塞、排气通道堵塞、水压不稳定的问题，使钻

机不能正常运转。同时还存在工作现场粉尘大、职业

病发生率高、维修成本高、日常维修工作量大等问

题。这些问题的存在，致使锚杆支护的速度跟不上掘

进速度，锚杆支护的质量得不到保障，制约着掘进

的生产速度。严重影响了煤矿安全与生产的顺利进

行。为从根本上解决这些问题，改进了气动手持式锚

杆钻机钻杆连接器，降低了生产成本，减少了日常维

修工作量，生产效率大大提高，改造的方案均为自主

设计。

1 锚杆机的组成部分及工作原理简介

1.1 锚杆机的组成

该钻机属于大扭矩、高转速机具。由马达传动部件、

水手把部件、气把手部件、注油器等部件组成，见图1。

1.2 工作原理

钻孔时打开马达控制阀，压缩空气工作应保持

0.4～0.63MPa，压缩空气要洁净、干燥，经过滤网、注

油器（压缩空气管路上配置注油器，保证润滑），滤网

后进入锚杆钻机手把，压缩空气驱动齿轮式马达，经

齿轮减速带动主轴，顺时针方向旋转开始工作，调节

把手控制阀可控制马达的工作状态。湿式钻孔时接

进水管，因先打开管路上的水阀，将管路内杂质或积

水吹除，并将管接头清洗干净。进水管接在水手把进

水口，开启水手把水阀，冲洗水经管路、滤网、主轴内

孔进入钻杆连接器、注水钻杆、注水钻头，冲洗钻孔

内钻头破碎煤岩，碎粒随水流携带到孔外，保证了钻

杆高速运行。调节水阀的开启量，即可调节水量的大

小。实施湿式钻孔钻杆，必须采用六棱空心钻杆或麻

花空心钻杆，并使用钻杆连接器，见图 2。

浅谈气动手持式锚杆钻机实现湿式钻孔的改进李 刚 杨洪亮

（神华乌海能源五虎山矿业公司，内蒙古 乌海，016042）

摘 要： 在使用“气动手持式锚杆钻机”实际操作时，发现厂家产品不能实现湿式钻孔，带着问题从

设计、工作原理、零部件损坏等方面，结合实际情况深入分析锚杆机本身及钻杆存在的问题，对气动

手持式锚杆钻机湿式钻孔方式进行了探索，最终找到了改进方案，实现了湿式钻孔，现已在生产实践

中推广应用，并取得了良好的效应。

关键词： 锚杆机 湿式钻孔 钻杆连接器 改进

中图分类号：TD4 文献标识码：B 文章编号：1674-8492（2013）04-030-03

第 11 卷 第 4 期

VOL.11 NO.42013 年 7 月

July.2013

图 1 气动手持式锚杆机组成部分

97

6

1

2

3

4

5

8

1- 马达部件；2- 水把手部件；3- 管接头；4- 水管；5- 喉箍；

6- 螺钉M8×25；7- 垫圈；8- 气把手部件；9- 注油器壳体

1.3 影响湿式钻孔的主要原因

（1）降尘用水经水手把进入主轴内孔，再进入钻

杆连接器，管路污垢较多，管道堵塞不畅通。污垢造

成润滑减少，气动锚杆机主轴与齿轮箱水密封圈时

常损坏，致使锚杆机内多处渗漏，破坏气动马达内零

件表面的油膜，腐蚀齿轮和轴承，造成锚杆机不能工

作。钻孔时钻杆摇摆（钻杆连接器和气动锚杆机钎套

口，因磨损间隙大），造成钻杆连接器水密封圈损坏，

影响封水效果。因此，要经常更换钻杆连接器水密封

圈，以免影响钻孔工作效率。

（2）水压大时，会使钻杆顶出钎套口，形成钻杆与

锚杆机分离；水压小时会，影响煤岩屑及时从钻孔中

排出，从而不能充分发挥钻机效能。同时，还因堵钻

形成反扭力断钻杆，带来安全隐患。

（3）要经常更换钻杆与钻套之间的钎套密封圈，

井下钻套和钻杆连接处的漏水现象非常严重，压力

水四处乱射，作业人员操作不便。而且漏水造成压力

水不能充分地冲洗钻头，冷却和排屑不充分。

经研究后发现，上述原因均为注水选择位置不

合理，导致钻机的使用效能及降尘效果较差，需改

进。

2 改革方案

根据以上存在的问题,五虎山矿业公司相关人员

制定改进方案，开展技术攻关。经过大量试验，最终

成功实现了气动手持锚杆机湿式钻孔。改进后的设

备较好地达到了合理的降尘目的，现已在生产实践

中推广应用，并取得了良好的效应。

（1）气动锚杆机不做改动，将气动锚杆机与钻杆

之间的钻杆连接器（见图 3），改为注水钻杆连接器

（见图 4），这样水不经锚杆机内部直接进入钻杆，解

决了水腐蚀气动锚杆机内部零件，造成锚杆机不能

工作的问题。同时，可以解决钻杆连接器水密封损

坏、密封圈更换频繁（每班更换 5～6 个密封圈）、影

响工效的问题。

（2）连接器钻轴水孔孔径由过去的 2mm 改为现

在的 6mm，解决了注水钻杆及注水钻头，因水压不稳

定，造成钻杆与钎口脱离或堵钻、断钻杆的安全隐

患，降尘效果显著提高。

3 改进后的工作原理

湿式钻孔时接进水管前，一定要打开阀门冲管路

杂质，将管头清理干净，再把进水管接到注水钻杆连

接器管接头上（冲洗水不经气动锚杆机内部），直接

经注水钻杆连接器进入钻杆。使用改革后的气动手

持式锚杆机湿式钻孔方案冲洗水，必须洁净，上过滤

水器，否则水路容易阻塞。水压必须保持在 0.6～1.2MPa

之间。如水压低，影响煤岩屑及时从钻孔中排出，从

而不能取得理想的钻速，不能充分发挥钻机效能。每

次完成钻孔作业，先关闭水阀钻机空转几秒钟，排尽

钻孔内部积水。同时必须使用合格的通水空心钻杆

和钻头，增加钻杆出水，见图 5。

4 注水钻杆连接器结构简介及工作原理

如图 6 所示，注水钻杆连接器由轴、孔用弹性挡圏圈、挡圈、轴承、橡胶密封 、管接头、壳体、轴用弹性

挡圈组成。装配好后，轴应能灵活转动。管接头与壳

体的焊接处，不得有漏水现象。

图 5 改进后气动手持式锚杆机工作组件

接进水管

4321

1- 气动手持式帮锚杆钳机；2-钻杆连接器；3- 空心麻花钻杆；4- 空心钻头

李 刚等：浅谈气动手持式锚杆钻机实现湿式钻孔的改进第 4 期

图 2 气动手持式锚杆机工作组件

1- 气动手持式帮锚杆钳机；2- 钻杆连接器；3- 空心麻花钻杆；4- 空心钻头

1 2 3 4

钻杆连接器

图 3 改进前注水钻杆连接器

图 4 改进后注水钻杆连接器

A-A

1 2 3

A

A

1- 轴；2- 筒体；3- 管接头

31· ·

心轴在气动锚杆机的带动下，在壳体内做旋转运

动，心轴端面与空心钻杆上钻有直径为 6mm 的孔，与

管接头处相通。接通管接头时，水压应保持在 0.6

~1.2MPa。水流在心轴的旋转及水压的作用下进入壳体

内腔，再进入心轴内，从而进入空心钻杆内（心轴与空

心钻杆是螺纹连接），达到冲洗钻头、冷却和排屑的

作用。为了克服冲洗水进入壳体后，再进入轴承内，使

轴承润滑脂融化，加速轴承磨损，破坏钻机的动力传

动，要在壳体内装有 Y 形橡胶密封圈，采用双面带密

封的轴承，在内部两重保护下，提高密封效果。

5 注水钻杆连接器的优点

（1）水流直接通过注水连接器进入空心钻杆，不

再经过气动手持式锚杆钻机内腔，从而不会因冲洗

水冲刷，破坏气动马达内零件表面的油膜，使润滑恶

化，并使内结水垢，堵塞气、水道，使钻机不能正常运

转，降低气动手持式锚杆钻机的损坏率。

（2）不再经常更换钻杆与钻套之间的钎套密封圈，

井下钻套和钻杆连接处的漏水现象得到解决。

（3）压力水能充分地冲洗钻头，冷却和排屑的效

果显著，大大提高了降尘的作用。

6 结语

高新技术的发展，有利于锚杆孔钻进技术的变革。

几十年来，锚杆孔钻进设备已有了一定的提高，随着知

识经济的发展，锚杆钻机及其配套钻具会逐渐有所变

革。预计会引起产品的重大变化、结构参数的优化以

及高科技新材料的应用，使锚杆钻机性能更进一步提

高。锚杆孔钻进设备是锚杆支护的关键设备，它影响

着锚杆支护的质量———锚杆孔的方位、深度、孔径的

准确性以及锚杆安装质量，又涉及操作者的人身安

全、劳动强度与作业条件。锚杆孔钻进设备的核心是

高效与安全。发展煤矿锚杆孔钻进设备，以高效、安全为

核心，就会有强劲的竞争力，这是产品具有发展前途

的根本。

五虎山矿业公司通过对气动手持式锚杆钻机的

改进，实现了湿式钻孔，使掘进巷道钻孔时彻底实现

了无煤尘。同时降低了气动锚杆钻机事故率，缩短了

钻孔工作时间。此技术小改进给企业降低了生产成

本。通过以上篇幅对技术改进的分析，可以看出潜在

的费用节约。通过改进为公司节约成本，改进前后的

费用对比如下表所示：

由此可见，通过对不合理的设备和操作方式进

行调整改进，以实现系统整体优化而节约成本。

改进后气动手持式锚杆钻机操作和安装过程简

单，技术可行。希望此经验能为气动手持式锚杆机的

改进及发展，提供有用的参考资料。

作者简介：李刚（1969-），1990 年毕业于煤炭技校，现任神华

乌海能源五虎山矿业公司机电科副科长。

Development on Wet-type Drilling of Pneumatic Handheld JunbolterLI Gang YANG Hongliang

（Shenhua Wuhai Energy Wuhushan Mining Company, Wuhai, Inner Mongolia, 0160420）Abstract: While operating pneumatic handheld jumbolter, we found that the product can not drill in wet-type. So the exploration was made on

wet-type drillings of pneumatic handheld jumbolter in design, operating principle and parts damage, combining with the actual conditions to

have a in-depth analysis on the existing problems of roof bolter and drill pipe and explores the wet-type drilling way of pneumatic handheld

jumbolter. Finally, they found the improvement scheme realizing wet-type drilling. And it has been widely used in production practice with

favorable effect.

Key Words: Roof Bolter; Wet-type Drill; Drill-stem Connector; Improvement （收稿日期：2012-07-24 责任编辑：杨 静）

湿式钻孔共产生的费用节约

项目 日节约数量 日节约费用（元） 年节约费用（元）

工时 90~180min 1000 365000

工业用水 4t 4 8030

职业病防治费 30 元 / 人 300 43800

钻头 5 支 / 班 600 219000

产品加工成本 250 元 / 个 -250 -91250

总费用节约 544580

第 4 期

图 6 注水钻杆连接器结构图

1- 轴承；2- 孔用弹性挡圈；3- 挡圈；4- 轴承；5- 橡胶密封圈；

6- 管接头；7- 壳体；8- 轴用弹性挡圈；9- 挡圈

1 2 3 4 5 6 7 8 9

A

A

A-A

32· ·

1 前言

羊场湾煤矿 Y252 综放工作面南至 F7 正断层北

翼 30～308m，北至二采区二煤回风下山，西与 Y232

运输顺槽留设 35m 煤柱相邻，东与实体煤相接。羊场

湾 Y252 综放工作面走向长 1538m，倾斜长 195.8m，

煤层倾角为 10°~15°，倾角平均为 12°，硬度系数

f=1~2，为沉积稳定结构简单的厚煤层，平均煤厚 8.4m，

含矸 0.3m。该综放工作面采用走向长壁后退式综采

放顶煤采煤法，全部跨落法控制采空区顶板。综放工

作面瓦斯绝对涌出量 3.6875m3/min，煤尘爆炸指数为

34.38%，煤层自燃发火期 23 天，所采煤层为 2# 煤层，

着火点 305℃，煤层自燃等级为Ⅰ级。

羊场湾煤矿 Y252 综放工作面通风方法，采用全

风压 U 型通风方式，Y252 机巷为进风巷、Y252 风巷

为回风巷。Y252 综放工作面在回撤过程中，采用局部

通风系统。

2 煤自燃发火过程及原因分析

Y252 综放工作面于 2011 年 8 月 12 日到达停采

线位置，之后由建井处开始回收工作面前后刮板机

及顺槽转载机。由于准备工作不到位，造成工作面支

架推后了一个月还未正式回撤。致使工作面风流中

CO 气体浓度达到 600ppm。但是气体中没有 C2H2 气

体，没有温度和烟雾显现，说明工作面没有明火。90#

支架 CO 浓度达到 1000ppm，90# 支架后方出现高浓

度 CO 气体，表明高温点在 90# 支架以下的支架后

方。由于撤架时工作面上、下隅角封闭较严，风量较

小，采空区埋管注氮量大，因此支架后方 20m 及远处

的采空区 CO2 浓度均低于 10%，不可能氧化自燃发

火。由此综合判定，高温点在工作面 1~90# 支架尾梁后

部采空区 20m 范围内。为此，立即采取临时封闭措施。

根据 Y252 综放工作面的实际生产条件和煤自燃发火

特点进行分析，其煤自燃主要有以下几个原因：

（1）综放面开采方式在停采线前都有 20m 左右范

围开始不放顶煤，遗留了大量的浮煤在采空区，尤其

是在两道，不但浮煤量较大，而且漏风较为通畅，为

煤自燃埋下隐患。

（2）羊场湾煤矿 2# 煤样自燃发火期为 23 天左右，

属于极易自燃煤层，加上工作面回收速度较慢，停采

后的 1 个月内，为采空区浮煤提供了很好的氧化条

件及充足的氧化时间，从而引起热量积聚，进而发生

煤自燃的现象。

（3）工作面第一次临时封闭的时间，正好处于煤

自然发火期前后，采空区内因氧化产生的大量热量

因为封闭不能及时散失，加上临时密闭效果较差，不

能起到理想的密闭效果。因此，导致了封闭后采空区

煤自燃的继续恶化，CO 气体浓度持续上升的现象。

根据多年的防灭火经验，高温煤炭如果不用大

量的水和高分子灭火剂包裹覆盖，其氧浓度再低，仅

依靠岩体本身的降温，靠自然地降温，温度的降低都

将需数年时间。为此，特提出 Y252 工作面封闭期间

防灭火的关键措施为：1~90# 支架至支架后方 20m 的

范围，在封闭期间通过措施巷打高位钻孔注水、注高

分子灭火剂冷却高温煤炭；地面打钻孔，注液氮降温

降氧。

综合防灭火技术在综放回收工作面的应用周振山

（神华宁夏煤业集团生产指挥中心，宁夏 银川，750011）

摘 要： 根据羊场湾煤矿 Y252 综放工作面回收期间煤自燃发火的实际特点，制订了预防为主、安

全可靠的综合治理措施，采用工作面支架后部和老空区胶体隔离，深部采空区大流量注胶、注水降温

的主要措施。同时辅以连续式封闭注氮，为启封后支架回收创造了有利条件。在工作面启封后局部高

温点的处理过程中，采用以注水、注胶为主的综合处理措施，有效地控制了 CO 气体的超限，保证了工

作面的顺利回收。

关键词： 煤矿 综合防灭火技术 应用

中图分类号：TD75 文献标识码：B 文章编号：1674-8492（2013）04-033-03

第 11 卷 第 4 期

VOL.11 NO.42013 年 7 月

July.2013

3 封闭期间消除高温点措施

3.1 井下注气氮降氧措施

工作面封闭后，通过采空区进风侧埋入的 30m处

的管路，向采空区连续注氮，注氮流量大于 2000m3/h。

3.2 地面钻孔注液氮降氧、降温措施

在地面沿支架后方 20m，平行于工作面布置 3 个

钻孔，钻孔终孔位于 30#、60# 和 90# 架后部 20m，钻孔

以打透到采空区为准，通过钻孔直接向工作面采空

区注液氮降温降氧。

3.3 高温点注水和高分子灭火剂

通过施工一条措施巷，在措施巷中打高位钻孔，

将注浆水和胶体灌注到高温点。①在工作面封闭期

间，如果不对支架后方的高温煤体注水注高分子灭

火剂，工作面启封后在 3 天之内，这些高温煤体就会

因供氧而被剧烈氧化，其产生的高浓度 CO 气体使工

作面面临第二次封闭。②如果通过工作面启封后，再

在工作面补打钻孔注浆，不但时间来不及，而且工作

面打钻，由于有支架的阻隔，不能按需要布置钻孔。

斜钻孔注浆，容易从下部裂隙漏浆，其覆盖面积也有

限，根本达不到高位水平钻孔的注浆效果。为此施工

措施巷，是这次撤架能否防火成功的关键。

3.3.1 措施巷布置

措施巷布置如图 1 所示：

从工艺巷正对工作面 90# 支架掘 30m 小上山，到

离工作面煤壁 10m 处，然后沿煤层顶板，平行于工作

面掘巷道与回顺相交形成措施巷，措施巷总长度为

165m，高于煤层底板 8m。为了尽快掘出措施巷，可在

工艺巷和机巷同时施工，两条巷道对接。

3.3.2 措施巷钻孔布置

为了有效地降低工作面支架以里 20m 范围采空

区浮煤的温度，并形成隔绝带，在措施巷分别向采空

区打长钻孔 12 个和短钻孔 27 个。

长钻孔布置如图 2 所示：用岩石电钻打钻，巷道

宽度要求在 2.6m，不用另外设置钻场。钻孔终孔位于

支架尾梁后方 10~15m，高于煤层底板 8m。钻孔从工

作面 100# 支架向 1# 支架开始排列，间距为 13m。钻孔

用外径为 Ф50mm 的套管打，套管不取，然后再用小

钻将套管内碎煤顶出，保持钻孔内套管的畅通。为了

便于注水和注浆，每个钻孔均用 Ф50mm 的阀门连

接。打钻时 3 台钻机同时施工，打钻孔的时间为 4天，

钻孔的总长度约为 480m。

短钻孔用岩石电钻打钻，不需设置钻场，短钻孔

终孔位于支架尾梁后方 2~4m 处，高于煤层底板

6~8m。钻孔从工作面 100# 支架后方开始排列，一直

排列到工作面下隅角，间距为 5m。钻孔用外径为

Ф50mm 的套管打，钻孔打好后套管不取。

此外，为了监测采空区高温浮煤的气体和温度，

还需分别在 40# 支架和 88# 支架这两个 CO 气体较高

的支架上方，打两个观察孔，钻孔终孔位置在支架后图 1 措施巷及钻孔布置

机巷

工艺巷

钻孔

措施巷

措施巷

28#

51# 支架

90# 支架

100#

风巷

钻孔

支架

措施巷

工艺巷

图 2 措施巷长钻孔布置

回风顺槽

12

11

928

8

751 号支

6

5

4

3

2

1

钻孔

100# 支架

进风顺槽

周振山：综合防灭火技术在综放回收工作面的应用 第 4 期34· ·

方 10m，高度为高于煤层底板 8m，用 Ф50mm 的套管

打钻。

3.3.3 钻孔测温

钻孔打好后，立即用红外测温仪测钻孔气体温

度，并用热敏电阻伸进钻孔孔底测高温浮煤温度。如

果测到钻孔内温度较高，则此钻孔必须做为重点注

浆的钻孔。

3.3.4 钻孔注水、注胶

为了加快进度，采用边打钻孔边注水和高分子灭

火剂。每个钻孔先注水 2h，同时注水的钻孔为 2 个，注

水的总流量为 50m3/h，每个钻孔可注水 50m3。注水后

每个钻孔注高分子灭火剂 0.5t，39 个钻孔总计注高分

子灭火剂 20t，注水和注高分子灭火剂的时间为 4~10

天。注水时应注意观察密闭向外出水情况。

3.3.5 启封工作面

掘措施巷、打钻和注水注高分子灭火剂的时间

约为 30 天，工作面预计于 30 天后启封。启封时先由

救护队进入闭内侦察，然后启开进风密闭实行局扇

通风，工作面气体温度符合煤矿安全规程后，立即进

行工作面的回撤工作。

4 工作面启封后防复燃措施

虽然进行了措施巷打钻注水注胶，但难免有注

不到浆的死角。因此，工作面启封后，应进行有效的

防火措施。

4.1 注氮

工作面启封后，应加大注氮流量，地面两台

1000m3/h 的制氮机和井下两台 600m3/h 的制氮机同

时开动，总注氮流量为 2000~3000m3/h，注氮地点为：

①采空区进风侧 30m 处埋设的注氮管。②Y272 回顺

向 Y252 下隅角以里 12m 处，打 1 个注氮钻孔，钻孔

终孔高于煤层底板 1m，以打透到采空区为准。通过

此钻孔注氮气，注氮纯度为 98%，注氮方式为连续注

氮。地面注液氮钻孔也可同时注液氮，在刚开始注液

氮时，撤除工作面所有作业人员，待情况正常后作业

人员才可进入工作面。

4.2 补打钻孔

撤架时，每班对支架尾梁和架缝进行温度和气

体检测，发现有异常情况，立即在措施巷或工作面补

打钻孔注水。

4.3 对 100#支架以上的支架处加强注水

由于封闭期间只对工作面 100# 支架以下支架进

行了钻孔注胶和注水，因此工作面启封后，应立即利

用以前在 100# 支架以上支架打的钻孔注水。

4.4 加快撤架速度

为了防止产生新的高温点，矿井加快撤架速度。

每个班特别重视加强准备工作，减少了回撤支架过

程各环节的影响，提高了支架的回撤速度。

4.5 准备了应急措施

为了以防万一，在工作面还安装了均压通风设

备，在回风巷设置 3 道风门。在支架通过风门时，始

终保持有一道风门关闭，均压后，工作面风门内外压

力可保持在 30mm 水柱左右。

5 结论

（1）灵武矿区所开采的煤层，属于极易自燃煤层，

而且煤层较厚，目前该煤层主要采用综放和大采高综

采方式，在停采线附近留有大量的浮煤，为煤自燃提

供了良好的环境。因此在回收期间，必须通过合理的

施工组织，争取以最快的速度撤架。根据灵武矿区近

年来工作面回收期间 CO 气体超限进行分析，只要从

停采到撤架结束的时间大于 30 天左右，就有 CO 气

体加速升高的现象，超过 40 天左右，就会出现局部

高温的现象。

（2）针对灵武矿区回收期间煤自燃比较严重的现

象，必须在回收前 100m、50m、30m 的位置，提前在

上下顺槽进行灌浆注胶的措施。同时进行连续式注

氮，减少采空区的漏风量，增加煤自燃周期。

（3）在工作面距离停采线 30m 的范围内，在两个

顺槽预留注氮、注浆管路。如果工作面倾向长度超过

150m，停采后，还需要在架间每隔 50m，施工两个应

急钻孔，深钻孔深度 30m，用来灌浆或者注氮；浅孔深

度为 6m，用于压注高分胶体灭火剂，终孔高度接近煤

层顶板。

（4）因为煤自燃的原因复杂多变，因此在针对回

收期间的煤自燃隐患，必须分析其发火特点、原因及

地点，然后采用不同的防灭火技术进行综合治理，才

能够起到更好的作用。本文采用胶体为主、注氮为

辅、注水直接灭火的综合措施，不但保证了工作面的

安全启封，同时在后期局部高温点处理过程中，也十

分有效。

（5）采空区注液氮的防灭火措施，对消除采空区

的高温点，降低采空区温度具有很好的效果，该项防

灭火措施的成功实施，为宁东矿区 （下转第 39页）

第 4 期 35· ·

乌兰煤矿是神宁煤业集团的主焦煤矿井之一，

矿井设计能力 240 万 t/a。矿井主要可采煤层有 4 层，

分别为 2#、3#、7#、8# 煤层。其中 3# 煤层在井田的北部

分岔为一 2 下# 煤层，煤层结构复杂，一般夹 4~5 层夹

矸，煤层全厚一般为 0.6~6.6m，平均 5.44m。由于 2 下#

煤层上分层夹矸较厚，夹矸松软、易碎，在掘进过程

中极易冒落，因此为控制住顶板，风机巷、切眼均采

用锚网索支护沿直接顶板掘进。

2 下# 煤层全层开采灰分高达 44%，开采底分层

灰分可降为 31%，为提高煤质，提高经济效益，工作面

须沿底板开采，工作面两端部沿顶板开采，中部沿底

板开采，形成一个最大走向俯角 21°、倾向倾角 36°的

综采工作面，对采场管理、设备管理均造成很大的管

理难度。

1 工作面概况

52 下 49 工作面倾斜长 163m，走向长 722m，直接

顶板为粉砂岩，厚度 1.4~2.6m，层理较为发育。工作面

采用波兰生产的 TAGOR-4800/12/28-POZ 型支撑掩

护式液压支架对护顶板，支架的最小支撑高度为 1.2m，

最大支撑高度为 2.8m，采煤机为 MG-300/720-AWD

型电牵引采煤机，采煤机最大卧底量 300mm，最小截

割高度为 1.7m。根据煤层赋存厚度、支护条件，确定

本工作面机采高度为 2.4~2.6m。

2 开采层位的确定

2 下# 煤层接近顶板位置有一层 0.6~1m 厚的夹

矸，如采此夹矸，原煤灰分将达到 44%，对煤炭质量

影响较大。如工作面沿底板开采，不采此夹矸，原煤

灰分可降低 13%。因此，从煤炭质量及经济效益考

虑，工作面沿煤层底板开采。

因工作面切眼及风机巷均沿煤层项板布置，这

样工作面如沿煤层底板开采，沿走向必须卧底开采，

采至煤层底板；沿倾斜方向，为保证上下出口畅通，

两端沿顶板开采，中部沿底板开采，这样形成一个形

状如“锅底”式的工作面。

3 存在问题

因 52 下 49 工作面煤层最上一层夹矸厚度 1m，

且易碎，极难留住。为使工作面尽快由顶板采至底

综采工作面大角度俯斜开采的实践张军颖

（神华宁夏煤业集团乌兰煤矿，宁夏 石嘴山，753000）

摘 要： 针对综采工作面两端部沿顶板开采，中部从顶板过渡到沿底板开采，形成一个最大走向俯

角 210、倾向倾角 360 的综采工作面，在开采实践中解决了支架防倒、端面漏顶、运输机倾斜状态下的

运行等技术难题。

关键词： 综采工作面 大角度 俯斜开采

中图分类号：TD8 文献标识码：B 文章编号：1674-8492（2013）04-036-04

图 2 工作面走向剖面图

第 11 卷 第 4 期

VOL.11 NO.42013 年 7 月

July.2013

图 1 52 下 49 8 回采工作面上、下端头留底煤开采示意图

52 下 49-8 风巷

36°52 下 49-8 机巷

底煤

52 49-8

23°

板，在实践中，采取大角度卧底俯斜开采，最大俯角

达到 21°。同时工作面两端沿顶板开采，并逐渐过渡

到底板，过渡区倾角达到 36°。因此工作面能否安全

顺利开采，必须要解决以下几个问题：

（1）工作面中部沿走向自开切眼开始，按 -21°俯

斜开采，支架端面距大，且顶板为煤（矸）顶，易发生

漏顶事故，顶板管理难度大。

（2）工作面正常推进，过渡区的顶板很难控制，

也易发生漏顶事故。

（3）大倾角下开采，支架稳定性差，极易发生咬

架、倒架 。

（4）按 -21°俯斜开采，运输机向煤帮侧倾斜，易

造成运输机联接销及采煤机导向滑靴断裂，对设备

损坏较大。

4 解决办法及采取的措施

4.1 俯斜开采时的顶板管理

俯斜开采造成支架端面距过大，支架不能及时

支护新暴露出的顶板，易发生端面漏顶事故，在实践

中，主要采取了以下措施，保证了工作面由顶到底的

开采工。

（1）因 52 下 49 工作面煤层最上一层为高岭土夹

矸，且厚度达到 1m，不易留住，在实践中采取将工作

面采高先调高到 2.7m，6 个环后，采煤机只割底刀并

卧底 300mm，移架时一次降低支架高度到 1.7m，留住

该工作面的最上一层高岭夹矸。

（2）工作面开采 6 个循环后，每循环留顶煤厚度

不小于 150mm，每循环卧底量 150~200mm，支架支撑

高度控制在 1.7~2.3m，直至卧采至煤层底板。

（3）为控制漏顶，工作面自开切眼开采，每循环

在工作面支架上方铺设单层小眼金属网，短边搭接

（500mm），长边对接。

（4）减少顶板暴露时间及时追机移架，及时支护

新暴露出的顶板。

（5）支架工移支架时，要做到少降快拉，及时维

护顶板，严禁长时间空顶，顶板破碎时必须及时超前

带压擦顶移架。

4.2 工作面过渡区顶板管理措施

因工作面风机巷均沿顶板施工，为保证上下出

口的畅通，工作面自机头或机尾至工作面中部均有

一段由顶板到底板的过渡区，对过渡区的顶板管理

主要采取了以下措施：

（1）在工作面过渡区内即自机尾向下、自机头向

上 20m 范围内支架上方铺设单层小眼金属网，防止

架间漏顶。

（2）采煤机割煤通过后，打伸护帮板，将金属网

挑起，与新暴露的顶板一平，然后将支架伸缩梁伸

出，最后移架。如顶板较碎或煤壁有片帮时，可超前

移架。

（3）工作面过渡区顶、底板必须割平缓，确保支

架、工作面运输机平缓过渡，严禁顶、底出现台阶。

4.3 工作面俯斜及过渡区段发生片帮及漏顶特殊处

理措施

（1）工作面片帮深度在 0.8m 以内时，必须及时伸

出支架伸缩梁，打开护帮板监时支护。支架护帮板要

及时紧贴煤帮，严格控制采煤机割煤高度。采煤机割

煤时应超前一架收回护帮板，不准过早收回护帮板。

（2）工作面片帮、漏顶深度在 1.5m 以上时，采取

支设戗柱或戗棚的方法进行维护。

（3）支设戗柱、戗棚的位置为：工作面运输机铲煤

板，支柱为 DW-3.5m 的单体，棚梁为长度适当的木板

梁（φ180～200mm 一面去皮柳木）或 π 型钢梁。

（4）支设戗柱或戗棚的方法为：先在片帮漏顶范

围内的护帮板下挂小眼金属网，并用铁丝将金属网

与护帮板进行联接，然后将木板梁或 π 型钢梁拴在

金属网上后支设单体。

（5）支设戗柱或戗棚时，必须用注液枪将单体稍

升上劲后，人员撤出，将液压枪用铁丝绑牢进行远方

操作。

（6）支设单体必须用φ9－6×19-1500mm的钢丝

绳扣或铁丝吊挂在支架顶粱下面，对于在铲煤板上

支设的戗柱或戗棚到硬帮后，必须及时架设走向抬

棚，棚距 0.6m，棚腿为 DZ-2.2m 或 DZ-2.5m 的单体，

棚梁为木板梁或 π 型钢梁，所支设的抬棚梁一端挑

在支架前梁下面，用 φ9－6×19-1500mm 的钢丝绳

扣与顶梁进行联接；另一端支设单体，支设的单体必

须保证采煤机能正常通过。

4.4 工作面过渡段预防咬架、倒架措施

（1）支架工在工作面上下过渡段拉移支架时，要

根据现场实际情况，吊架并在支架下垫木垫。及时调

整支架状态，防止支架咬架、倒架。

（2）在工作面过渡段变坡处支架的顶梁上设一套

防倒装置，使该范围下部的支架做为排头架来稳固

其上部支架，预防支架倾倒。

张军颖：综采工作面大角度俯斜开采的实践第 4 期 37· ·

防倒装置的设置方法为：以该区段变坡点处的

一个支架为排头，将该支架的顶梁与其上第 6 架的

支架底座、使用缸径 180mm 的千斤和 Ф26×92mm

的圆环链进行连接，使该范围下部的支架做为排头

架来稳固其上部支架，预防支架倾倒。

（3）移架时，支架立柱可下降 150~200mm，以移

动支架为标准，同时使用斜拉千斤和侧护千斤进行

调整，必要时可使用 1.4m 单体配合调支架底座，使支

架垂直于顶底板；使用单体支柱调架时，单体支柱的

底跟必须有特制的防滑铁鞋。

（4）底板倾角大于 300 处的支架移设，为防止出

现支架倾倒，在移此处支架时，需要使用单体在被移

支架下侧支设戗柱作辅助移架。单体柱头支设在支

架顶梁下，并用 Ф9mm 长 2.5m 的钢丝绳捆牢侧护千

斤或立柱上，柱根支设在下一架底座上，柱根必须穿

特制的铁鞋。

4.5 保证运输机正常运输措施

工作面俯斜开采，将造成工作面运输机向煤壁

严重倾斜。为保证运输机正常运行，每循环割煤前，

作业人员必须使用 1.4m 或 1.6m 单体液压支柱，将工

作面运输机靠煤壁侧吊起，并在溜槽下加垫木垫，使

工作面运输机缓慢倾斜，工作面运输机平缓过渡，避

免工作面运输机出现卡阻现象。

4.6 大俯角开采过程中工作面的管理

4.6.1 改善采煤机运行情况

（1）根据采煤机的平滑靴磨损的严重的情况，在

该采煤机所允许的范围内将采煤机的平滑靴加厚了

100mm，使采煤机的重心向采空区侧偏移，改善了采

煤机导向滑靴的受力情况。这样，在采煤机的运行过

程中，减轻了平滑靴的磨损、导向滑靴和齿轨轮的损

坏，保证了采煤机的正常运行。

（2）采煤机滚筒上安设档煤板，在采煤机正常割

煤的过程中，将煤壁产生的反作用力用于采煤机的

运行阻力，减轻了平滑靴的受力，降低了采煤机的运

行阻力，减轻了采煤机向煤壁侧的倾倒。

（3）降低采煤机的运行速度，有助于采煤机在运

行过程中的稳定性。

4.6.2 增强工作面运输机的稳定性

为防止运输机上飘，每割一刀煤采煤机卧底

300mm，补偿平滑靴加厚 100mm，实际卧底量为

200mm，小台阶式推进。为防止运输机前翻，利用档煤

板和滚筒螺旋将煤壁侧的浮煤清理干净，并在移设

运输机时，利用单体液压支柱压住工作面运输机底

座，边移工作面运输机边升单体液压支柱。

4.7 大倾角综采工作面设备防滑措施

4.7.1 运输机防滑

（1）根据煤层倾角变化，并注意观察运输机头尾

位置变化，及时调整伪倾角。

（2）工作面采区单向割煤、单向推移运输机的方

式作业。即采煤机下行割煤，上行空牵，采煤机空牵

时自下而上追机推移刮板运输机。

（3）运输机头与机道转载机搭接要合理，高度适

当，防止运输机带煤粉，增大符合，造成运输机下滑。

4.7.2 支架防滑防倒

（1）控制好运输机，防止运输机下滑带动支架下滑。

（2）坚持由上向下移架，即采煤机下行割煤时采

煤机过后由上向下追机移架，减少控顶时间。

（3）工作面运输机与煤壁一齐，支架与运输机联

接应垂直或支架尾梁下摆与运输机成 75°～90°，推

溜时使运输机上移，拉架时使支架有一个向上的拉

力，防止支架下滑。

（4）工作面最下端三组支架连在一起，防止支架

下滑。

4.7.3 刮板运输机上窜下滑的控制

（1）调整工作面伪斜。根据工作面倾角的大小合

理调整工作面伪斜，工作面具体调斜量可以根据经

验公式计算得出。目前常用的经验公式有 2 种：

S=Ltan（琢/3） （1）

S=Ltan（0.11琢/3+0.016琢2） （2）

式中：S 为伪斜超前距；L 为工作面伪斜长度，取

210m；α为煤层倾角，取 5°。

（2）工作面液压支架架向调整。刮板运输机与液

压支架互为支点进行前移，输送机的上窜下滑受推移

杆的影响较大，在工作面回采推进过程中，出现输送机

上窜下滑时，要及时调整支架相对输送机的方向。通过

推移方向的改变，来控制输送机上窜下滑。当输送机出

现上窜时，工作面应采取向上端头方向，调整支架尾部

的方法，使支架推移杆斜向下推移输送机；当输送机出

现下滑时，工作面应采取向下端头方向，调整支架尾

部的方法，使支架推移杆斜向上推移输送机。

（3）改变割煤工艺。刮板运输机出现上窜下滑时，

可以临时采用单向割煤。通过改变推槽顺序，进行调

整。当运输机上窜时，采用下端头向上端头割煤，然后

向下返空机，从上向下依次推溜的方式进行调整；当

第 4 期38· ·

引进工作面注液氮防灭火的新技术，提供了宝贵经验。

（6）在工作面的工艺斜巷内，施工防灭火措施

巷，通过措施巷向工作面架后，施工长、短钻孔，进而

采取灌浆、注氮、注水和注胶的综合防灭火措施，为

宁东矿区在今后的工作面回撤阶段的防灭火工作，

提供了技术保障和很好的借鉴作用。

作者简介：周振山（1963-），1989 年毕业于宁夏工业职业学

院采矿专业，2006年毕业于中央广播电视大学工商管理专业，现供职

于神华宁夏煤业集团生产指挥中心。

The Application of Comprehensive Outfire and Fire PreventionTechnology in Full-mechanized Caving and Recycle Mining Face

ZHOU Zhenshan（Producing Directing Centre in Shenhua Ningxia Coal Industry Group, Yinchuan, Ningxia, 750011）

Abstract: The comprehensive management measures are taken with prevention first, being safe and reliable by the actual characteristics of

coal spontaneous combustion during Y252 full-mechanized caving mining face recycle in Yangchangwan Coal Mine. It takes the main

measures of isolating colloid between the back part of the bracket of the working face and the gob area, the deep goaf flow injection, and water

cooling, at the same time, with the continuous closed nitrogen injection, which creates advantages for unsealing and recycling the back part of

the bracket. The major management measures of water injection and injection colloid are used in dealing with the partial high spots, which

controls the overrun of the CO gas effectively and ensures the smooth recovery of the working face.

KeyWords: Coal Mine；Comprehensive Outfire and Fire Prevention Technology；Application

（收稿日期：2013-06-13 责任编辑：杨 静）

运输机下滑时，采用从上端头向下端头割煤，向上返

空机，从下向上依次推溜的方式进行调整。

在调整工作面伪斜长度过程中，要采用大斜切

和小斜切配合使用的方法，防止出现由于改变槽头

或槽尾的推进速度，而造成液压支架前梁咬死、挤架

现象。同时在调整过程中，要及时调整架向和支架的

状态，防止倒架现象发生。

5 结束语

52 下 49 工作面在开采过程中，同时面临着俯斜

-21°、倾向倾角最大 36°且工作面走向、倾向均同时

由顶到底的开采，对工作面顶板管理、设备管理均造

成前所未有的困难。在开采实践中，有效地解决了留

顶难、运输机倾斜运行、支架稳定性等难题，为今后

综采俯斜开采、大倾角开采条件下的采场管理、设备

管理，提供了实践经验。

作者简介：张军颖（1971-），助理工程师，1993 年毕业于山西

大同煤炭工业学校综采专业，现任神华宁夏煤业集团公司乌兰矿采煤

副总。

Wide-angle Downhill Mining on Fully Mechanized Coal Mining FaceZHANG Junying

（Shenhua Ningxia Coal Industry Group, Wulan Coal Mine, Shizuishan, Ningxia, 753000）Abstract: Both ends on fully mechanized coal mining face should be exploited along the roof; the middle part should be mined along the

baseboard which transited from the roof, and formed a fully mechanized coal mining face（maximum depression of 210, inclination of 360）. In

the extracting practice, several technological difficulties has been solved, such as anti-inverted support, leaking roof of end face and conveyor

operation under heeling condition.

KeyWords: Fully Mechanized Coal Mining Face; Wide-angle; Downhill Mining （收稿日期：2011-12-20 责任编辑：杨 静）

张军颖：综采工作面大角度俯斜开采的实践

（上接第 35页）

第 4 期 39· ·

图 1 1604 工作面煤层注水钻孔布置图

1 实施煤层注水的意义及重要性

煤层注水预湿煤体，是降低煤层开采时煤尘产

生量最根本、最有效的防尘手段,可使煤体在回采前

达到较好的湿润状态，降低煤的产尘能力，以此显著

减少煤层开采时的粉尘产生量。这对改善作业场所

的劳动卫生条件、保护工人身体健康、防止瓦斯煤尘

爆炸起到重要作用。同时，煤层注水也能有效抑制煤

体氧化，降低工作面温度，预防或降低冲击地压的危

害，减少瓦斯的解吸及涌出量，降低工作面的瓦斯浓

度，预防煤与瓦斯突出。可见，煤层注水，对保障煤矿

安全生产起着非常重要的作用。

在当前煤矿安全生产形势依然严峻，煤矿企业

贯彻落实矿山“安全第一，预防为主，综合治理，整体

推进”安全生产方针的紧迫形势下，该技术的实施，

对保障矿井安全生产具有极其重要的意义。同时，根

据《煤矿安全规程》第 154 条的规定：采煤工作面应

采取煤层注水防尘措施。综上所述，在 1604 工作面

实施了煤层注水。

2 1604 工作面基本情况

1604 工作面位于 16# 煤层，走向长壁后退式布

置，采用综合机械化方式进行回采。走向长度 1768m，

倾向长度 310m，煤层倾角 15°~25°，平均 18°，煤层厚

度 8.5m，煤质硬度为 1.5，1604 工作面 16# 煤层含矸

5~7 层。瓦斯涌出量为 0.02m3/min，煤尘具有爆炸性，

爆炸指数 Vdaf30.55%。16# 煤层属Ⅱ类自燃煤层，煤

层顶板为砂质泥岩，厚 4~6m；底板为砂岩，厚3~5m。

1604 工作面两巷分别布置专门的防尘水管, 运

输顺槽每隔 50m 有一个三通阀门，回风顺槽每隔

100m 有一个三通阀门，以备降尘洒水用。各转载点及

底皮带机尾部有手动降尘喷雾。回风风巷内距下出

口 30m 的地方有一组手动全断面喷雾，运输顺槽

100m、1700m 处有手动全断面喷雾。采煤机有内外喷

雾，因水压很低，喷雾的雾化效果很差，降尘效率也

很低，目前工作面产尘量仍然很大。

3 注水钻孔参数确定

3.1 注水方式

采用动静压结合长钻孔煤层预注水方式注水。

3.2 钻孔布置

从工作面的回风顺槽沿煤层倾斜方向，打垂直

于下帮的下行孔，采用单向孔进行注水，实行随采随

注,钻孔布置见图 1。

3.3 钻孔参数确定

（1）钻杆规格为φ73×1500mm，钻头直径为94mm，

注水孔孔径为 94mm。

（2）钻孔间距：注水孔布置方式采用 15m 间距的

注水孔，一直向外排出。

（3）钻孔倾角：酌=琢-兹。式中，酌 为钻孔倾角；琢 为煤层倾角；兹 为钻孔最

公乌素煤矿 1604 工作面煤层注水方案李晓春

（神华乌海能源公乌素煤业公司，内蒙古 乌海，016035）

摘 要： 通过对公乌素煤矿 1604 工作面实施煤层注水，有效降低了工作面风流中粉尘浓度，改善

了工作面作业环境，对保障矿井安全生产具有极其重要的意义。

关键词： 长钻孔 封孔 煤层注水

中图分类号：TD74 文献标识码：B 文章编号：1674-8492（2013）04-040-03

第 11 卷 第 4 期

VOL.11 NO.42013 年 7 月

July.2013

大下沉角，兹＝arctgh/L；h 为钻杆下沉距离，ｍ；L 为钻

孔长度，ｍ；h/L 为钻杆下沉率，一般为 0.3％~0.5％，

本设计取 0.4％。

酌=琢-兹=19°-arctg 0.4％ = 19°-14'=18°46'

（4）钻孔长度：L=2/3L 工作面 =190ｍ。

由于采用 3200 钻机，功率大，所以设计钻孔长

度为 240ｍ。

4 封孔

为了提高注水压力，防止封孔器在注水过程中

崩出，杜绝封孔器周边出现跑水现象，所以没有采用

橡套封孔器，而采用水泥砂浆封孔。水泥砂浆封孔，

能适应不同孔径的注水孔封孔。同时要求封孔长度

不小于 6m，具体封孔方式见图 2。

5 煤层注水参数确定

5.1 注水系统

采用动静压注水系统，用高压胶管将每个钻孔

的供水管路连接起来。实行多孔同时注水，单项同时

注水钻孔数不少于 3 个，24h 不间断注水，单孔累计

注水时间不少于 1 个月，或直到煤帮在预定湿润范

围内“出汗”为止。注水超前于回采的距离，不小于月

推进度，超前时间不少于 1 个月。

5.2 注水参数

（1）注水压力：静压时以 1.5~2.0MPa 为宜。一般

采用调节钻孔的注水量来控制注水压力，动压注水

从低压逐渐升压直至压力稳定，以 6MPa 为宜。

（2）注水流量：注水流量不宜过大，小流量注水

对煤层湿润效果最好。只要时间允许，应采用小流量

注水，注纯水时可取 15~20L/min。

（3）比注水量：比注水量是指单孔长度的钻孔的

注水体积。设计钻孔的比注水量按下式计算：

Qm＝K×De×m×酌×驻W m3/m

式中，K 为湿润校正系数，取 K＝1.0；De 为钻孔

间距，取De＝15m；m为煤层总厚度，m＝8.5m；酌为煤体

密度，取 酌＝1.45t/m3；驻W 为煤体平均水分增量，1％

~2％驻W＝1.8%m3/t；匝m＝1.0×15×8.5×1.45×

1.8%＝3.3m3/m。

（4）单孔累计注水时间：注水时间取决于比注水

量、钻孔长度和注水渗量，按下式计算：

t＝（L×Qm）/（60×q）×1000h式中，t 为单孔累计注水时间，h；L 为钻孔长度，

L＝240m；匝m 为单孔设计比注水量，Qm＝3.3m3/m；

q为注水流量，q＝20 L/min。

t＝（240×3.3）/（60×20）×1000＝660 h在实际注水中，亦可把预定湿润范围内“出汗”

现象，作为煤体受到全面湿润的标志。“出汗”后即可

结束注水。注水工作制度，采用全天 24 h 不间断注水。

5.3 注水超前于回采的距离和时间

为提高煤层注水效果，煤层注水工作应在常压带

内进行。为保证足够的注水量，注水工作不易过迟。

5.3.1 超前距离

距工作面最近的注水孔开始注水时，超前工作

面的距离可按下式计算：

Lm＝Lq＋（Ta＋t1）×（t0＋t2）/（24×t0））×Vm式中，Lm 为注水开始时超前工作面的距离，m；

Ta为注水钻孔倒孔转换时间，天，取 Ta＝0；Lq 为工

作面前方应力集中带宽度，取 L匝＝30 m；t0 为每次纯

注水时间，取 t0＝24h；t2 为注水间隙时间，取 t2＝0h；

t1 为单孔累计注水时间，取 t1＝660h；V 为工作面正

常的推进度，取 V＝1.2m/d。

Lm=30＋（0＋660）×（24＋0）/（24×24）×1.2＝53m

5.3.2 超前时间

T＝Lq / V＋［TA＋t1×（t0＋t2）/（24×t0）］＝Lm/Vd式中，T 为注水的最小超前时间；Lm 为注水开始

时超前工作面的距离，53m；V 为工作面正常的推进

度，取 V＝1.2m/d；其它符号同前。

T＝Lm / V＝53/1.2＝44d

根据煤层注水技术标准（Q/.02.1.09.002-2008）：

注水超前回采的距离不小于月推进度，超前时间不

小于 1 个月。1604 工作面注水方案符合要求。

6 注水期间的安全注意事项

（1）打眼注水前，由跟班班长对工作面顶板、煤

壁及支护情况进行全面检查，确保无危险后方可进

李晓春：公乌素煤矿 1604 工作面煤层注水方案

图 2 封孔方式示意图

球阀

钢管 砂浆 密封 注水孔

20mm

第 4 期 41· ·

行作业。

（2）打眼人员的打眼作业位置，距离正在注水的

注水孔 1.5m 以上。

（3）注水孔打够深度后，要来回抽动，排尽煤粉，

注水器插入钻孔深度不得小于 1m。

（4）钻孔尽量布置在巷道的中部，距顶板不小于

0.8m，以防顶板片冒。打钻前首先进行敲帮问顶，捣

去虚煤浮矸。打钻时，应采用长钻杆远距离的打钻方

法，防止煤壁片帮伤人。钻杆使用 2m 长钻杆，打钻时

接长钻杆，打钻人员在打钻过程中，始终与煤壁距离

不得小于 1.5m。

（5）注水前，要检查注水系统和注水管线的密封

情况，在高压管路密封性不好或破损时禁止注水。同

时要认真检查注水枪的接头连接情况，若发现松动，

必须及时接好，防止脱落伤人。当高压管处于泵压状

态或注水期间，禁止连接拆卸和修理高压管件。

（6）打眼注水期间，必须安排专人观察顶板、煤

壁及支护情况，若发现异常立即停止作业撤出人员，

并采取措施进行处理。

（7）注水时，严禁人员站在正对注水孔及上下 5m

的位置。注水时封孔器要用 8# 铁丝牢固拴在棚梁护

帮板或前梁下，固定点不得少于 2 处，防止封孔器喷

出伤人。

（8）注水期间要加强工作面瓦斯的管理工作。地

质构造带处，应停止注水工作；遇到断层时，应观察

注水量；发现跑水时，应停止注水。

（9）工作面在地质异常带范围内及片帮严重处，

经跟班瓦检员、安检员及跟班矿领导鉴定同意后，经

矿总工程师批准，方可进行打眼注水。

（10）打钻时，现场瓦检员要检查工作面及回风

流中的瓦斯浓度。当工作面及回风流中的瓦斯浓度

达到 1.0%时，停止打钻进行处理，待安全隐患消除

后，方可继续工作。

（11）注水过程中，发现孔口附近一定范围内的煤

壁渗水，应先关闭截止阀停止注水。待注水孔内水压

降下以后，再抽出封孔器，防止封孔器突然喷出伤人。

（12）工作面片帮深度超过 0.8m 时，不进行打眼

注水。

（13）施工中，必须对风、水管注意保护，防止挤

坏、砸坏。

（14）必须有专人负责操作和看管注水泵。

（15）注水过程中，安排专人观测每个注水孔的注

水压力和注水量，并做好记录，现场做到挂牌管理。

7 煤层注水效果分析

注水前对该面取样分析，化验出煤层原始水分

为 0.5％，注水后沿工作面（4 点），上下顺槽（各 2 点）

取样测其水分为 2％。煤层注水后的水分增加率在

1％以上，说明注水工作达到了预期的效果。工作面

测尘报表显示，较以往粉尘含量下降 25％以上。

作者简介：李晓春（1971-），工程师，现任神华乌海能源公乌

素煤业公司通风副总工程师。

Scheme on Coal SeamWater Injection of 1604 Working Face inGongwusu Coal Mine

LI Xiaochun（Shenhua Wuhai Energy Gongwusu Coal Industry Company, Wuhai, Inner Mongolia, 016035）

Abstract: It has a great significance to guarantee coal mine safety in production, improve the operating environment, and lower the dust

concentration through coal seam water injection on 1604 working face in Gongwusu Coal Mine.

Key Words: Long Drilling；Hole Sealing; Coal Seam Water Injection

（收稿日期：2012-11-08 责任编辑：杨 静）

第 4 期42· ·

煤矿地面中央变电所担负着矿区核心供电安全

任务，中央变电所必须连续可靠地运行，否则一旦发

生重大电气事故，将导致矿井井下全部停电、停风、

停产，如处理不及时将导致一系列重大事故的发生。

在生产矿井中，由于技术升级改造和矿井用电负荷

增加，必须对地面中央变电所进行改造。为了保证生

产不中断，改造必须面对矿井井下单回路供电、容易

引起井下供电事故发生的弊端，因而需要对改造工

程给予高度重视。白芨沟煤矿 2010 年地面中央变电

所（即 35kV 变电所，以下简称 35kV 变电所）改造的

成功经验值得大家学习借鉴。

1 白芨沟煤矿 35kV变电所改造说明

白芨沟煤矿 35kV 变电所于 1972 年 9 月建成投

入运行，至今已有 40 年。变电所电源两回路来自大

峰露天煤矿 110kV 变电所，一回路来自乌兰煤矿

35kV 变电所。由于白芨沟煤矿 35kV 侧高压开关柜

不具备“五防”功能，因而需要更换。工程需要更换

35kV 变电所、35kV 高压间、9 台高压开关柜、开关柜

之间连接母线、二次控制连线等。

由于生产任务紧张，本次施工期间还必须保障

矿区正常生产，施工必然导致矿井单回路供电。矿区

周边受剥离工程影响，双回路供电线路安全存在一

定隐患，改造工期在 25 天左右，长时间的单回路供

电给安全生产带来不利影响。为了保障施工期间矿

井供电安全和生产安全，必须制定稳妥可靠的施工

方案来施工，通过论证形成了两种方案。

2 施工方案一

35kV 高压间开关柜更换采用分段更换、安装的

方式。即变电所在联络刀开关处，按照供电方式分为

Ⅰ段和Ⅱ段分段施工，先期更换Ⅰ段开关，然后更换

Ⅱ段开关。为了保障施工期间矿井仍然为双回路供

电，借用矿井呼白保安线路，利用临时电缆压接在施

工停运的供电变压器上。采用真空开关控制，作为施

工期间矿区保安供电线路，一旦施工期间保障矿区

正常生产的供电段故障，立即切断故障投入保安供

电线路，确保矿区通风、排水、瓦斯抽放系统能够正

常工作，见图 1。

3 施工方案二

为了确保施工期间，矿区供电安全、生产安全，

必须确保矿区双回路供电，而且供电的双回路必须

保护齐全可靠，因此提出方案二。具体内容如下：在

变电所附近建立一套临时配电系统，采用临时配电

系统形成双回路带全矿负荷，临时配电点保护齐

全、可靠，这样改造期间可以一次性将全部开关更换

完毕。

白芨沟煤矿 35kV变电所改造施工方案的对比王 龙

（神华宁夏煤业集团白芨沟煤矿，宁夏 石嘴山，753003）

摘 要： 通过对比选择变电所施工方案，结合实际执行的施工方案一，并具体论述施工过程，以及

工程取得的效果。

关键字： 方案 对比 施工 效果

中图分类号：TD611+.2 文献标识码：B 文章编号：1674-8492（2013）04-043-03

第 11 卷 第 4 期

VOL.11 NO.42013 年 7 月

July.2013

GW4-35/600

3300

300/5

JYN1-3530

300/5

3202 JCN1-35-112

FYZ1-35NR

60×10

JYN1-35-01

JYN1-35-01

302JYN1-35-25303

60×10

JYN1-35-10

200/5200/5

FYZ1-35

301JYN1-35-112

RNe-35

JDJe-351#

3102

JYN1-35-013101

3100

200-5

2#

SZu-10000/35

JDJe-35

SZu-10000/35

说明：1. 更换 II 段开关时将呼白线通过 304# 盘接入2# 变压器，2# 变压器热备。

更换 I 段开关时将呼白线通过 304# 盘接入 1# 变压器，1# 变压器热备。

2. 设备一半安装，一半带全矿负荷。

图 1 35kV变电所改造施工方案

4kMLGJ-240

峰白（一）回路

3200 4kMLGJ-240

峰白（二）回路

呼白回路LGJ-12019kM

4 方案比较

方案二可以很好、很安全地解决施工期间生产

和供电安全的问题，但是建立临时配电点需要投入

至少 5 块功能齐全的开关柜，以及相应的二次保护

设施，等于投入一套新的配电系统。新投入的 5 块开

关也需要时间进行安装调试，无形中增加了施工难

度，因此在方案取舍上，选择方案一进行施工。

5 施工步骤

5.1 更换 35kV 高压间Ⅱ段开关柜、母线

（1）将全矿供电负荷倒于峰白㈠回路，由 1# 变压

器向全矿供电。①合峰白㈠回路进线刀闸 3101#、合

3102# 互感器、合 301# 断路器，合 6kV 配电间进线㈠

回路 6101# 盘。将全矿负荷倒于 1# 变压器。②合 6kV

配电间联络开关，6100#、6200# 开关柜隔离手车、真

空断路器。③确认 6kV 联络合闸。④停 6kV 配电间

进线㈡回路 6201# 盘真空断路器，拉出隔离手车。停

电后，验电、放电、挂短路接地线，并悬挂标示牌。⑤停

2# 变压器 302# 真空断路器、联络 303# 断路器，断开

峰白㈡回路 3201# 隔离刀闸。停电后，验电、放电，并

悬挂标识牌。⑥通知大峰露天煤矿 110kV 变电所，

停峰白㈡回路线路。停电后，验电、放电、挂短路接地

线，并悬挂标示牌。⑦停呼白线 304# 真空断路器、

3301# 刀开关，停电后，验电、放电、挂短路接地线，并

悬挂标示牌。

（2）拆除 304# 真空断路负荷侧母线，从 304# 呼白

回路进线柜，引出一根 35kV 高压电缆（YJV22-3×95、

30m）接至 2# 变压器，作为施工期间供电的备用回路。

同时拆除 2#变压器进线架空铝导线。

（3）联系供电局在 2# 变压器处，对呼白线和峰白

㈠回路线进行合相。合相完毕后通知乌兰煤矿 35kV

变电所，给白芨沟煤矿变电所送电，35kV 高压间合呼

白回路 3301# 进线刀闸、304# 真空断路器，2# 变压器

热备。同时在 6kV 变电间 6201# 进线开关处，对 6kV

电源进行合相，确保相序一致。

（4）拆除Ⅱ段进线母线、Ⅱ段 3202#、3201#、302#

旧开关柜，以及 303# 负荷母线，暂时保留 304# 呼白

回路进线柜。

（5）安装Ⅱ段新开关柜：峰白㈡回路进线开关、2#

变压器馈线开关、Ⅱ段电压互感器柜、联络刀闸柜、

柜间母线、峰白㈡回路进线穿墙套管到进线柜间母

线及桥架。

（6）连接 2# 变压器保护连线（变压器进出线柜、

电压互感器柜、Ⅱ段进线柜），联系供电局送峰白㈡

回路电，试合闸运行，运行完毕后断电。

（7）联系供电局进行整定、动作试验、打压试验。

（8）通知乌兰煤矿 35kV 变电所，停止给白芨沟煤

矿变电所供电，断开呼白回路 304#进线真空断路器、

3301#刀开关。断开 2# 变压器电源电缆，连接 35kV 配

电间至 2#变压器之间的母排及桥架。联系供电局在 2#

变处对峰白㈡回路、峰白㈠回路线进行合相。合相完

毕后送峰白㈡回路电，2# 变压器通电。同时在 6kV 变

电间 6201# 进线开关处，对 6kV 电源进行合相，确保

相序一致。

（9）将 2# 变压器投入运行 24h，1# 变压器热备，机

电科组织鉴定 2# 变压器，运行正常后方可投入运行。

5.2 更换 35kV 高压间Ⅰ段开关柜、母线

（1）将全矿供电负荷倒于峰白㈡回路，由 2# 变压

器向全矿供电。①合峰白㈡回路进线刀闸 320#、合

321# 互感器、合 322# 断路器，合 6kV 配电间进线㈡回

路 6201#盘。②合 6kV 配电间联络开关，6100#、6200#

开关柜隔离手车、真空断路器。③停 6kV 配电间进线

㈠回路 6101# 盘。④停 1# 变压器 301# 真空断路器，断

开峰白㈠回路 3101# 隔离刀闸。停电后，验电、放电，

挂短路接地线，并悬挂标识牌。⑤通知大峰露天煤矿

110kV 变电所，停峰白㈠回路线路。停电后，验电、放

电，挂短路接地线，悬挂标示牌。

（2）拆除 1# 变压器进线架空铝线，从 304# 呼白

回路进线柜，引出一根 35kV 高压电缆（YJV22-3×95、

30m）接至 1#变压器，作为施工期间供电的备用回路。

（3）联系供电局在 1# 变处对呼白线、峰白㈡回路

线进行合相。合相完毕后通知乌兰煤矿 35kV 变电

所，给白芨沟煤矿变电所送电，35kV 高压间合呼白回

路 3001# 进线刀闸、304# 真空断路器，1# 变压器热备。

同时在 6kV 变电间 6101# 进线开关处，对 6kV 电源

进行合相，确保相序一致。

（4）拆除Ⅰ段进线母线、Ⅰ段旧开关柜，以及303#

联络开关。

（5）安装Ⅰ段新开关柜：峰白㈠回路进线开关、1#

变压器馈线开关、Ⅰ段电压互感器、联络真空柜、柜

间母线、峰白㈠回路进线穿墙套管到进线柜间母线

及桥架。

（6）连接 1# 变压器保护连线（变压器进出线柜、

王 龙：白芨沟煤矿 35kV 变电所改造施工方案的对比 第 4 期44· ·

Puking Handling on Holing Process of Fully Mechanized CoalMining Face by Priming Technology

LIU Xiaoping SUN Yumin（Shenhua Shendong Coal Group, Yujialiang Coal Mine, Shenmu, Shaanxi, 719316）

Abstract: Taking the 42213 fully mechanized coal mining face in Yujialiang Coal Mine, this paper introduces puking process while holing on

working face with large mining height and summarizes technique adopted high polymer material priming technology to deal with puking. After

being exercised, the priming effect is pretty good and the puking area is passed successfully. The similar holing or puking handling in

retracement process can take it for reference.

KeyWords:Marithan; Rocsil Foam; Working Face with Large Mining Height; Puking

（收稿日期：2012-11-26 责任编辑：杨 静）

（上接第 26页）

电压互感器柜、Ⅰ段进线柜），联系供电局送峰白㈠

回路，试合闸运行，运行完毕后断电。

（7）联系供电局进行整定、动作试验、打压试验。

（8）通知乌兰煤矿 35kV 变电所，停止给白芨沟煤

矿变电所供电，断开呼白回路 304# 进线真空断路器、

3301# 刀开关；断开 1# 变压器电源电缆，连接 35kV 配

电间至 1#变压器之间的母排及桥架。联系供电局在 1#

变处对峰白㈠回路、峰白㈡回路线进行合相。合相完

毕后送峰白㈠回路，1# 变压器通电。同时在 6kV 变电

间 6101# 进线开关处，对 6kV 电源进行合相，确保相

序一致。

（9）将 1# 变压器投入运行 24h，2# 变压器热备，机

电科组织鉴定 1# 变压器，运行正常后方可投入运行。

5.3 更换 304#呼白进线柜

（1）通知乌兰煤矿 35kV 变电所，停止给白芨沟煤

矿变电所送电，断开呼白回路 304# 进线真空断路器、

3301#刀开关。停电后，验电、放电，挂短路接地线，悬

挂标示牌。

（2）拆除旧柜，安装新柜，安装新柜进线母排。

（3）对呼白回路、峰白㈡回路进行合相，合相确

定后，停呼白回路、峰白㈡回路，连接呼白进线柜负

荷线。

（4）安装好后送呼白回路、峰白㈡回路电，确保

进线开关得电。

在 35kV 变电所新开关柜 300-1#、300-2# 联络开

关处合相。合相完毕后连接联络开关间母线。

采用峰白㈠回路带全矿负荷，1#、2# 变压器同时

投入，断开 6201# 开关，合 6100#、6200# 开关，在 6201#

开关处合相，验证相序一致，确保供电安全。

6 取得的效果

通过采用方案一，白芨沟煤矿安全顺利地完成

了变电所改造施工任务。对比方案二，相对节约投入

设备租赁费用 50 万元，同时施工没有影响矿区安全

生产，矿区井下正常生产。

作者简介：王龙（1976-），工程师，1999年毕业于西安矿业学

院，现任神华宁夏煤业集团白芨沟煤矿机电动力科副科长。

Construction Scheme Comparison on Transformation of 35kV PowerSubstation in Baijigou Coal Mine

WANG Long（Shenhua Ningxia Coal Industry Group, Baijigou Coal Mine, Shizuishan, Ningxia, 753003）

Abstract: Through the scheme comparison on power substation construction, this paper discusses the construction process and the effect of

the project in particular combining with construction scheme 1 that the construction team actual executed.

KeyWords: Scheme; Comparison; Construction; Effect （收稿日期：2012-06-07 责任编辑：马小军）

第 4 期 45· ·

1 前言

在回采顶板破碎的煤层时，安全管理难度大，容

易发生冒顶事故，严重制约着工作面的回采速度，威

胁着生命财产的安全，同时还影响煤质指标。随着采

煤综合机械化程度的不断提高，开采技术水平的较

快的发展，对回采工作面破碎顶板的控制显得尤为

重要。苏海图煤矿 15# 煤层顶板破碎，节理、裂隙发

育，易冒落。1551 工作面切眼掘进时，将 15# 煤层顶

板挑下，以 14# 煤层做顶板掘进。工作面回采时，需

将 15# 煤层顶板留住沿 15# 煤层顶、底板回采。通过

工作面的开采实践，本文总结了留破碎顶板的方法

及经验。

2 矿井及工作面概况

2.1 矿井概况

苏海图煤矿井田位于乌达煤田西北部，南邻五

虎山煤矿，东接黄白茨煤矿，西侧、北侧为沙漠区域。

井田南北长 5.5km，东西长 2km，面积 11km2；矿区属

于贺兰山煤田北段，位于阿拉善地块和鄂尔多斯地

块之间，属地块边缘凹地煤；水文地质条件属简单类

型；瓦斯涌出量较小，属于瓦斯矿井。

2.2 工作面概况

1551 工作面（如图 1 所示）位于 155 下山的北翼，

南为 155 下山，北为 1534 采空区，东面尚未布置工作

面，西为 F24#断层。地面标高为 +1250~+1280m，工作

面标高为 +1050~+1080m，工作面埋深 200~230m。该

工作面布置巷道 3 条，分别为回风顺槽、运输顺槽和

切眼。回风顺槽和切眼，均沿 15# 煤层底板布置，顶板

为 14# 煤层（见图 1）。

1551综采工作面煤层倾角4°~10°，厚度0.78~1.9m，

中间含两层夹矸，工作面走向长度 858m，倾向长度

180m，采用综合机械化走向长壁采煤法，全部垮落法

管理顶板。15# 煤层顶板为 1.0~1.5m 粘土岩，节理、裂

隙发育，易冒落，遇水变软，属于不稳定顶板；底板为

中砂岩，岩石坚硬，不易破碎，属稳定性底板（见图2）。

图 2 1551 工作面围岩柱状图

1∶200

1.50（13 层）

2.20

0.6~2.30

0.4~1.20（14# 煤）

0.78~1.90（15# 煤）

2.60

0.60（13 下）

粘土岩2.2~3.20

粘土岩1~1.50

中砂岩

7.00

0.92

0.87

0.120.05

0.07

1∶50

1551 围岩柱状图

1551 煤层柱状图

图 1 1551 工作面平面布置

1534 回风巷

1536 回风巷

1551 运输巷

1551 回风巷

1534 运输巷

F24 H=84-87m<78°

综采工作面留破碎顶板的技术实践高 峰

（神华乌海能源苏海图煤矿，内蒙古 乌海，016040）

摘 要： 对苏海图煤矿 155 盘区 1551 综采工作面，在切眼开采时留破碎顶板钻入 15 层煤沿顶底

板回采的工艺进行了分析，总结出了工作面对破碎顶板管理的方法及经验，为回采工作的安全及提

高煤质指标，奠定了基础。

关键字： 综采工作面 破碎顶板 顶板管理 留破碎顶板

中图分类号：TD82 文献标识码：B 文章编号：1674-8492（2013）04-046-03

第 11 卷 第 4 期

VOL.11 NO.42013 年 7 月

July.2013

3 工作面留顶的方案

3.1 工作面顶板化学注浆管理破碎顶板

实践表明，采用化学注浆的方法，可以改变破碎

围岩弱面的力学性能，即提高裂隙与煤岩体之间的

粘聚力和内摩擦角，增大岩体内部块间相对位移的

阻力,从而提高破碎岩体的整体稳定性。1551 综采工

作面顶板破碎，在开采过程中，通过对顶板进行化学

注浆，加固了顶板岩体，形成了具有整体承载能力的

稳定结构，防止了顶板的冒落。

3.2 上、下端头铺金属网管理破碎顶板

工作面回风、运输两巷开采帮向工作面方向

5~6m，顶板暴露后经常出现大面积垮落，采用铺金

属网的方法，有效地控制了上、下端头顶板的大面积

垮落。

采煤机割通工作面上、下端头，移架后顶梁上方

的顶板极为破碎，且在顶梁上方形成厚度不等的浮

矸层，浮矸从架间及端面漏下，导致液压支架不接

顶，造成端面冒顶扩大。铺顶网使破碎顶板形成一

个整体，达到了改善顶板目的。顶网一般铺双层，

这对顶板管理的好处是：

（1）防止架间、端面漏歼，改善顶梁与顶板的接

触状态。

（2）有利于提高平均支护强度。

（3）防止移架或顶板冒落时撕网。

4 施工工艺

4.1 采前注浆加固工艺与方法

为了确保在回采过程中有效地控制破碎顶板，

确保留顶效果，根据现场实际情况，制定以下钻孔布

置注浆方案。

4.1.1 孔位设计

（1）钻孔孔距：3m。

（2）钻孔长度：4~6m。

（3）钻眼倾角：上挑 5°~10°。

（4）钻眼位置：前探梁下 500~800mm。

（5）孔径：42mm。

为了达到更好的加固治理效果，注浆施工参数，

可根据现场具体情况，进行适当调整。

4.1.2 单孔注浆结束标准

（1）达到设计注浆压力（5~7MPa），并稳压 5min

以上。

（2）虽未达到注浆压力，但从煤壁或顶板其他部

位窜浆。

（3）注浆过程中发现异常情况，及时停泵处理。

4.1.3 施工步骤

（1）孔位的设计，根据以上施工方案要求进行布孔。

（2）打孔。

（3）把多功能泵及其附件组装好。

（4）开始注浆，操作人员注意观察注浆比例和注浆

压力。

（5）停止注浆，用树脂冲洗管路和混合枪。

（6）换孔注浆。

（7）注浆完毕后，用清洗剂清洗多功能泵和附件。

当切眼按照设计方案注浆完成后，由生产科组织

技术人员进行验收，验收合格后开始采面生产。

4.2 工作面回采工艺

4.2.1 使用设备

工作面采用 MG200/456-WD 型双滚筒采煤机

落煤，采煤机螺旋滚筒配合 SGZ764/500 型双中心

链可弯曲刮板运输机铲煤装煤，刮板运输机配合

SZZ630/160 型双中链转载机转载搭接 DSP-1080 型

可伸缩带式输送机联合运输，工作面采用 ZY2400/11/22

型掩护式液压支架支护顶板。

4.2.2工艺流程

交接班—检查—开机—采煤机由运输机机头

（机尾）进刀———推溜—采煤机向运输机机尾（机头）

割通三角煤—停机挂上下端头金属网—采煤机向

运输机机头（机尾）—移架—推溜—（下一个循环开

始）。

4.2.3 采煤方法

采煤机进刀采用割三角煤斜切进刀，双向采煤

法进行割煤。

5 破碎顶板的控制技术

5.1 控制工作面采高和卧底深度

液压支架最大支撑高度是 2.2m，15# 煤层顶板岩

石厚 1~1.5m，在回采过程中如卧底量过大，破碎顶板

随采随落，①可能会造成刮板输送机倾斜角度过大，

在推移刮板运输机时，刮板机顶死不能前移。②导致

液压支架不接顶，采面出现空顶，发生局部冒顶事

故。通过理论分析和现场实践，在回采过程中，应尽

量降低采高，采高保证在 1.6m 为宜，卧底量控制在

0.1m。实践证明，控制采高和采煤机的卧底深度，可

高 峰：综采工作面留破碎顶板的技术实践第 4 期 47· ·

以大大改善了留顶效果。

5.2 合理选择液压支架的移架方法

为了有效防止顶板漏矸，采用追机移架的方法

管理顶板，液压支架紧跟采煤机进行移架，并及时将

前梁伸出紧贴煤帮。如顶板发生漏矸，液压支架拉架

后，不能有效支护顶板时，必须及时打走向棚进行支

护。若拉架滞后，采煤机割煤距离过大时，要及时停

机进行拉架，以减少顶板悬顶时间。

5.3 带压擦顶移架少降快移

由于顶板破碎在降架过程中可能发生大量漏

矸，导致液压支架空顶，所以拉架时要尽可能少降或

不降支架，快速将液压支架移到位后升紧支架。从而

减少顶板岩石松动次数，保持其完整性，使液压支架

有效地支护顶板，减少顶板漏矸的发生。

5.4 缩小端面距，防止顶板冒落

如果端面距过大，剪切区的有效支撑力就越小，

对剪切区的支撑范围也就越小，使剪切区发生失稳

而冒落。因此，尽可能缩小断面距，可以有效防止顶

板冒落，在回采中，前梁伸出后应紧贴煤壁。

5.5 保证液压支架初撑力，防止发生冒顶

派专人对乳化液泵站压力和液压支架初撑力检

查测定，乳化液泵必须使用乳化液浓度自动配比器

进行配比，并使用折射仪对乳化液浓度进行检查。对

于在乳化液泵站输出压力合格的情况下，如液压支

架初撑力不合格，必须立即处理。

5.6 铺金属网管理端头顶板

管理端头顶板时铺双层金属网，金属网可以防

止架间、端面漏歼，改善顶梁与顶板的接触状态，也

有利于提高平均支护强度，并且可以防止移架或顶

板冒落时撕网。

6 结语

通过 1551 综采工作面的生产实践，总结出了一

套完善管理破碎顶板的技术方案，确保了工作面顺

利留住破碎顶板，进入煤层沿顶、底板回采，保证了

回采工作面的安全生产。

参考文献

［1］阎海鹏，黄江宁，刘毅，等.采煤工艺［M］.徐州：中国矿业大学出版

社，2009：96-125.

［2］杜成忠，祁明峰，李德银，李金铭.综采破碎顶板条件下铺网收作

的顶板控制［J］.煤，2011，20（4）：28-32.

［3］张展鸿. 大采高综采工作面过破碎带顶板控制的实践［J］.煤矿开

采，2007，12（5）：71-79.

作者简介：高峰（1988-），技术员，2007年毕业于辽宁工程技

术大学煤矿开采技术专业，现供职于神华乌海能源苏海图煤矿生产技

术科。

Engineering Practice on Remains of Fractured Roof ofFully Mechanized Coal Mining Face

GAO Feng（Shenhua Wuhai Energy Co., Ltd., Suhaitu Coal Mine, Wuhai, Inner Mongolia, 016040）

Abstract: The water level warning device complete real-time supervision display on water level of head water tank. Its functions enforcement

depends on water tank, communicating pipe, float and controller. Compared with the existing technology, it is convenient to observe and

monitor the water level; accordingly, the temperature of exceeding water can change by water temperature in the tank; meanwhile, it lowers

labour intensity and improves work efficiency.

Key Words: Fully Mechanized Coal Mining Face; Fractured Roof; Roof Control; Remains of Fractured Roof

（收稿日期：2012-07-05 责任编辑：马小军）

第 4 期48· ·

1 设计背景

因矿井生产生活需求，为本矿员工配备了专用

澡堂，该澡堂由热水锅炉供应洗浴用水，由淋浴水箱

储存。因现有的水箱安放位置较高，设置在离地面

5m 以上的锅炉房顶部。大峰露天煤矿采用的是 24h

不间断工作，分为三班轮换，每班 8h 的工作性质，造

成了洗浴时间的不确定。同时洗浴员工人数又多，致

使水箱加水频繁，水位不好控制，所以司炉人员必须

经常攀爬梯子到达水箱位置。通过玻璃管水位计来

观察水位，且班中需要多次观察水箱水位，来控制淋

浴水箱的水位，保障洗浴用水的需要，造成司炉人员

劳动强度较大。现用玻璃管存在显示水箱水位不直

观、水位显示不清晰的现象，因而改造水箱水位显示

报警装置很有必要。

高位水箱担负全矿（井工）员工的洗浴工作。由

于洗浴人员多且下班无规律，水箱加水十分频繁，水

箱水位和温度不好控制，经常出现水箱水过放见底，

以及水箱水加多从溢流管外溢现象。造成淋浴水忽

冷忽热，使井下升井员工洗浴水的温度不合适。由于

水箱设置位置比较高，在离地面 5m 以上的锅炉房

顶，司炉人员必须经常跑上跑下观察水箱水位，劳

动强度较大。为了解决上述问题，笔者自制了淋浴

水箱水位显示（能显示高1.5m 的水箱水位），及高低

水位声光报警，且能自动给水箱上水，使高位水箱始

终把水位保持在一定的高位。这样既满足了大量人

员连续洗浴的需要，又保障了水箱的洗浴温度变化

不大。

该装置利用磁性开关拾取水位位置，通过信号

转换点亮发光二极管，使水箱水位的升降反应，在司

炉工便于观察的位置（司炉操作台附近）。

该装置的主要特点：①高位水箱水位在低位便

于观察，水箱水位显示准确。②减少水资源和能源的

浪费，降低了司炉工的劳动强度。③满足了井下升井

员工洗浴用水温度。

2 结构原理

该装置由传感器和显示控制器两部分组成。装

置投入运行时，通过水箱外接水连管，将水箱水引至

传感器外套筒内，使磁钢浮子在水箱外接水连管套

筒内，随水箱水位同步升降。浮子的磁场力作用于水

箱外接水连管套筒外磁控开关阵，将水位信号变成

电信号，由控制线路传送给显示控制器，从而实现水

箱水位的模拟显示和声光报警。装置由 2 只继电器

对水箱水位高低报警、自动上水进行控制。

传感器的作用是将水箱水位信号转变成电信

号，因而传感器的安装位置和浮子运动的准确性，直

接关系到装置控制和显示的可靠性。

传感器有 50 只干簧管（RS141），干簧管是一种磁

敏的特殊开关。它通常由 2 个或 3 个既导磁又导电的

材料，做成簧片触点，被封装在充有惰性气体（如氮、

氦等）或真空的玻璃管里，玻璃管内平行封装的簧片

端部重叠，并留有一定间隙或相互接触，以构成开关

的常开或常闭接点。和 30 只整流二极管（IN4007，由

二极管的单向导电特性来完成的，在给二极管加正

向偏压时，处于导通状态。在加反向偏压时处于截止

状态。在电路中起到接通电流、关断电流的作用，即

开关作用）组成带有记忆的开关组阵，见图 1、图 2。

自制高位水箱低位显示水位声光报警装置翟育东

（神华宁夏煤业集团大峰露天煤矿，宁夏 石嘴山，753300）

摘 要： 水位报警装置，实现了对高位水箱水位的实时监测低位显示功能，其功能的实现主要由水

箱、连通管、浮筒、控制器等组成。与现有技术相比，方便了由于水箱设置较高，在相对低位水箱水位

的观察与监测，从而根据水箱水温变化，及时控制出水温度。同时降低了员工的劳动强度，提高了工

作效率。

关键词： 高位水箱 磁性浮筒 方便水位监测

中图分类号：TU9 文献标识码：B 文章编号：1674-8492（2013）04-049-02

第 11 卷 第 4 期

VOL.11 NO.42013 年 7 月

July.2013

当干簧管 1 内的常开触点被水箱外连接管内的

磁性水位浮筒吸合时，相对应的显示装置最底端的红

色发光二极管 1 点亮。构成了直流 12V 的闭合回路。

由于水箱水位的上升，水箱外连接管内的磁性

浮筒也上升，干簧管 2 的常开触点被磁性浮筒吸合

后，相对应的显示装置最底端的红色发光二极管 2

点亮。

随着水箱水位的上升，干簧管 3 被磁性浮筒吸

合后，相对应的显示装置最底端的红色发光二极管 3

点亮。

随着水箱水位的上升，磁性浮筒也上升离开了

干簧管 1，干簧管 1 内的常开触点释放，相对应的显

示装置红色发光二极管 1 就熄灭了。

为了保障干簧管 1 的常开触点释放后，相对应

的红色发光二极管 1 依然点亮。在干簧管 2 的吸

合脚处用二极管（IN4007，利用二极管的正向导通、

反向截止的作用）引 12V 电源，到干簧管 1 的吸合

脚处，这样就保障了红色发光二极管 1 依然点亮。

干簧管 2 的常开触点释放后，相对应的红色发光二

极管 2 依然点亮。在干簧管 3 的吸合脚处用二极

管（IN4007）引 12V 电源，到干簧管 2 的吸合脚处，

这样就保障了红色发光二极管 2 依然点亮。随着

水箱水位上升到水箱的顶部，水箱外连接管内的磁

性水位浮筒也上升到顶部，将 19 只发光二极管全部

点亮。

显示控制器水位显示信号，采用有记忆的开关

线路，即实际水位和显示器发光二极管点亮数目相

对应，水位每升高 12mm 左右，发光二极管点亮数目

就增加 1 只，随着水位的上升，被点亮的发光二极管

采用了记忆开关线路继续点亮。水位每下降 12mm

左右，发光二极管点亮数目就减少 1 只。显示装置是

由 19 只发光二极管组成，每只发光二极管串联 1 只

75Ω 的电阻来降低电路中的电压，避免发光二极管

发热烧毁。其中红色发光二极管 6 只，在显示装置的

上部和下部，各有 3 只红色发光二极管，用来警示水

箱水位已经接近最高位或最低位。如果点亮，表示

水箱水位已经接近顶端或底部，发出告警。然后是

4 只黄色发光二极管，各 2 只装在显示装置红色的

发光二极管的下部和上部。如果点亮，表示水箱水

位，已经接近水箱水位的高位或低位的红色区域。9

只绿色发光二极管，表示水箱水位在正常的范围内

运行。

水位高低报警：当水箱水位处于高水位时（显示

器最上面的红色二极管点亮，距离水箱上部 300mm

时），装置控制继电器吸合，给电铃供电发出响声。

同时“高位报警”指示灯亮，提示工作人员停止

向水箱内供水；当水箱水位处于低水位时（显示器最

下面的红色二极管点亮，距离水箱下部 300mm 时），

装置控制继电器吸合，给电铃供电发出响声，进而使

得“低位报警”指示灯点亮。在该指示灯点亮的同时，

警铃发出电铃声，提示工作人员水位过低。

3 发现、发明及创新点

上述控制器还可以包括电磁阀，与处于最高、最

低处的磁性开关相连，当该磁性开关闭合时，电磁阀

停止或开启向水箱内供水。水箱水位在中间一段位

置时，绿色发光管点亮。

水箱水位显示直观，水位超过或低于规定位置

可声光报警，接上电磁阀可实现水箱自动上水。

4 社会效益

此项目经安装完工使用已有 3 年多，极大地降

低了司炉工的工作强度，不需要攀爬楼梯（锅炉房顶，

梯子较陡），为安全生产工作打下基础。杜绝了水箱

溢流管温水外溢，每天可节水约

翟育东：自制高位水箱低位显示水位声光报警装置

图 1 交流变直流 12V 电源

变压器 25W 200V/15V

IN4004×4

220V

FU稳压块

7812

C2C1R1

N1

V2

V1 ① ③②

图 2 发光管控制电路

二极管

干簧管

使用材料：

干簧管50 个

二级管 IN4007 100 个

④

①

②

③

⑤

輦輲訛

輦輳訛

（下转第 67 页）

第 4 期50· ·

1 前言

随着我国社会经济的发展和人民生活水平的提

高，国家针对电厂污染物排放的标准日益严格。电站

锅炉排放出的氮氧化物（NOx），因对人体和环境均具

有较大的危害，在继 SO2 之后，逐渐成为电厂需重点

脱除的污染物。按照最新的 NOx 排放标准要求，在

2014 年之前，重点地区大型电站锅炉的 NOx 排放浓

度，需降至 100mg/m3（干烟气，O2=6%，下同）以内[1]。

照此标准，国网能源阜康电厂首先在电厂 1# 锅

炉上进行低氮燃烧器改造，将 NOx 排放浓度降低至

200mg/Nm3 以内。改造完成后，试验人员通过试验对

各运行参数，包括锅炉负荷、运行氧量、制粉系统运

行方式、SOFA 风开度等，对 NOx 排放特性的影响进

行了详细的摸索，还重点分析了 SOFA 风的投运，对

准东煤锅炉结焦和煤粉燃尽的影响，提出了准东煤

锅炉低氮燃烧运行建议，可为新疆地区同类机组低

氮燃烧运行和脱硝改造，提供必要的参考。

2 锅炉设备及改造

国网能源阜康电厂 1# 锅炉为上海锅炉厂生产的

SG-480/13.7-M788 型超高压中间再热自然循环锅

炉，Π型布置，炉膛断面尺寸深10412mm，宽11324mm，

膜式水冷壁。燃烧器采用四角布置切向燃烧方式，改

前切圆直径为 650mm，设计燃用本地烟煤。燃烧器共

设置 4 层煤粉喷嘴，锅炉 MCR 和 ECR 负荷时均投 3

层，另一层备用。燃烧器的一、二次风喷嘴呈间隔排

列，顶部设有 OFA 消旋燃尽风。锅炉燃烧器编号，由

下至上为 AA、A、AB、B、BC、C、CD、D、DD、OFA。制粉

系统采用正压直吹式，配 4 台 MPS150 型中速磨煤

机，在基本出力 28.5t/h、磨制 HGI=80、煤的 Mt=4%、

Aar≤20%时，设计的煤粉细度 R90=16%，磨煤机入口

最大干燥剂流量为 37.6t/h。

低氮燃烧器改造的设计煤种为准东五彩湾烟

煤，其煤质特性见表 1。由其分析可以看出，准东煤挥

发分高、灰分和灰熔点低，具有极易着火、极易燃尽

和结焦严重的特点。

低氮燃烧器改造后的参数及布置如图 1 所示。

本次低氮燃烧器改造过程中，为将 NOx 排放浓

度控制在 200mg/Nm3 以内，同时兼顾准东煤锅炉防

结焦和降低炉膛出口烟温的需要，主要采取了以下

措施：

（1）考虑到下两层为等离子点火燃烧器不宜改动，

仅将上两层一次风燃烧器，改造为上下浓淡燃烧器。布

置方式为最上层D层为下浓上淡、次上层C层为上浓

下淡，以部分实现低氮功能和降低火焰中心位置。

（2）在主燃烧器区上方距最上层一次风燃烧器一

准东煤锅炉低氮燃烧器改造后NOx排放特性试验研究王兴无 1 杨忠灿 2 姚 伟 2

（1.神华国能集团有限公司，北京，100033；2.西安热工研究院有限公司，陕西 西安，710032）

摘 要： 通过试验测试和理论分析，对带 SOFA 风的准东煤锅炉 NOx 生成特性进行了研究，获得了

过量空气系数、制粉系统运行方式、分离燃尽风量、锅炉负荷等与 NOx 生成的关系，分析了氮燃烧器

的运行对锅炉安全和经济性的影响。在保证准东煤锅炉安全和经济运行的前提下，提出了低 NOx 优

化运行的原则，可为锅炉低氮燃烧运行和脱硝改造提供参考。

关键词： 锅炉 准东煤 SOFA 风 NOx 排放

中图分类号：TK2 文献标识码：B 文章编号：1674-8492（2013）04-051-05

表 1 低氮燃烧器改造前、后煤质特性

项目 符号 单位 原设计煤 准东煤

全水分 Mt % 9.0 27.3

空气干燥基水分 Mad % 3.02 13.05

收到基灰分 Aar % 26.93 5.27

干燥无灰基挥发分 Vdaf % 38.56 32.72

收到基碳 Car % 61.62 54.99

收到基氢 Har % 4.36 2.32

收到基氮 Nar % 0.91 0.41

收到基氧 Oar % 9.25 9.16

全硫 St,ar % 0.39 0.55

收到基低位发热量 Qnet,v,ar MJ/kg 23.66 19.13

第 11 卷 第 4 期

VOL.11 NO.42013 年 7 月

July.2013

定距离处，增设 3 层 SOFA 风喷口，将约 30%的二次

风，经由上部 SOFA 风喷口送入炉内，将主燃烧器区

过量空气系数降低至 0.8 左右。

（3）为保证二次风速不变，将二次风喷口面积同

步缩小。

（4）在防结焦方面，改造的一次风燃烧器设置

偏置不等边周界风，以形成“风包粉”布置，并保持

其动量。

（5）在控制火焰中心方面，采用将上两层一、二

次风下倾，SOFA 风燃烧器可上下摆动±30°。

（6）在消除炉膛出口烟温偏差方面，采用 SOFA

风燃烧器，按与主气流相反的顺时针切圆布置，且可

水平方向摆动±15°。

3 煤粉锅炉NOx 生成机理

氮氧化物主要指 NO、NO2，其次是 N2O3、N2O、

N2O4 和 N2O5，统称为 NOx。在通常的燃烧温度下，煤

粉燃烧生成的 NOx 中，NO 占 90%以上，NO2 占 5%

~10%。NOx 有 3 种来源：燃料型 NOx（Fuel NOx）、热

力型 NOx（Thermal NOx）和快速温度型 NOx（Prompt

NOx）[2,3]。

在煤粉锅炉燃烧温度下，燃料型 NOx 占 80%左

右，燃料中 N 的转化如下：

［OH］、［O］NO

NHi、NO N2燃料 N→HCN→NH3 （1）

事实上燃料型 NOx 生成机理是非常复杂的，燃

料燃烧时，燃料氮几乎全部迅速分解形成 HCN、［N］、

［CN］、NHi 等中间产物。这些中间产物与氧或氧自由

基（［O］、O2、［OH］）反应生成 NO，与 NO 反应生成N2。

因此，在燃烧前期挥发分析出时，减少燃料 N 向燃料

型 NOx 转化，是抑制 NOx 生成的重要措施。

热力型NOx生成机理，可用捷里多维奇（Zeldovich）

的不分支链锁反应来表示：

N2+O→NO+N （2）

N+O2→NO+O （3）

N+OH→NO+H （4）

上述反应主要由第（3）步反应控制，因为该反应的

活化能最高。热力型 NOX生成受温度影响极大，特别是

温度大于1500℃~1600℃后，生成量将大幅度增加。

4 准东煤配低氮燃烧器锅炉 NOx 排放特性

研究

在本次试验中，采用德国产的 Testo 350 烟气分

析仪在空预器进、出口烟道按照网格法，分别测量烟

气中的 O2 和 NOx，将测量出的 NOx 浓度按国标要

求，折算至干烟气、O2=6%的条件。另外，试验过程中

还利用光学高温仪测量炉温，采集燃烧器区烟气分

析其 O2、CO 和 H2S 成分，以及采集飞灰样化验可燃

物含量等。

在众多影响锅炉 NOx 排放浓度的因素中，以运

行氧量、SOFA 风、磨停运方式、锅炉负荷的影响最为

显著，这里对这几个参数的影响做重点分析。

4.1 锅炉运行参数对NOx排放的影响

4.1.1 运行氧量

运行氧量是煤粉锅炉运行的重要参数。燃烧过

程中运行氧量增加，可以降低飞灰的可燃物含量，提

高锅炉经济性。但在 SOFA 风开度不变的情况下，氧

量的增加也意味着主燃烧器区的过量空气系数提

高。有资料表明，燃料型 NOx 排放浓度，总是随着氧

量增加而增加；而热力型 NOx 排放浓度，开始随氧量

增加而增加，但到一定值后，氧量继续增加，会使炉

内温度水平下降。热力型 NOx 对温度特别敏感，排放

王兴无等：准东煤锅炉低氮燃烧器改造后 NOx 排放特性试验研究 第 4 期

SOF A3

SOF A2

SOF A1

30°

30°30°

30°30°

30°

左侧墙

#2 角 #3 角后墙

右侧墙

#1 角 #4 角

图 1 改造后燃烧器参数及布置

前墙

DD

OF A

D

CD

C

BC

B

AB

A

AA

左侧墙

#2 角 #3 角后墙

右侧墙

#1 角 #4 角

前墙

11324

8°

8°

8°

5°

5°

3°

42.2°

52· ·

量也会随之下降[4]。总体来看，NOx 生成浓度是随着

氧量增加而增加的。因此，为使 NOx 达标排放，需要

通过试验考察氧量对 NOx 排放特性的影响，试验结

果如图 2 所示。

试验在锅炉负荷为 125MW时（已达额定电负荷，

机组为供热机组，下同）进行，工况设置为全烧准东

煤、下 3 层 ABC 磨运行、SOFA 风开 2 层。试验结果

表明，在工况设置的条件下，NOx 排放浓度与氧量呈

近似线性关系上升，氧量每升高 0.5%，NOx 排放浓度

升高约 20mg/Nm3。在氧量为 3.0%~4.0%范围内，均可

使 NOx排放浓度，达到 200mg/Nm3 的排放标准，最佳

氧量设定可在此范围内，依据燃烧状况确定。

4.1.2 磨组合方式

锅炉配备 4 台磨煤机，运行时为 3 运 1 备。通过

停运不同层磨煤机来改变磨组合方式，可以改变投

运的燃烧器位置。这不但会对火焰中心位置和主、再

热蒸汽参数等产生重要影响，还会因为改变了炉内

火焰高温区分布，而导致 NOx 排放浓度大幅上升，从

而成为影响 NOx 排放浓度的重要因素之一。磨组合

方式的影响如图 3 所示。

试验过程中全烧准东煤，试验在 90MW、125MW

负荷下进行，其中 125MW 负荷时氧量设定为 3.2%、

SOFA 风开两层，90MW 负荷时氧量设定为 4.2%、

SOFA 风开一层。试验结果表明，在低氮燃烧器改造

后，在同样的 SOFA 风开度下，由于火焰中心位置升

高、炉内高温区域延长，导致磨运行方式变化，对

NOx 排放浓度的影响较大，ABC 磨运行时，NOx 排放

浓度最低，至 ABD、ACD、BCD 磨运行时则逐渐升高。

以 ABC 磨为基准，每增加一层高位磨，在 125MW 负

荷时，NOx 排放浓度升高约 20mg/Nm3、在 90MW负荷

时，NOx 排放浓度升高约 30~40mg/Nm3。在额定负荷

时，为使 NOx 排放浓度达标，当 ABC 磨运行时，只需

开启两层 SOFA 风，而当 ABD、ACD、BCD 磨运行时，

则需开启 2~3 层。

4.1.3 SOFA 风

除低氮燃烧器自身的部分低氮功能外，在锅炉

负荷、运行氧量、磨运行方式一定的情况下，SOFA 风

开度就成为影响 NOx 排放的主要因素。由于其自身

分 3 层布置，且可上下摆动。因此其开度、开启位置、

开启层数和摆角，对 NOx 排放的影响则需要详细研

究，以使其达到最佳运行性能。

试验过程中全烧准东煤，保持 ABC 磨运行、运行

氧量 4.0%，SOFA 风门根据需要调整。试验结果如

图 4~ 图 7 所示。从图中可以看出以下特点：

图 2 运行氧量与 NOx排放浓度的关系

210

200

190

180

170

160

150

140

159

180

205

3.0 3.5 4.0

运行氧量（%）

图 3 磨组合方式与 NOx 排放浓度的关系

磨组合方式

ABC ABD ACD BCD

210230

193

262

305331

262

90MW

125MW

400

350

300

250

200

150

图 4 SOFA 风开度与 NOx 排放浓度的关系

310

290

270

250

230

210

190

304

276

208

705020

SOFA风开度（%）

图 5 SOFA 风开启层数与 NOx 排放浓度的关系

260

240

220

200

180

160

140

250

203

160

一层 二层 三层

SOFA风开启层数

第 4 期 53· ·

（1）由于 3 层 SOFA 风布置较为紧凑，每 2 层中心

线间距仅为 510mm，导致 SOFA 风开启位置，对 NOx

排放浓度的影响较小，NOx排放浓度偏差在 10mg/Nm3

以内。

（2）在同样的试验条件下，NOx 都随着 SOFA 风

门开度的增加，或开启层数的增加而下降。但通过比

较可以发现，SOFA 风 3 层同步开启 50%时的 NOx

排放浓度，与只全开 1 层 SOFA 风相当；SOFA 风 3

层同步开启 70%时的 NOx 排放浓度，与只全开 2 层

SOFA 风相当。这说明充分开启单层 SOFA 风，可以

较好地发挥其低氮功能，而且其节流损失小、动量

强，扰动能力强对降低飞灰含碳量有利，而且可以更

好地发挥其消旋功能，有效控制炉膛出口烟温偏差。

（3）分别在 SOFA 风 3 层全开 50%和仅 SOFA-A

（下层 SOFA 风）开启 70%情况下，进行 SOFA 风喷

口下摆试验。结果表明，SOFA 风喷口下摆，使 NOx 排

放升高的幅度较小，在10mg/Nm3范围内。这说明SOFA

风喷口下摆，虽在理论上有缩小还原区，促进 SOFA

风提前与未燃尽煤粉气流接触的可能，但由于本工程

中选取了较大的还原区高度，导致 SOFA 风喷口下

摆，对 NOx 排放的影响较小。

4.2 低氮燃烧对锅炉安全经济运行的影响

4.2.1 对锅炉结焦的影响

前已述及，准东煤具有严重的结焦特性，由于采

用了低氧、大 SOFA 风量等低氮燃烧手段，将 NOx 控

制在较低的范围内，势必会造成主燃烧器区过量空

气系数偏低，并在靠近水冷壁处形成还原性气氛。在

还原性气氛条件下，熔点较高的 Fe2O3 被还原为熔点

较低的 FeO，从而使灰熔点大大降低，这会增加结渣

的可能性[4]。另一方面，SOFA 风占总风量的比例为

30%，这部分风会使燃烧器区的燃烧受到抑制，炉温

水平下降，又会对结焦产生正面影响。本部分通过试

验对其进行了研究，试验结果如图 8 所示。

试验结果表明，随着 SOFA 风开度逐渐增加和

NOx 的逐渐下降，燃烧器区最高温度从 1405℃逐渐

下降到 1380℃、1360℃。与此同时，炉膛出口烟温（屏

过中部），则逐渐从 961℃升高至 1065℃，说明燃烧

被抑制的迹象明显。另一方面，燃烧器区水冷壁贴壁

气氛中的 CO 浓度也趋于升高，从 1000ppm 以下升

高至 5000ppm 以上，呈现出还原性状态。

在低氮燃烧条件下，虽然燃烧器区水冷壁出现

还原性气氛，炉膛出口烟温出现较大幅度的升高。但

从总体来看，由于在燃烧器类型和布置方面，采取了

较多的防结焦措施，尤其是另外在燃烧器区和屏过、

低过、低再区新增加了吹灰器，锅炉受热面结焦和沾

污收到较好控制。水冷壁、屏过、低过、低再的结焦和

沾污较轻，炉底渣以碎渣为主。

4.2.2 对飞灰含碳的影响

如图 9 所示，由于 SOFA 风的开启推迟了煤粉燃

尽的过程，导致锅炉的飞灰含碳量有一定程度的升

高。在 NOx 从 304mg/Nm3 下降至 208mg/Nm3 过程中，

飞灰含碳量从 2%升高至 5%。

王兴无等：准东煤锅炉低氮燃烧器改造后 NOx 排放特性试验研究

图 7 SOFA 风下摆与 NOx 排放浓度的关系

280

275

270

265

260

255

sofa=50%

276

SOFA风摆角（°）0 -30

262

267

272

sofa-A=50%

图 6 SOFA 风开启位置与 NOx排放浓度的关系

264

262

260

258

256

254

252

250

248

262

254

261

SOFA- 下 SOFA-中 SOFA- 上

SOFA风位置

图 8 SOFA风开度与炉膛烟温的关系

SOFA风开度（%）

1600

1500

1400

1300

1200

1100

1000

900

800

1405

961

1380

1024

1360

1065

炉膛出口

燃烧器区

第 4 期54· ·

5 结论

通过对经过低氮燃烧器改造的准东煤锅炉进行

参数调整测试，可以得到以下结论：

（1）锅炉在经过低氮燃烧器改造后，在全烧准东

煤的情况下，锅炉负荷在 80%ECR 以上，可以达到

200mg/Nm3 的 NOx 排放控制目标，最低排放浓度可

达 160mg/Nm3。

（2）煤粉锅炉 NOx 排放浓度与许多因素有关，影

响 NOx 排放的主要因素为运行氧量、磨组合方式和

SOFA 风量。对于国网能源阜康电厂锅炉来说，在

80%~100%ECR 负荷范围内，氧量保持在 3.0%~3.5%、

低位 ABC 磨运行、SOFA 风全开 2~3 层，为低氮燃烧

最佳工况。

（3）锅炉低氮燃烧运行时，燃烧器区还原性气氛

增强，炉温会小幅下降，炉膛出口烟温升幅较大，总

体上对燃烧器区结焦影响不大，而对屏区、水平烟道

受热面的沾污和结焦影响较大，对后者应给予足够

重视。

（4）锅炉低氮燃烧运行时，会出现煤粉燃尽率下

降、飞灰含碳量升高的现象，运行过程中建议适当降

低煤粉细度。

（5）锅炉低氮燃烧，应注意通过设备改造或燃烧

调整的方法，实现低氮、高效率和防结焦的综合平衡。

参考文献

［1］GB13223-2011，火电厂大气污染物排放标准［S］.

［2］ Richard L，Oliver B，Dennis B，et al.Update on ABB C-E’S radially

stratified flame core low NOx wall burner technology［J］.Fuels

Combust Technol，1999（1）.

［3］ Baxter L L，Mitchell R E，FletcherT H，et al.Nitrogen release during

coal combustion［J］.Energy & Fuels，1996（1）.

［4］岑可法,等.锅炉和热交换器的积灰、结渣、磨损和腐蚀的防止原理

与计算［M］.北京：中国科学出版社，1994.

作者简介：王兴无（1965-），高级工程师，全国煤炭标委会副

主任委员，电力行业电厂化学标委会委员，现供职于神华国能集团

有限公司，主要从事燃料管理工作，参加燃料方面的国家标准和行

业标准制修订和审查工作。

图 9 SOFA 风开度与飞灰含碳量的关系

790

690

590

490

390

290

190

304276

208

20 50 70

SOFA风开度（%）

6

5

4

3

2

1

0

Experimental Study on NOx Emission Performance ofCoal Burning Boiler in Huaidong

(after the Transformation of Low-nitrogen Burner)WANG Xingwu1 YANG Zhongcan2 YAO Wei2

（1.Shenhua Guoneng Energy Group Co., Ltd., Beijing, 100033; 2.Xi'an Thermotechnical Institute Co., Ltd, Xi'an, Shaanxi, 710032）Abstract: Through tests and theoretical analysis, this paper makes a research on the generating features of NOX of coal burning boiler (with

SOFA wind) in Huaidong. The relationship between NOX generating and several elements were gained, including excess air coefficient,

operation modes of coal pulverizing system, isolated burnout air quantity and boiler load. In addition, it analyzes effect on safety and economy

of boiler that caused by the operation of low-nitrogen burner. In the premise of safe and economic operation of coal burning boiler, this paper

raises the principle on NOX optimizing operation, which can take reference for low-nitrogen brning and denitration transformation.

Key Words: Boiler; Coal in Zhundong; SOFA wind; NOx Discharge

（收稿日期：2013-06-24 责任编辑：马小军）

第 4 期 55· ·

1 引言

东方锅炉厂股份有限公司生产的 300MW 循环

流化床锅炉，型号为 DG1025/17.51-Ⅱ19 型亚临界循

环流化床锅炉。

汽包设计直径为 2090mm，壁厚 145mm，总长

21250mm，总重 153592kg（不包括内部设备，内部设

备重 12000kg，汽包吊杆 14983kg）。汽包的材质

13MnNiMo5-4，汽包为悬吊结构，布置在 KA、KB轴线

之间，直接悬挂在 B2、B4 大梁上。汽包的安装中心标

高 56620mm，汽包中心距 KA 轴线中心为 4586.8mm。

汽包吊杆距锅炉中心为 6100mm。

2 汽包吊装方案

哈尔滨锅炉厂生产的同类型循环流化床锅炉已

有安装经验可以借鉴，汽包是蹲在锅炉大板梁上，并

非吊杆吊挂。但与东方锅炉厂生产的该型锅炉汽包

布置位置不同，东锅汽包是吊杆吊挂。

根据东锅锅炉结构及汽包布置位置，汽包在12.5m

层以下，需要保证一个角度起吊，见图 1。

为克服 12.5m 层平台影响，可以有两种吊装方

案。第一种方案为起吊点固定，从后侧增加一个向后

的拉力，形成一个倾斜角度；第二种方案为起吊点活

动，待提升高度高于 12.5m层后，改变起吊点位置。

3 汽包吊装方案选择

对比两种方案：第一种方案需要后向拉力，经过

计算拉力是 6t，对于大板梁，乃至钢结构整体会产生

一个外力。鉴于钢结构高度 66m，可能会产生较大力

矩，危险程度较高。第二种方案是将提升装置与钢结

构大板梁之间产生小位移滑动，根据经验将该滑动

用滚动代替，仅需很小的横向力就可产生相对位移，

且该横向力属内力性质，这对钢结构没有影响，危险

程度低，见图 2。

对于 200t 的设备起重，不能考虑用卷扬机吊装

模式（卷扬机起停时产生的冲击大,卷扬机布置加固

工程庞大，缠绕钢丝绳工序复杂），选用的是GYY-200

（Ⅱ）型钢索式液压提升装置。

东锅 300MW循环流化床锅炉汽包吊装钢梁计算易大锐 1 王晓亚 2

（1. 神华江苏国华陈家港发电有限公司, 江苏 盐城，224631；2. 江苏电力建设第三工程公司，江苏 镇江，212003）

摘 要： 通过对江苏徐矿综合利用发电有限公司一期工程锅炉汽包的成功实例，详细介绍了东锅

300MW循环流化床锅炉汽包吊装方案、机具选择。对钢梁强度及稳定性的数值计算，在实践中提出

实施过程中的重点环节，在确保汽包吊装安全可靠性的同时，提高了工作效率。

关键词： 300MW 循环流化床锅炉 汽包 吊装

中图分类号：TK2 文献标识码：B 文章编号：1674-8492（2013）04-056-05

图 1 汽泡就位路线—卷扬机带角度起吊方案

图 2 汽包就位路线—液压提升装置方案

第 11 卷 第 4 期

VOL.11 NO.42013 年 7 月

July.2013

该设备工作原理是提升时，上承载装置锚爪卡

住钢索（同时下承载装置锚爪松开），钢索随液压千

斤顶向上移动 200mm，被吊装重物也随之向上移动

200mm，完成一个上行程；上承载装置锚爪松开落下

(同时下承载装置锚爪卡住钢索)，重新卡住钢索，完

成一个下行程。依次重复上下行程，就可将重物提升

到设计高度。

在选用液压提升装置后（提升装置必然是安装

固定在锅炉钢结构大板梁，合二为一），此方案实施

过程中还必须注意 5 个环节：①布置液压提升装置，

对其进行调试，试吊等工作。②汽包卸车位置及基础

加固等问题。③汽包起吊前转动翻身问题。④汽包钢

丝绳绑扎方法，及与液压提升装置钢索连接问题。

⑤汽包起吊过程，及滑移过程中全方位监护问题。

4 汽包吊装方案计算校核

汽包吊装过程中，最重要的是液压提升装置部

位的强度保证（见图 3）。

4.1 自制滑移承载H钢梁 I790 强度校核

自制滑移承载 H 钢梁 I790 的截面尺寸如下：

H 钢梁的截面参数如下：

截面积：A 790 = 25110（mm2）；

x 轴惯性矩：Ix = 2631546750（mm4）；

y 轴惯性矩：Iy = 107137442.5（mm4）；

x 轴抗弯截面系统数：Wx = 6662143.67（mm3）；

y 轴抗弯截面系统数：Wy = 726355.542（mm3）；

x 轴惯性半径：ix = 323.73（mm）；

y 轴惯性半径：iy = 65.32（mm）；

延长米：1997.1135 kg/m。

4.1.1 H 钢梁局部稳定性计算

h0

tw = 74014 = 52.9＜80 235

fy姨 = 80

式中，h0— 腹板的计算高度；

tw — 腹板的厚度。

结论：不需要配置横向加劲肋，但对有局部应力

的梁，可以考虑增加横向加劲肋。

4.1.2 H 钢梁整体稳定性计算

承载梁截面为 H 钢，稳定性判别标准：

lb = 3688

295 = 12.5＜13

式中，l — 承载梁的自由长度，l=3688mm；

b — H 钢的宽度，b=295mm；fy 为 Q235 钢的屈服

极限，fy=235MPa。

结论：承载梁不需要计算整体稳定性。

F = 55t；FA = 36.7t；FB = 21.9t；Mmax = 427kN·m；

啄max = MW = 64MPa＜［啄］；

子max = FA = 21.47MPa＜［子］

4.2 汽包吊杆吊挂梁][3200 强度校核

汽包吊杆吊挂梁][3200 截面尺寸如下：

易大锐等：东锅 300MW 循环流化床锅炉汽包吊装钢梁计算

图 3 液压提升装置布置及滑移

液压提升装置（座式）液压提升装置支座

吊装临时梁生物移动器500mm钢板大板梁

295

14

BA

1345 2343

第 4 期

15

300 500500

20 20

15

57· ·

截面参数如下：

截面积：A = 224000（mm2）；

x 轴惯性矩：Ix = Ix1300-Ix300 = 34738666666.7（mm4）；

y轴惯性矩：Iy = Iy1300-Iy300 = 21884966666.67（mm4）；

x 轴抗弯截面：Wx = Ixh/2 217116666.7（mm3）；

y 轴惯性半径：iy = IyA姨 =312.57（mm）；

根据计算得：刚起吊的位置受力变形最为严重。

滓、子 的计算：汽包总重 200 t，则汽包吊装时每端

须承受 100t 的负荷。

（1）千斤顶重 2.2t，小承台 1.6t，钢索 3.696t，汽包

连接件总 1.5t，所以得千斤顶组件重：G 千斤顶 =8.996t。

（2）承载梁自重呈均布载荷。

在整个吊装过程中最危险点为千斤顶位置，受

力如下：

F1 = F2 = 36.7t=359.66kN；g = 17232.32N/m；

Mmax = 3524kN·m；

滓 = MmaxW x

= 16.23MPa；

子 =VA = 2.84MPa。

4.2.1 承载梁局部稳定性计算

h0tw = 320020+20 =80＞80 235

fy姨 =66

式中，h0 — 腹板的计算高度；

tw — 腹板的厚度。

因此，需要配置横向加劲肋。

根据钢结构设计规范 GB50017-2003，内横向加

劲肋的最小间距为 0.5h0，最大间距应为 2h0。

在腹板两侧成对配置的钢板横向加劲肋，其截

面尺寸应符合规定尺寸要求。

外伸宽度：bs≥h030 +40=143mm，取 bs=465mm；

厚度：ts≥ bs15 ，取 ts=30mm；

最小间距：a≥0.5h0 = 2m。

其区格的局部稳定公式（钢结构设计规范GB50017

-2003 中 4.3.3-1）：

〔 bs15 〕2+〔 子子cr 〕

2+ 滓c滓c·cr

≤1

式中，滓—腹板区格内平均弯矩产生的腹板高度

边缘的弯曲应力；子—腹板区格内平均剪力产生的腹

板平均应力，子= Vhwtw ，hw 为腹板高度，V 为平均剪力。

滓c—腹板高度边缘的局部压应力。

滓c=追Ftwlz

其中：

追 =1.0，lz = 琢+5hy+2hR

琢 为集中荷载沿梁跨度方向的支撑长度，hy 为自

梁顶面至腹板计算高度上边缘的距离。

滓cr、子cr、滓c·cr 各种应力单独作用下的临界应力，滓c

的计算：

lz = 琢+5hy+2hR+1.29+5×0.05+0=1.54m

滓c =追Ftw lz = 11.677MPa

腹板受弯计算时的通用高厚比：

姿b=2hc / tw177 fy235姨 =1.22；

式中，hc—梁腹板弯曲受压区高度，双轴对称截面；

tw—腹板宽度，该类箱形截面为双腹板。笔者认

为此处计算 tw = 20mm。

当＜姿b≤1.25 时

滓cr =［1- 0.75（姿b- 0.85）］f = 368.475MPa。钢材抗拉、抗压、抗弯曲强度设计值 f = 510 MPa。

当 琢 / h0 = 0.645≤1.0 时，腹板受剪计算时的通

用高厚比：

姿s= h0 / tw41 4+5.34（h0 / 琢）2姨

fy235姨 =1.12

当 0.8＜姿s≤1.2 时

子cr =［1- 0.59（姿s- 0.8）］fv = 238.712MPa。钢材抗剪强度设计值：

fv = 0.577f = 294.27MPa当 0.5≤琢 / h0 = 0.645≤1.0 时，腹板受局部压力

计算时的通用高厚比：

姿c= h0 / tw28 10.9+13.4（1.83-h0 / 琢）3姨

fy235姨 =2.01

当 姿c＞1.2 时

滓c·cr= 1.1 f / 姿c2 = 138.83MPa。

结论：局部稳定性满足要求。

A B

1180512905905

第 4 期58· ·

易大锐等：东锅 300MW 循环流化床锅炉汽包吊装钢梁计算

800

25

第 4 期

〔 滓滓cr

〕2+〔 子子cr 〕

2+ 滓c滓c·cr

=〔 19.6368.475〕2+〔 1.44238.712〕2

+ 14.435138.86 =0.108≤1

4.2.2 整体稳定性计算

汽包吊杆吊挂梁截面为类箱形，套用箱形截面

的稳定性判别标准：

hb0

= 3200330 = 9.697＞6

l1b0

= 19000330 = 57.6＜95（235/fy）= 95（235/345）

= 64.7

式中，h — 高度，h = 3200mm；

b0 — 箱形腹板之间的宽度，b0 = 330mm；

l1 — 承载梁的跨度，l1 = 19000mm；

fy 为 Q345 钢的屈服极限，fy = 345MPa。

因此，汽包吊杆吊挂梁需要计算整体稳定性。

整体稳定性公式：

滓 = M渍bW x

≤ f

梁的整体稳定系数 渍b（对于焊接工字形等截面

简支梁，该截面套用以下公式）：

渍b= 茁b·4320姿c

2 ·A·hWx 1+ 姿y·t14.4h蓸 蔀 2姨 +浊b蓘 蓡·235

fy式中，茁b — 整体稳定的等效弯距系数，根据钢架

设计手册 茁b=1.09；

h— 高度，h=3200mm；

t1 — 翼板厚度，t1=50mm；

姿y=l1iy = 19000312.57 = 60.8；

浊b — 截面不对称影响系数，考虑承载梁对称，取

浊b = 0；

渍b= 1.09× 432060.82 × 224000×320021711666.7× 1+ 60.8伊504.4伊3200蓸 蔀 2姨 × 235345 = 2.93

根据钢材结构设计手册，取

渍忆b = 1.7- 0.282渍b

= 1.6

故：

滓 = 滓max / 渍忆b = 9.777MPa＜［滓］= 230MPa结论：承载梁是安全的。

4.3 支撑梁 I2900强度校核

支撑梁 I2900 截面尺寸如下：

截面参数如下：

截面积：A 2900 = 122100（mm2）；

x 轴惯性矩：Ix = 152809906800（mm4）；

y 轴惯性矩：Iy = 2734359375（mm4）；

x 轴抗弯截面系数：Wx= 105386142.62（mm3）；

y 轴抗弯截面系数：Wy = 6835898.44（mm3）；

x 轴惯性半径：ix = 1118.71（mm）；

y 轴惯性半径：iy = 149.65（mm）；

延长米：9558.485kg/m。

根据计算得：（刚起吊的位置受力变形最为严重）

Mmax= 1951kN·m；

啄 = MW = 18.5MPa 约［啄］

子max = FA = 2.88MPa 约［子］

4.3.1 承载梁局部稳定性计算

h0

tw =290025 = 116＞90

235fy姨 = 80

式中，h0— 腹板的计算高度；

tw — 腹板的厚度。

因此，需要配置横向加劲肋，横向加劲肋已设

计，由钢结构厂家加工生产。

4.3.2 承载梁整体稳定性计算

承载梁截面为 H 钢，稳定性判别标准：

lb = 8000800 = 10 约 13

式中，l— 承载梁的自由长度，l = 8000mm；

b — H 钢的宽度，b = 800mm；

fy为 Q235 钢的屈服极限，fy= 235MPa。结论：承载梁不需要计算整体稳定性。

4.4 滑移强度校核

滑移过程中，][3200 梁中心为空心，需要垫钢板

垫实，强度校核如下：

取钢板滓=50mm，钢板的受力区域宽度为 l=0.33m；

59· ·

本刊讯 6 月 4 日，神华集团召开《轴重 30 吨以上煤炭运输重载铁路关键技术与核心装备研制》国家项目

启动会，标志着项目正式进入实施阶段。该项目建成后，将填补我国重载铁路的技术和装备空白。

该项目以朔黄铁路开行 30 吨以上大轴重列车、大幅度提升铁路运力为工程背景，研制自主知识产权的轴

重 30 吨以上铁路重载运输成套装备和既有基础设施改造及强化技术，形成我国轴重 30 吨以上铁路重载运输

技术体系和创新能力，为我国既有铁路扩能提供技术和装备支撑。项目成果在朔黄铁路推广应用后，预期实现

运能提高 20%，经济效益和运输效率提高 30%，将大幅度提升神华铁路重载技术和装备水平。

（神华集团科技发展部供稿）

科技动态

神华一国家科技示范项目实施

The Calculation of Hoisting Beam for 300MWCirculatingFluidized Bed Boiler Drum

YI Darui1 WANG Xiaoya2

（1.Shenhua Jiangsu Guohua Chenjiagang Power Generation Co., Ltd., Yancheng, Jiangsu, 224631;2. Third Engineering Company of Jiangsu Electricity Construction, Zhenj iang, Jiangsu, 212003）

Abstract: This paper introduced the hoisting plan and equipment selection of 300MW circulating fluidized bed boiler drum by the successful

examples of Jiangsu Xu Coal Mine comprehensive utilized boiler drum of first-stage project in Power Generation Co., Ltd. Numerical

calculation of strength and stability of steel beams, and proposed the key link in the process of implementation in practice, ensured the

reliability and security of drum hoisting, at the same time, improved the work efficiency.

Key Words: 300MW; Circulating Fluidized Bed Boiler; Steam Drum; Hoisting （收稿日期：2012-07-29 责任编辑：马小军）

第 4 期

重物滑移器轮子受力长度为 360mm，宽度为

95mm。实际受力宽度最初由 95mm 扩大到 330mm。

所以计算两种极端受力方式：①集中受力。②均

匀受力。

4.4.1 集中受力

F = 36.7t = 359.66kN；Mmax = 29.7kN·m；

滓 = MmaxW x

= 198MPa＜滓c = 235MPa；大于了 Q235A 的许用应力，但是实际受力状态

比该状态要好。

4.4.2 均匀受力

F = 36.7t = 359.66kN；

g = 1089.88kN/m；

Mma x= 15kN·m

滓 = MmaxWx

= 100MPa＜［滓］；因此，满足实际使用条件。

5 结论

该炉型汽包吊装方案，于 2008 年在江苏徐矿综

合利用发电有限公司，一期 2×330MW 循环流化床

机组工程 2 台锅炉的汽包安装中，圆满顺利实施。

经过实践证明，液压提升装置在起吊大型超重

设备方面，稳定性比较明显，但其配套的液压附属设

备较多。只要充分准备，合理布置在钢结构大板梁顶

部，汽包吊装方案就一定能顺利实施，实践证明此方

案可行。对于结构相同的其他 300MW 循环流化床锅

炉，也有一定参考价值。

作者简介：易大锐（1981-），工程师，2003年毕业于中国矿业

大学，现供职于神华江苏国华陈家港发电有限公司，主要从事电站锅

炉检修工作。

60· ·

某公司装机 4台亚临界 600MW汽轮发电机组，发

电机为上海汽轮发电机有限公司生产的 QFSN-600-2

型 600WM发电机。冷却方式采用水氢氢冷却方式，即

定子绕组为水内冷，定子铁芯、转子绕组为氢气冷却，

发电机配套有完善的氢油水系统。

1 故障情况简介

该公司 #4 机组于 2008 年 5 月完成 168h 试运

行，转入商业运行。投产初期，发电机运行情况良好，

氢气纯度、发电机严密性均合格。氢气需要提纯的时

间间隔在 20d 以上，严密性试验结果在 2m3/d 以下。

该机组于 2010 年 9 月份进行了首次 A 修，A 修后氢

气纯度下降较快，2010 年 11 月 14 日至 12 月 1 日，

半月内共提纯 6 次，明显超标，当时采取了提高氢侧

油压的措施后，提纯次数从 2～3d 变为 8d 左右提纯

一次。2011 年 4 月 9 日起，氢气纯度又开始明显下

降。6 月 22 日，检查发现氢侧油箱排油浮球阀卡涩，

消除缺陷后，纯度下降得到一定改善，基本保持在 8d

左右提纯一次。2012 年 5 月份，#4 机组进行了为期

20d 的 C 级检修。C 修后，氢气纯度情况明显劣化，需

要 3～4d 提纯一次，且 #4 机组提纯消耗的氢气量明

显偏大。

2 密封油系统简介

上海汽轮发电机有限公司生产的国产 600MW

汽轮发电机组的密封油系统，采用双流环式密封瓦。

由于氢冷发电机的转子轴，必须穿过发电机的端盖，

这部分成了氢内冷发电机密封的关键。密封油分为

空侧和氢侧两个油路，将油供给密封瓦上的两个环

状配油槽，油沿转轴轴向，穿过密封瓦内径与转轴之

间的间隙流出。如果这两个油路中的供油油压，在密

封瓦处恰好相等，油就不会在两个配油槽之间的间隙

中窜流，通常只要密封油压保持高于机内气体压力，

便可防止氢气从发电机内逸出。空侧油路供给的油，

则将沿轴和密封瓦之间的间隙流往轴承侧（见图 1），

600MW机组发电机氢气纯度低的故障分析与处理杜小军 尹 鲁

（神华陕西国华锦界能源有限责任公司，陕西 神木，719319）

摘 要： 对上海汽轮发电机有限公司生产的 QFSN-600-2 型 600MW发电机正常运行中，氢气纯度

下降快的原因进行了分析，找出了引起纯度降低的主要原因。通过对现场实际运行设备的检查，发现了

故障点。经处理后氢气纯度由以前的 3耀4d 提纯一次，提高到 20d 以上，并分析了此故障点引起系统运

行异常、发电机氢气纯度下降的机理，对同类型故障的分析处理具有借鉴意义。

关键词： 发电机 氢气 纯度 平衡阀

中图分类号：TM6 文献标识码：B 文章编号：1674-8492（2013）04-061-03

第 11 卷 第 4 期

VOL.11 NO.42013 年 7 月

July.2013

图 1 密封油系统

转子迷宫式挡油板

发电机

消泡箱

端盖

氢侧

平衡阀

排油阀

过滤器

氢侧油路

冷油器

氢侧交流油泵

氢侧直流备用泵

汽轮机备用油源

汽轮机低压润滑油源

备用差压阀

直流备用泵

交流主油泵

主差压阀

冷油器

空侧油路

过滤器

空侧回油密封箱

空侧 密 封 环

并同轴承回油一起进入空侧密封油箱，从而防止了

空气与潮气侵入发电机内部。氢侧密封油，则沿轴和

密封瓦之间的间隙流往发电机内侧，落入消泡箱，最

后回到氢侧密封油箱。

空侧油路：由空侧交流密封油泵，从空侧回油箱

取得油源，将一部分油泵入油冷却器、滤油器，注入

密封瓦的空侧，另一部分油经过主差压阀，流回到油

泵进油侧。通过主差压阀，将调节空侧密封油压力，

始终保持在高出发电机内气体压力 0.084MPa 的水

平上，另外空侧配有直流密封油泵备用。

氢侧油路：氢侧密封油路中的油泵，从氢侧密封

油箱取得油源。它将一部分油经过油冷却器、滤油

器、平衡阀，送往密封瓦的氢侧，在油泵旁装有再循

环管道，通过再循环管上的节流阀，对氢侧密封油压

进行粗调。氢侧油路的油压，则通过平衡阀进行细

调，并使自动跟踪与空侧密封油压差保持在±490Pa，

以达到基本平衡的目的。另外氢侧密封油设有 2 台

交流油泵，正常运行中，一台运行一台备用。

3 原因分析

影响氢气纯度的因素主要有：①密封瓦处空氢

侧密封油交换。②氢侧回油箱补、排油浮球阀状态。

③纯度表。④空氢侧密封油油温。⑤补氢纯度。⑥氢

气湿度。⑦油中含水量。⑧氢油压差等，见图 2。

氢气纯度表经校验合格，氢侧密封油箱补、排油

阀经活动均正常，所以可以排除这两项因数的影响，

故重点分析密封油系统及其他运行参数是否正常。

4 故障的发现及处理经过

专业人员对密封油系统进行了认真的检查，发

现的主要问题有：

（1）氢侧油箱排油管温度高，油箱一直在往外排

油。说明密封瓦处氢侧油压力低，空侧往氢侧串油量

较大。同时做了试验，将氢侧油箱补油门强制关闭，

氢侧油箱油位没有变化，将氢侧油箱排油门强制关

闭，氢侧油箱油位随即上升，进一步验证了密封瓦处

空侧向氢侧串油。

（2）氢侧油箱油位较高，在＋10cm 左右（根据浮

球阀调节数据，当油位到＋5cm 时排油），且即使提高

氢侧油泵出口压力，氢侧油箱油位几乎不下降。

（3）汽端与励端压差计均在0 位附近（±1cmH2O）。

若单从压差计来看，密封瓦处空氢侧油压差正常（要

求±490Pa 以内），这与氢侧油箱排油管温度高、氢侧

油箱油位高又相悖，且对压差计进行校验合格。

（4）氢侧密封油冷油器出口油温低，且波动较大。

夏季高温季节，调门开度在 3.5％以下的情况，冷油器

出口油温能达到要求。这与其他机组冷油器运行情况

明显差异，大大好于其他机组冷油器，反映该机组氢

侧油流量较小，油路存在堵塞现象。

（5）氢侧供油在励端与汽端供油管，存在一定温差。

氢侧供油从氢侧冷油器出口，经滤网后分成两路，一

路往发电机汽端氢侧供油，一路往发电机励端氢侧供

油。这两路供油管在平衡阀后，有 1℃左右的温差，但

在 6.9m即达到了 4℃~5℃的温差，汽端油温较低。

对以上问题分析后认为，氢侧油路汽端供油不

畅，存在堵塞的问题，可能是导致密封油系统运行异

常、氢气纯度下降的主要原因。随后对汽端平衡阀进

行了检查，未见异常。专业人员扩大了检查范围，对

系统所有阀门的状态进行了检查。发现汽端平衡阀

空侧供油信号一次门（此门位置在 13.7m 运转层的化

妆板内，较隐蔽）处于关闭位置，随后打开该阀门，并

对密封油系统重新进行了调整，各参数均能够调整

到正常状态，发电机氢气纯度得到明显好转，见图 3。

图 3 氢气纯度变化曲线

杜小军等：600MW 机组发电机氢气纯度低的故障分析与处理

图 2 影响氢气纯度因素的鱼刺

氢气纯度检验 系统参数

密封油温度氢气温度

油中含水量

补氢纯度

油氢压差

排油阀卡或不严

补油阀卡或不严

补排油阀定位不当

发动机氢气纯度下降快

氢侧密封油箱密封瓦处串油

发电机轴振大平衡阀卡涩

平衡阀跟踪不良

轴径磨损 密封瓦磨损

表计误差

零点漂移

取样点不当

操作不当

氢气纯度

97.80%

97.60%

97.40%

97.20%

97.00%

96.80%

96.60%

96.40%

96.20%

96.00%

95.80%

第 4 期62· ·

5 汽端平衡阀空侧油压信号一次门关闭对系统运行的影响（见图 4）

平衡阀有两路信号管，一路为空侧信号管，一路

为氢侧信号管。空、氢侧信号管，分别从发电机下端

盖的左、右侧的油路引出，引入平衡阀活塞的上、下

部，以控制平衡阀的开度，使得氢侧油压跟踪空侧油

压，维持密封瓦空氢侧油压平衡，减少相互之间的串

油量。若运行中空侧信号门被关闭，则空、侧信号油

压降低，在空、氢侧信号油压作用下，平衡阀将被关

闭，使得氢侧供油减少甚至中断。由于氢侧供油很

少，又会使得氢侧信号管油压降低，两路信号油压最

终处于平衡状态，导致氢侧供油很少，汽端密封瓦几

乎只有一路空侧供油。这也是为何在氢侧油箱油位

高、氢侧油路流量明显减少、汽端平衡阀已关闭的情

况下，压差计表仍显示在平衡状态。汽端密封瓦只有

空侧一路密封油系统运行，所以发电机内空气的渗

入量大大增加，而且还有一定的氢气，被油吸收而带

到发电机外部，所以氢气纯度下降速率加快，发电机

需要的补氢量也会增加。

6 结论

发电机密封油系统运行的好坏，对发电机氢气

纯度、严密性等有着重要的影响。本案例就是由于密

封油系统平衡阀空侧信号门误关，导致发电机氢气

纯度严重劣化。当然，现场实际引起发电机氢气纯度

低还有一些原因，但只要专业人员认真分析，仔细查

找设备、运行操作等方面的原因，就一定能找到解决

问题的方法。

作者简介：杜小军（1979-），汽机专工、助理工程师，1999 年

毕业于西安电力高等专科学校，现供职于神华陕西国华锦界能源有限

责任公司。

图 4 平衡阀结构原理

Fault Analysis and Treatment for Hydrogen Purity Low of600MWUnit Generator

DU Xiaojun YIN Lu（Shenhua Shaanxi Guohua Jinjie Energy Co., Ltd, Shenmu, Shaanxi, 719319）

Abstract: Analyzed the reasons why hydrogen purity decreased fast while QFSN-600-2 600MW generator normal operation, and found out

the main reasons that caused the purity reduced, the generator was produced by Shanghai Electricity and installed in a company. Based on the

inspection of actual operation equipment, found the fault point, and after treatment, the hydrogen purity need purify from 3 ~4D, increased to

more than 20d. And analyzed the fault point caused abnormal system operation, generator hydrogen purity decreasing, provide reference for the

same type of fault analysis and processing.

Key Words: Generator; Hydrogen; Purity; Balance Valve

（收稿日期：2012-07-19 责任编辑：马小军）

去密封瓦

氢侧油压信号接口

空侧油压信号接口

氢侧密封油

第 4 期 63· ·

1 690t/hCFB 锅炉运行概括

神华亿利能源公司 690t/h 循环流化床（CFB）锅

炉，采用中国科学院工程热物理研究所技术，由上海

锅炉厂有限公司制造，锅炉型号 SG-690/13.7-M451。

4 台 CFB 锅炉分别于：2007 年 11 月（#2 炉）、2008 年

1 月（#3 炉）、2008 年 4 月（#1 炉）、2008 年 8 月（#4 炉）

投产。锅炉采用单锅筒自然循环、集中下降管、平衡

通风、绝热式旋风气固分离器、循环流化床燃烧方

式、滚筒冷渣器，后烟井内布置对流受热面。

本锅炉采用循环流化床燃烧方式，在 850℃

~930℃床温为理想的脱硫温度区间，燃料和空气以

及石灰石在炉膛密相区内混合，煤粒在流态化状态

下进行燃烧，并释放出热量，高温物料、烟气与水冷

壁受热面进行热交换。石灰石在高温下煅烧生成

CaO 和 CO2，CaO 与燃烧生成的 SO2 反应生成 CaSO4，

实现炉内脱硫。烟气携带大量的物料自下而上，从炉

膛上部的后墙炉膛出口切向进入 3 个旋风分离器，

在旋风分离器中进行烟气和固体颗粒的分离。分离

后的烟气由分离器中心筒出来，进入尾部竖井烟道

（布置有包覆墙过热器、高温过热器、再热器、省煤器

和空气预热器），排烟温度降至 140℃左右，经由布袋

除尘器分离烟尘后排向大气；被分离器捕捉下来的

固体颗粒通过立管，由 3 个“U”型回料器直接回送到

炉膛，从而实现循环燃烧。因此，固体物料（灰、未燃

烬碳、CaO 和 CaSO4）在整个循环回路内反复循环燃

烧，脱硫剂的利用率大大提高。灰渣通过炉膛底部布

置水冷滚筒式冷渣器，冷却至 150℃以下排出。

2 运行中锅炉存在的问题分析

2.1 各台锅炉实际运行过程中各项参数的对比

从各台锅炉实际运行过程中，各项参数的对比

中（见表 1），发现 9 个问题：

表 1 180MW负荷工况下各台锅炉运行参数对比

参数项目

锅炉 #1 炉 #2 炉 #3 炉 #4 炉

负荷（MW） 180 180 180 180

下部平均床温（℃） 949 954 922 956

一次风室与炉前顶部差压（Pa）

左侧 12564 12186 13151 13432

右侧 12515 12491 13206 13241

中部平均床温（℃） 896 927 894 939

炉膛 13.9m 与炉前顶部差压（Pa）

左侧 1350 993 1350 1277

右侧 1259 1048 1164 952

炉膛 20m 与炉前顶部差压（Pa）

左侧 686 711 363 839

右侧 885 695 335 488

给煤机煤量（t）左侧（#1、#2、#3） 48 54 58 51

右侧（#4、#5、#6） 54 60 64 54

A一次风机

变频运行

电流（A） 114 129 146 117

频率（Hz） 42 43 45 42

出口风压（kPa） 11.78 11.97 13.4 13.7

工频运行电流（A） 221 225 233 213

出口风压（kPa） 12.3 12.5 14.3 13.9

B一次风机

变频运行

电流（A） 118 133 154 123

频率（Hz） 42 43 45 42

出口风压（kPa） 13.06 12.4 13.2 13.2

工频运行电流（A） 224 231 242 216

出口风压（kPa） 13.4 12.8 14.4 13.7

左侧旋风分离器（℃）

入口烟温 771 907 812 889

出口烟温 877 880 880 854

中间旋风分离器（℃）

入口烟温 852 875 900 904

出口烟温 921 938 893 896

右侧旋风分离器（℃）

入口烟温 811 922 741 802

出口烟温 876 892 860 850

CFB 锅炉两侧含氧量和排烟温度偏差大的分析与解决措施张兴阳 姬慧强

（神华亿利能源有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯，014300）

摘 要： CFB 锅炉由于其效率高、污染低、煤种适应性好，是一种环保节能型锅炉，是目前环保节能

型电厂的发展方向，在国际上已进入大型化、商品化生产阶段。国内也陆续投产了一大批循环流化床

煤矸石发电厂，由于 CFB 锅炉燃烧应用技术在我国起步较晚，系统结构设计布局不尽完善，国内已有

的经验还相对较少。本文针对神华亿利能源公司 690t/h 循环流化床（CFB）锅炉运行过程中，锅炉两

侧含氧量和排烟温度偏差大等问题进行分析，并提出解决的措施。

关键词： CFB 锅炉 含氧量和排烟温度偏差大 分析与解决措施

中图分类号：TK22 文献标识码：B 文章编号：1674-8492（2013）04-064-04

第 11 卷 第 4 期

VOL.11 NO.42013 年 7 月

July.2013

（1）空预器出口一、二次风温度，左侧比右侧分

别偏高 5℃~21℃左右。

（2）炉膛13.9m与炉前顶部差压，偏差达100~300Pa，

（3）炉膛20m与炉前顶部差压，偏差达100~350Pa。

（4）左、中、右侧旋风分离器出入口烟温，偏差达

80℃~120℃。

（5）左、右侧排烟温度，偏差达 5℃~16℃。

（6）左、右侧烟气含氧量，偏差达 0.6%~1.1%。为

保证左侧炉膛的燃烧氧气量，经常使两侧给煤量偏

差达到 10%左右。

（7）左侧床温长期偏高，特别是左侧旋风分离器

对应的前墙部位。

（8）屏式过热器出口汽温左右侧，偏差达 5℃~10℃，

过热器和再热器烟气挡板开度，偏差达 10%~25%。

（9）一次风机变频器调节改造后，变频调节方式

（全开热一次风进炉膛调节挡板和一次风机入口挡

板，由变频调节一次风机转速来控制 2 台一次风机

出口风压的平衡稳定）投入后节能效果显著。2 台一

次风机电流可下降 100A 左右，变频调节方式不能较

大幅度单独手动调节各自风机转速，容易造成 2 台

一次风机的抢风触发锅炉 MFT 保护动作，只能保持

变频器自动方式。同时，等量调节 2 台一次风机的转

速（全开一次风机入口挡板，由变频调节热一次风挡

板前后压差，由进炉膛热一次风调节挡板，来控制 2

台一次风机出口风压的平衡稳定）。

2.2 原因分析

（1）煤在炉膛内燃烧产生 SO2，炉内加石灰石：

Ga（CO3）2→CO2+GaO,在温度达到 850℃～950℃发生

化学反应除去 SO2，即 GaO+ SO2→GaSO4，由于脱硫效

果不能达到 100%，残余的 SO2 被进一步氧化成 SO3。

SO3 与烟气中水蒸汽结合生成 H2SO4，含有硫酸蒸汽

的烟气露点升高。当受热面壁温低于露点时，硫酸蒸

汽就会在管壁上凝结，并腐蚀管壁金属，低温腐蚀一

般发生在锅炉烟囱、后竖井烟道空预器和省煤器等温

度相对较低的部位。当炉膛出口处过量空气系数α 控

制在 1.10 以下，计算出对应的 O2 量在 1.9%时，由酸露

点与燃煤含硫量和过量空气系数关系曲线（见图 1），

查得酸露点温度为 118℃。只要排烟温度高于此值，

以蒸汽状态存在的硫酸，就不会凝结成液态的

H2SO4，也就不会对空气预热器管束长期缓慢的低温

酸腐蚀，造成空预器管束漏风，减少一、二次风温度，

左侧比右侧分别偏高 4℃左右（问题 1）。

当炉膛出口处的过量空气系数越低，烟气露点

就会越低，就能够避免或减轻低温腐蚀。通过锅炉运

行过程中的实际测定，当炉膛出口过量空气系数从

1.15~1.2 降到 1.01~1.02 时，烟气露点可降低 50℃

~60℃，见表 2。

参数项目

锅炉 #1 炉 #2 炉 #3 炉 #4 炉

氧量(%)左侧 1.9 2.0 1.8 1.7

右侧 2.8 2.6 2.9 2.7

排烟温度（℃）左侧 140 131 130 165

右侧 133 136 133 149

空预器出口风温（℃）

左侧 197 195 174 211

右侧 202 188 224 199

一次流化风总量（km3/h） 216 205 243 230

一次风总量（km3/h） 273 265 291 264

SO2 排放量（mg/m3） 356 316 368 195

屏式过热器出口蒸汽温度（℃）

左侧 482 472 470 482

右侧 491 479 482 481

高温过热器出口蒸汽温度（℃）

左侧 541 537 539 536

右侧 537 541 539 538

再热器出口蒸汽温度（℃）

左侧 537 534 533 531

右侧 536 531 540 532

续表

张兴阳等：CFB 锅炉两侧含氧量和排烟温度偏差大的分析与解决措施

表 2 入炉煤质化验单

收到基全水分（Mt%） 23.2 空干基水分（Mad %） 9.32

收到基灰分（Aar%） 18.70 空干基灰分（Aad %） 22.07

干燥基灰分（Ad %） 24.34 收到基挥发分（Var %） 23.09

干燥无灰基挥发分（Vdaf %） 39.71 空干基挥发分（Vad%） 27.24

收到基固定碳（Fcar %） 35.05 空干基固定碳（Fcad %） 41.36

收到基全硫（St,ar %） 1.42 空干基全硫（St,ad %） 1.67

干燥基全硫（St,d %） 1.84 空干基氢值（Had %） 3.41

弹筒热值（Qb,ad MJ/kg） 21.142 收到基低位热值

（Qnet,ar）

（MJ/kg） 16.622

空干基高位热值（Qgr,ad MJ/kg）

20.959 （kcal/kg） 3975

注：采样方式为自动采样。

图 1 酸露点温度与燃料含硫量和过量空气系数的关系曲线

150

137.5

125

112.5

100

87.5

75

62.5

50

a=1.15

a=1.10

a=1.05

1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.01.25 1.75 2.25 2.75 3.25 3.75

含 S 量（%）

第 4 期 65· ·

（2）由于锅炉各段受热面积灰程度不同和烟气挡

板开度不一样，就在竖井烟道内形成了烟气走廊。在

竖井烟道内，从前墙到后墙形成一个递增的烟气速

度梯度，前墙烟气流动速度比后墙低，势必造成屏式

过热器，在前后墙的吸热量偏差，也势必造成布置在

烟道内的屏式过热器，前后墙引出口的屏过出口蒸

汽温度偏差（左、右侧），实际运行中偏差 5℃~10℃

（问题 8）。为了保证左右侧屏式过热器出口汽温一

致，炉膛左右侧给煤量偏差达 20%左右。左侧的旋风

分离器内进入的循环物料，比中间和右侧的旋风分

离器进入的物料少，势必造成左、中、右侧旋风分离

器出入口烟温偏差达 80℃~120℃（问题 2、3、4、7）。

（3）以上分析两项影响相叠加，势必造成两侧含

氧量和排烟温度偏差大（问题 5、6）。

（4）温度对流化的影响非常大，通过以上分析，

左侧一、二次风温及床温均偏高。为了保持炉膛两侧

中上部差压平衡，即两侧床上物料量平衡时，左侧所

需流化风量必然要比右侧大。虽然二次风的主要作

用是助燃，但是实际运行中对床压的影响也非常大。

实际运行中，曾多次通过关小左侧二次风挡板，减小

左侧二次风量的方法，来满足右侧燃烧用氧量，都适

得其反。通过一次风量来保持两侧差压平衡，两侧一

次风机出口风压偏差很大（问题 5），额定负荷时，一

次风机出口风压偏差达到 1300Pa。流化风压的偏差，

使炉膛中上部差压平衡和稳定调节困难，返料器经

常发生堵塞现象，严重影响机组的运行安全，给床压

平衡控制和经济燃烧带来了矛盾（问题 6、7、8、9）。

3 690t/hCFB锅炉运行存在问题的解决措施

（1）定期对炉膛受热面进行吹灰，减少烟气流动

阻力，使得受热面吸热均匀。在环境温度低于 10℃时，

及时投入锅炉一次风和二次风暖风器运行，提高空预

器入口风温。控制炉膛出口两侧含氧量在 1.9%以下

时，烟气露点温度就会明显下降，从而避免或减轻锅

炉尾部受热面管束的低温腐蚀，从而减轻了空预器的

漏风，减少排烟温度的偏差，提高了锅炉的热效率。

（2）若将两侧屏式过热器进出蒸汽管交叉布置，

也可以减小两侧屏过出口汽温的偏差。

（3）对石灰石脱硫系统进行改造，在床内直接添

加石灰石等脱硫剂，投资小、脱硫效率高。当 Ca/S＝

1.5~2.0 时，脱硫效率可达 85%~90%，大大降低烟气

中 SO2 的含量。同样可减轻锅炉尾部受热面管束的低

温腐蚀，减少空预器的漏风率。

（4）针对锅炉中上部差压偏差大和两侧含氧量偏

差大的问题，可以通过论证后，利用停炉检修时增加

左侧布风板的风帽数量，从而调整进入炉内的一次

流化风量。使得床温和中上部差压，两侧含氧量、排

烟温度都能达到平衡。

4 预期达到的效果

（1）按 200MW机组排烟含氧量偏离1%，供电煤耗

增加 0.77g/kWh 计，可降低供电煤耗 1.54g/kWh，脱硫

效率也会相应提高。

（2）两侧床温和中上部差压、含氧量、排烟温度

调整平稳了，安全性大大提高，为一次风机变频运行

方式（全开热一次风挡板和一次风机入口挡板，由变

频调节一次风机转速，来控制两侧床压的稳定）节能

运行奠定了基础。2 台一次风机电流，可由工频方式运

行时的 190A降到 100A 左右，节约有功近 950kW/h。

按年运行 5000h 计，1 台机组年节约电量约 500 万

kWh。4 台机组年节约电量 2000 万 kWh 以上，提高

了经济效益约 600 万元。

（3）现额定负荷时减温水量 20~35t/h，平均降

低 15t/h。按相关热力试验方法计，每增减 1t 减温

水，机组热耗增减 0.034%，可减少热耗 0.525%。按机

组热耗 7970.5kJ/ kWh，年发电量 35亿 kWh 计，可节能

近 1500亿 kJ，合标准煤5000t以上；按每增减1t减温水，

机组煤耗减增 0.15g/ kWh 计，机组煤耗降低 9.75g/

kWh，年节约标煤 7000t 以上，大大减少 SO2、烟尘、废

水排放。同时设备磨损大大减轻，检修维护成本和故

障率大大降低。床温分布均匀，将提高燃烧的安全水

平和燃烧脱硫效率，而且床温和过热汽温均可实现

自动控制，提高了设备自动化水平。为循环流化床锅

炉的大型化和普及，提供了实际运行参考数据。

循环流化床锅炉的优点，非常适合我国现阶段

发展低热值燃料洁净煤发电技术产业政策，及节能

环保的要求，解决好循环流化床锅炉运行中存在的问

题，共同推动 CFB锅炉向高参数、大容量迅速发展。

参考文献

［1］路春美.循环流化床锅炉设备与运行［M］.北京：中国电力出版社，

2003，9.

［2］吕俊复 岳光溪. 循环流化床锅炉运行与检修［M］.北京：中国水利

水电出版社，2005，9.

［3］岑可法，等.循环流化床锅炉理论设计与运行［M］.北京：中国电力

第 4 期66· ·

9m3 左右，减少了水资源和能源的浪费，节约了能源。

保证了升井人员的洗浴水温度。

该装置使用效果良好，达到了预期目的。现有技

术有玻璃管水位显示、电控水位显示等。

参考文献

［1］ISBN978-7-5020-3804-5/TD7，煤矿安全规程［S］.

作者简介：翟育东（1968-），机电助理工程师，现供职于神华

宁夏煤业集团大峰露天煤矿。

Sound-light Warning Device on Low-water Display ofSelf-control High-level Water Tank

ZHAI Yudong（Shenhua Ningxia Coal Industry Group, Dafeng Open-pit Coal Mine, Shizuishan, Ningxia, 753300）

Abstract: The water level warning device complete real-time supervision display on water level of head water tank. Its functions enforcement

depends on water tank, communicating pipe, float and controller. The main operating principles of water level monitoring device are as follows:

1. connect the communicating pipe and set magnetic float on side wall of the water tank; 2.set the magnetic switch on the ectotheca of

communicating pipe that may make magnetic float change with the water table, thus the magnetic switch is under control and the

corresponding water level condition can be displayed. Compared with the available technology, it is convenient to observe and monitor the

water level; accordingly, the temperature of exceeding water can change by water temperature in the tank; meanwhile, it lowers labour intensity

and improves work efficiency.

KeyWords:High-level Water Tank; Magnetic Floats; Convenient Water Level Monitoring

（收稿日期：2013-05-28 责任编辑：马小军）

Analysis and the Solutions of Oxygen and Flue Gas TemperatureDeviation is Big in Both Sides of 690t/hCFB Boiler

ZHANG Xingyang1 JI Huiqiang2（Shenhua Y ili Energy Co., Ltd, Erdos, Inner Mongolia, 014300）

Abstract: CFB boiler is a kind of environmental protection energy-saving boiler, and it is the development direction for environmental

protection energy saving power plant, it has entered the large-scale, commercial production phrase in the world because of its high efficiency,

low pollution, and coal adaptability is good. China has been put into operation a large number of circulating fluidized bed coal gangue power

plant, but because of the CFB boiler combustion application technology in our country started late, system structure design layout is not

perfect, and the domestic experience still relatively small. This paper analyzed the problems of oxygen content and flue gas temperature

deviation is big in both sides of the 690t/h circulating fluidized bed（CFB）boiler in Shenhua Yili Energy Company, while the boiler running,

and put forward the solution measures.

KeyWords: CFB Boiler; Oxygen Content and Flue Gas Temperature Deviation is Big; Analysis and Solution Measures

（收稿日期：2012-09-03 责任编辑：马小军）

张兴阳等：CFB 锅炉两侧含氧量和排烟温度偏差大的分析与解决措施

（上接第 50页）

第 4 期

出版社，1998，8.

［4］刘德昌.循环流化床锅炉运行及事故处理［M］.北京：中国电力出

版社，2006，4.

［5］容銮恩.电站锅炉原理［M］.北京：中国电力出版社，1997，11.

［6］徐建良.工程热力学［M］.北京：化学工业出版社，2002，1.

［7］杨世铭.传热学［M］.北京：高等教育出版社，1998，9.

［8］吴仁芳.电厂化学［M］.北京：中国电力出版社，2010，1.

作者简介：张兴阳（1979-），工程师，2001 年毕业于内蒙古工

业大学电力学院电厂热动专业，现供职于神华亿利能源有限责任公司

发电运行部,主要从事发电生产运行工作。

67· ·

1 工程概况

台山电厂二期工程为 2台 1000MW超超临界燃煤

机组（简称#6、#7机）。该工程DCS系统采用和利时MACS

V6 系统，DEH系统采用西门子 SPPAT3000 系统，汽轮

机监测保护系统（TSI系统）使用Vibro-Meter 公司生产

的VM600 型汽轮机监测保护系统，用于监测轴向位移、

振动、键相、偏心、零转速等。其中主机 TSI信号，经过

VM600 处理后，送出模拟量至 DEH，ETS 功能在 DEH

侧实现，而小机 TSI，则在 VM600 中进行逻辑判断后，

输出保护开关量给小机ETS。

2 VM600 运行问题分析

（1）台山电厂二期在基建调试阶段，曾发现某些

瓦块绝对振动突然增大，就地检查发现绝振探头和轴

承座之间陶瓷垫片发生破裂。经分析是垫片和轴承座

接触面不够洁净，存在固体小颗粒等杂质，运行过程

中垫片振动大，以及陶瓷垫片本身易碎特性导致。

（2）2011年 7月 16日，台山电厂二期 #6 机 B小机

前轴颈振动1跳变，最大振动跳变值达 159μm/s，考虑

小机轴承振动均为单点保护，在线处理风险较大，故申

请退 METS保护。后利用停机检修机会对其进行检查，

发现该处探头和延伸电缆接头接触不良，将接头清洁处

理后旋紧，并用橡塑带密封，目前运行效果良好。

（3）2012 年 1 月 18 日，台山电厂二期 #7 机 A 小

机 TSI画面偶发 TSI 系统故障报警。经检查该报警只

发生在早上 8：30~9：00 之间，经观察发现承包商维

护人员在该时段内，通过踩踏桥架登上小机本体上

进行检查。热工专业随即退出 #7 机 A 小机保护，就地

摇晃该桥架，TSI 系统故障报警随即触发。经分析认

为，此处轴位移探头和延伸电缆的接头，由于密封不

好或者是处理时未旋紧，导致接头松动，在该处发生

晃动时接头松脱，导致测量值波动。

深入分析，存在以下原因：①安装紧固问题。VM

探头的旋紧螺母，都存在这方面的问题。旋紧后，时

间一长，容易发生松动。其它易发生此现象的部位，

还有前置器与延伸电缆的接头。避免方法就是在旋

紧时，不要让延伸电缆扭曲，避免电缆存在拧劲，从

而避免时间长发生松脱现象。②接头密封及清洁工

艺。轴振动的接头都放在小机轴承箱内，长时间浸泡

在油内，密封用的胶布就变脆、变硬，甚至松脱，容易

使接头扭曲、弄脏。

（4）2012 年 2 月 2 日，徐州电厂 #1 机组 #2、#5、#8

瓦瓦振通道 ok 信号相继消失，轴瓦振动保护误动作

机组跳闸。经分析为信号干扰导致。徐州电厂为此组

织专家对该厂 VM600 进行检查，发现问题有：①8

瓦瓦振没有发电机厂原配绝缘底座。②信号的屏蔽

电缆与信号线路之间无法确定是否一一对应。③轴

振探头的信号电缆共用屏蔽电缆 。④主机及小机部

分屏蔽电缆存在双点接地。⑤韦伯瑞华控制公司 3

年前对系统进行了更新，当通道出现 not ok 时，会延

时 10s 保持 not ok 状态；当干扰信号导致通道出现

not ok 时，即使干扰消失也不能及时复位 not ok 信

号，从而导致跳机。目前国内已经投产的 43 台上汽

660-1000MW 超超临界机组的轴瓦振动保护中，除国

电谏璧、国华徐州、国华台山、陈家港等 8 台机组外，

摘 要： 汽轮机监视仪表（TSI）系统的不可靠和测量系统中存在的问题，严重影响机组安全稳定运

行，多次引发机组跳闸事故。为防止类似事件在台山电厂二期 1000MW超超临界机组上发生，热工专

业针对 VM600 型 TSI 系统存在的问题，在基建调试阶段通过调研、总结，提出相应的逻辑优化和故障

预控措施。基建调试中已开始实施，并在后续的使用中不断改善，取得较好效果，本文对此进行了介

绍，供同行参考。

关键词： TSI VM600 1000MW 事故 预控

中图分类号：TM31 文献标识码：B 文章编号：1674-8492（2013）04-068-03

VM600 型 TSI 系统在 1000MW机组上的应用及事故预控张应果 肖光华 杨铁强 吴铭治

（神华广东国华粤电台山发电有限公司，广东 台山，529228）

第 11 卷 第 4 期

VOL.11 NO.42013 年 7 月

July.2013

其它机组均取消“2 个瓦振通道同时故障，延时 3s 跳

机”条件。

3 VM600 应用问题及解决措施

3.1 安装事故预控

3.1.1 电缆选型布置

在设计审查阶段，对 TSI系统电缆选型及走线布

置提出了要求。要求大小机 TSI电缆，均应采用总屏

加分屏的形式，走线使用专门的电缆槽，避免与励磁

区域交叉，严格控制高低压电缆走同一桥架，最大程

度上降低了干扰信号对 TSI 信号的影响。

3.1.2 绝振探头安装问题

VM600 绝振探头使用垫片固定在轴承座上，台

山电厂二期在基建调试阶段，曾发生陶瓷垫片破裂

的现象。经分析是垫片和轴承座接触面不够洁净以

及垫片本身的问题。经过与厂家协商，将陶瓷垫片改

为树脂垫片，并在安装时注意保证垫片和轴承座接

触面的洁净，避免存有颗粒状固体，不使用蛮力紧

固，目前使用效果良好。

3.1.3 规范屏蔽及接地

电厂热控系统工作环境存在大量复杂的干扰，

轻则影响测量的准确性和系统工作的稳定性，严重

时将引起机组跳闸。因此有效地抑制干扰，能够在很

大程度上提高 VM600 的可靠性。屏蔽接地是抑制干

扰、提高可靠性最简单有效的办法，应引起足够的重

视。然而在基建和生产过程中，却发现大量的热控保

护误动事件，都与接地有一定的关联。因此，在基建

安装阶段，对 TSI 系统的接地进行严格把关，保证每

个信号使用对应的单独的屏蔽层，屏蔽层单点接地，

接地电阻合格。

3.1.4 缸胀元件安装问题

汽缸绝对膨胀采用 AE119 探头，该探头耗电功率

较高，一块卡件供电可能会因供电不足，影响其测量

及其它信号的测量。使用两块卡件同时为 AE119 供

电，此外为保证缸体绝对膨胀测量的准确性，还应注

意缸体绝对膨胀探头 AE119，应在顶轴油、汽封系统

投运前，整个汽轮机完全冷态的情况下，进行零位调试。

3.1.5 外移 TSI 接线盒

西门子 1000MW 机组原设计 TSI 接线盒紧贴轴

承座,该位置温度较高、振动较大，且安装位置过低，

存在一定的安全隐患，且不利于日常维护。在基建安

装时将这些接线盒外移，并焊接到专门的支架上，从

目前运行情况来看，效果理想。

3.1.6 规范连接头安装

探头与延伸电缆间的接头，不清洁或松动会影

响测量。因此安装前使用电子清洗剂进行清洗，然后

使用黄腊管包扎，铜丝紧固，热缩管紧缩，保证接头

清洁密封及紧固。

3.2 增加冗余度

3.2.1 通道分配问题

在热控设计图纸审查期间，发现小机 TSI 轴位移

信号通道分配设计存在缺陷，3 个轴位移信号分配在

同一块卡件上，这在一定程度上丧失了冗余功能。同

时也违反25 项反措。当该卡件故障时，可能触发METS

导致小机跳闸。针对这一问题，台山电厂二期的解决

措施是，对小机 TSI 通道进行了重新分配和改线，将 3

个轴位移信号分配到 3 块卡件上，以降低误动风险。

3.2.2 单点保护问题

台山电厂二期单台给水泵及给水泵汽轮机，前、

后轴承振动 X、Y 共4 组测点，原逻辑为任一测点通道

正常，且振动大于200μm保护停给水泵汽轮机。该逻

辑属于单点保护，为避免误动，将逻辑修改为 X 振动

测点通道正常，且大于200μm；与上Y振动大于125μm

保护停给水泵汽轮机，或者 Y 振动测点通道正常且大

于200μm；与上 X振动大于125μm 保护停给水泵汽

轮机。这里仅仅是要求“另一振动信号的采集值达到

报警值”，而没有对该信号通道是否 ok 做要求。这样

既解决了单点保护容易导致设备误动的问题，又保证

了在异常工况下，振动大保护不会产生拒动。

3.3 逻辑优化

3.3.1 系统特性与 DEH 逻辑匹配问题

西门子 T3000 型 DEH 原振动跳机逻辑中有一

条件：同一瓦的 2 个绝振探头同时故障（not ok），延时

3s触发 ETS 跳机。但是，VM600 系统绝振探头CA202

在测量中，由 not ok 状态恢复到 ok 状态时间较长（约

10s 左右），存在较大的误跳机隐患。同时，也不符合

国内的习惯。国内同类型机组，曾因该原因出现机组

跳闸事故，台山电厂二期针对该问题对 DEH 逻辑进

行了修改，取消同一瓦的 2 个绝振探头，同时故障触

发 ETS 逻辑。

3.3.2 信号干扰问题

机组正常运行期间，曾出现 3 瓦瓦振剧烈波动

现象，且 1 瓦、2 瓦、4 瓦均有小幅波动，但幅值仅为

4mm/s左右，唯有 3 瓦绝振间歇性产生大幅波动，达到

张应果等：VM600 型 TSI 系统在 1000MW 机组上的应用及事故预控第 4 期 69· ·

跳机值11.8mm/s。由于ETS 逻辑中，对该条件设置了

3s的延时，故未引起机组跳闸。经过分析认为，该现象

是由于蒸汽汽流与阀位的配合点，产生的高频激振力

引起汽门啸叫，造成 3 瓦瓦振突变。当时对 3 瓦瓦振

信号进行现场录波，并将振动数据发往电科院进行分

析，得出 3 瓦瓦振动突变频谱，类似于冲击信号的频

谱，印证了这种判断。鉴于此种情况，经讨论决定将 4

倍频以上的高频信号滤掉，通过修改 TSI 框架内 3 瓦

的绝振参数，由原来的 1000Hz修改为 200Hz。

3.3.3 跳线设置问题

调试过程中发现在 VM600 框架或卡件失电情况

下，送至小机 ETS 的开关量保护信号，会触发导致小

机跳闸。为避免卡件故障、接线松动、接触不良等原

因引起卡件失电，导致设备误动，按照厂家提供的硬

件设置说明书，对卡件跳线重新进行设置，保证卡件

失电情况下，不发出跳闸指令。

3.4 其它预控措施

3.4.1 失电报警问题

由于上海汽轮机厂制造的超超临界 1000MW 汽

轮机，均使用西门子 T3000 型 DEH，且与 TSI 的接口

均没有设置 TSI 失电报警功能，TSI 电源失去时不能

及时监测。因此，在主机 TSI 柜和 DCS 柜间，增加了

一根柜间电缆，作为电源模块失电报警开关量信号，

给 DCS 画面进行监视。

3.4.2 修改默认 CPU 通讯地址

调试过程中发现 VM600 CPU 通讯地址全部默

认为 10.10.56.56，为防止日后备份组态、在线下装逻

辑时，由于 IP 地址一样导致错误下装设备，造成不必

要的损失，将大小机通讯地址进行修改加以区分。

3.4.3 规范维护措施

基建调试阶段，由于施工人员经常在线插拔

CPU M 卡件，曾导致 VM600 型 TSI 系统 CPU 卡件金

手指端子排上卡件供电引脚 V+ 与其它引脚短接，继

而系统过流保护，整个框架保险烧断。因此，禁止在

线插拔 CPU M 卡件。TSI 系统信号较为敏感，受到干

扰信号影响时，容易引起信号波动，所以应当避免无

线设备靠近前置器及回路，并在现场张贴警告牌。

VM600 配置机柜散热不好，运行过程中，要注意保持

柜门敞开，增加散热。

4 结束语

为保证 TSI 系统的安全可靠运行，合理的逻辑和

可靠的测量系统环境是基础，及时检修和维护是保

证。基于这一思想，台山电厂二期 2 台 1000MW 机组

自基建开始实施可靠性管理，采取了有效的事故预

控措施，使得机组分别于 2011 年 3 月、11 月顺利通

过 168h 试运至今，经受了考验。在这个过程中，

VM600 型 TSI 系统部分问题逐渐暴露，因采取预控

措施，避免了对机组安全稳定运行的影响。目前该系

统各项指标均达到优良，不仅为运行人员提供了可

靠的监测数据，同时也为保证机组安全稳定运行，提

供了可靠的手段。

参考文献

［1］万安.汽轮机安全监测系统探头安装及注意事项［J］.企业技术开

发，2011（21）.

［2］孙长生，王建强，项谨.汽轮机监视仪表可靠性分析与改进措施

［J］.中国电力，2007（11）：85-88.

作者简介：张应果（1985-），助理工程师，2008年毕业于华北

电力大学，现供职于神华广东国华粤电台山发电有限公司，主要从事

电厂热控管理与维护工作。

The Application and Accident Precontrol of VM600 Type TSI Systemon 1000MWUnit

ZHANG Yingguo XIAO Guanghua YANG Tieqiang WU Mingzhi（Shenhua Guangdong Guohua Yuedian Taishan Power Generation Co., Ltd, Taishan, Guangdong, 529228）

Abstract: Turbine Supervisory Instrument （TSI）system is not reliable and the problems in measurement system influencing the safe and

stable operation of the unit seriously, caused unit tripping accident repeatedly. In order to prevent similar incidents occur in 1000MW ultra

supercritical unit of second phrase in Taishan Power Plant, Thermal professional investigated, summarized and put forward the corresponding

logic optimization and fault prevention measures for the problems in VM600 type TSI system, and came into effect in capital construction

debugging and improved in the subsequent use, achieved good results. It was introduced in this paper for the colleagues to reference.

Key Words: TSI；VM600；1000MW;Accident; Precontrol （收稿日期：2012-09-05 责任编辑：马小军）

第 4 期70· ·

陕西咸阳化学工业有限公司（简称咸阳化工）60

万 t/a 甲醇装置以煤为原料，采用多元料气化制取合

成气粗原料气，经过低温甲醇洗净化获得合格的合

成气，在甲醇合成装置中合成为粗甲醇。甲醇合成装

置引进了托普索甲醇合成技术，采用一台管壳式反

应器，装填 MK-121 甲醇合成催化剂。2010 年 1 月14

日升温还原结束，1 月 21 日投入生产，截止到 2012

年 4 月 30 日，实际运行时间共计约 7968h，累计生产

甲醇 43.03 万 t。运行期间，甲醇合成装置表现出良好

的操作稳定性、较高的转化率和催化剂活性，以及较

好的适应性。

1 甲醇合成技术的选择

甲醇合成装置是甲醇生产关键工序之一，关系

到整套生产装置经济效益的优劣。其中起核心作用

的是催化剂的性能和由催化剂性能决定的合成效率、

循环倍率、合成气消耗，及由此决定的装置规模———投

资大小和动力消耗。

咸阳化工在 2005 年项目筹建时，对国内、国外

甲醇合成技术和甲醇生产企业进行了广泛的调查。

当时以华东理工大为代表的绝热—管壳外冷复合型

甲醇合成反应器，有运行业绩的最大规模是 20 万 t

甲醇 /a。以杭州林达公司开发的均温型甲醇合成反应

器技术，有 2 套 20 万 t 的运行业绩；国外商业化经典

低压气相法甲醇合成工艺技术主要有德国鲁奇、丹

麦托普索、英国戴维和日本三菱瓦斯工艺等。其中以

德国鲁奇、丹麦托普索和英国戴维技术较好，业绩较

多。经过多个回合与多家专利商的技术谈判，最终确

认采用托普索公司甲醇合成技术。

但对于 60 万 t 甲醇 /a（300 天）生产能力的合

成装置，托普索公司工艺设计仅使用了 43M3 催化

剂，其设计能力能否在实际生产中达标，当时咸阳

化工是有些怀疑。后来的生产实际证明，这种怀疑

是多余的。

2 甲醇合成装置简述

2.1 工艺流程简述

来自低温甲醇洗工段的新鲜原料气，与来自氢

回收的渗透气（富氢气）混合，进入合成气压缩机一

段升压至合成压力，随后和喷入的一小部分高压锅

炉给水混合,一起进入第一原料气中间换热器，被来

自甲醇反应器的气体加热，原料气预热后进入脱硫

罐脱除 COS 和 H2S。

脱硫罐是一个装有 ZnO 脱硫剂的简单的固定床

反应器，采用托普索 HTZ-5 型催化剂。

来自循环气压缩机的循环气，在第二原料气中

间换热器被预热后，与来自脱硫罐的原料气混合。

混合后的合成气由顶部进入甲醇反应器，进行甲醇

合成反应。

合成反应器出口反应气体的温度约为230~259℃，

出塔气分为两部分，分别在第一和第二中间换热器

被合成新鲜气和循环气冷却，再进入循环水冷却器

中被进一步冷却至 40℃。此时大部分甲醇冷凝下来，

气液混合物在高压分离器中进行气液分离，粗甲醇

减压进入低压分离器进行闪蒸，除去液体甲醇中溶

解的大部分气体后，粗甲醇被送往中间罐区的粗甲

醇罐，再用粗甲醇泵送往精馏工段。

系统排出的弛放气，进入氢回收装置回收氢气。

甲醇合成反应热由反应器壳侧的饱和水汽移

出。副产 2.7~3.88MPaG 的饱和蒸汽。

托普索甲醇合成技术的应用与实践王剑锋

（陕西咸阳化学工业有限公司，陕西 咸阳，712000）

摘 要： 介绍托普索甲醇合成技术在咸阳化工的应用情况。通过生产实践证明，托普索甲醇合成技

术具有工艺先进、设计合理、系统能耗低，催化剂具有很高的选择性、活性和稳定性，具备良好的操作

稳定性和弹性范围。

关键词： 甲醇合成 催化剂 应用 性能考核

中图分类号：O64 文献标识码：B 文章编号：1674-8492（2013）04-071-03

第 11 卷 第 4 期

VOL.11 NO.42013 年 7 月

July.2013

2.2 主要设备简介

3 甲醇合成装置生产情况介绍

3.1 MK-121甲醇合成催化剂物化性能

CuO（wt%） >55

ZnO（wt%） 21-25

AL2O3（wt%） 8-10

规格 6×4mm

堆密度（kg/l） 1.25

操作温度 200~310℃

操作压力 4.0~12.5Mpa

3.2 催化剂的装填

甲醇装置有 1 台 φ3905mm 合成塔，列管规格为

φ44 mm×2mm×7700 mm，共 4405 根。甲醇合成塔

内装填托普索 MK-121 型催化剂，装填工作是在托

普索专家的现场指导及检查确认下进行的。数量及

装填情况见图 1。

3.3 催化剂还原

MK-121 型甲醇合成催化剂，是以氧化铜为主体

的铜锌铝系催化剂。使用前须经过还原才具有活性，

工业上一般采用合成气，或纯氢气进行催化剂的还

原，单纯采用氢气的还原反应式如下：

CuO + H2→ Cu + H2O ΔH450K = -89.00 kJ/mol

氧化铜的还原也可以采用 CO，须注意的是，由

于 CO 参与的还原反应热效应，是用 H2 作为还原剂

的两倍，在采用含有 CO 的合成气进行催化剂还原

时，应当适当调节较低的 CO 浓度，保证催化剂安全。

2010 年 01 月 09 日至 01 月 14 日，在托普索公

司专家的指导下，咸阳化工进行了甲醇合成催化剂

的还原。本次还原采用了外购氢气，由钢瓶提供，以

空分装置提供的氮气作为载体。催化剂床层的温度

由汽包压力来控制。还原过程中，托普索专家现场指

导，并用便携式在线氢分析仪，对合成塔入口及出口

气体氢浓度进行分析。

3.3.1 还原的条件

系统压力 0.5~0.7MPa（G）

温度最高 230℃

空速 400~600 Nm3/h

还原气 含 0~4%（V%）H2 的 N2

3.3.2 还原过程

（1）系统氮气充压至 0.3MPa，启动压缩机，投入

开工加热器。

（2）合成塔出口温度达到 90℃时，投入托普索公

司提供的氢气在线分析仪器，对仪表进行了校验。

（3）合成塔入口温度 150℃，出口约 190℃，开始

加入氢气，H2 浓度控制在 0.5%，并逐步增加到 1.5%，

至此还原进程持续 8h。

（4）在出口温度稳定的情况下，逐步提高 H2浓度到

2%。持续 24h，期间床层热点温度最高升至 240℃，

温升 60℃。为了控制还原速度，压缩机防喘振回路阀

全开。

（5）第 32~56h，压缩机防喘振回路阀开度控制到

75%，分离器收集到的水分量与理论量一致。第 43h，

已经有少量氢气穿透床层。

当入口氢气含量和出口氢气含量相同时，汽包压

力缓慢增加到 2.4MPa（床层温度 220℃），而氢气含量

维持在 2%，以确保床层顶部催化剂被全部还原。

（6）在出口温度稳定的情况下，将入口 H2 浓度提

高到 4%~6%，维持 3h，以确保全部催化剂被还原。

设备名称 设备规格

脱硫保护反应器Φ2900×94×6375V=148.4m3

催化剂容积 V=45.1m3

甲醇合成反应器 Φ3905×69×7700 催化剂容积 V=43.1m3

第一中间换热器 Φ1100×59×10375（立式、列管式）F=876.1m2

第二中间换热器 Φ1658×79×15020（立式、列管式）F=1741m2

水冷器 Φ2266×83×11600（卧式、列管式）F=2375m2

高压分离器 Φ2400×76×3845，V=21m3

低压分离器 Φ1600×8×5350，V=11.93m3

合成塔汽包 Φ2400×43×10000，V=49.2m3

新鲜气压缩机Q=225750Nm3/h W=5090kW进口：5.2Mpa，出口：9.05Mpa

循环压缩机Q=453181Nm3/h进口：8.5Mpa，出口：9.05Mpa，11200rpm

蒸汽透平驱动机进气流量 29.498t /ht=380℃压力2.5Mpa N=6121kW

王剑锋：托普索甲醇合成技术的应用与实践 第 4 期

图 1 催化剂装填示意图

MK-121,6×4mm43.1m3

1/2″瓷球，1.2m3

1″瓷球，3.56m3

双层 10×10×2 丝网

2″瓷球，8.31m3

3905

72· ·

（7）还原结束后，系统用氮气进行置换，出口温

度控制在 220℃

3.3.3 还原曲线

4 生产情况介绍

2010 年 1 月 14 日甲醇合成催化剂还原结束，直

到 1 月 21 日气化装置投料产出合成气，甲醇合成装

置产出合格甲醇。试生产期间，甲醇装置一直处于低

负荷运行状态，最高负荷 70%，全年共生产 3454.4h，

生产甲醇 10.99 万 t。 2011 年 1~9 月，系统消缺整

改，2011 年 9 月再次试生产，11 月达到满负荷运行，

11 年 12 月对系统进行了性能考核。装置各项技术指

标基本达到设计值。表 1 是性能考核结果。

2012 年上半年累计生产甲醇 325780.48t，甲醇

合成装置运行平稳，副产物非常低，在 1200ppm 以下，

合成塔出口温度控制在 238℃，碳效率达到 97.7%，

CO 转化率最高达到 83.5%，表现出良好的性能特征。

装置最大负荷达到 110%，见表 2。

5 结束语

通过两年来运行实践证明，托普索甲醇合成技

术工艺先进，设计合理，系统中设计的脱硫保护器，

对保护合成催化剂、延长催化剂的寿命起到了很好

的作用。总体上实现反应器设计与催化剂性能紧密

的结合，系统高效、可靠。

MK-121 催化剂的 CO 转化率达到或超过了设

计指标，催化剂具有很高的选择性、活性和稳定性, 具

备良好的操作稳定性和弹性范围。经济技术指标先

进，可实现低能耗、低消耗、低三废排放，低成本运行

目标，经济效益显著。

作者简介：王剑锋（1971-），现供职于陕西咸阳化学工业有限

公司质量技术部，从事化工工艺技术管理工作。

表 1 性能考核结果

序号 工艺技术指标 设计值 实际生产值

1 甲醇反应器出口甲醇浓度（v %） 14.63 17.14

2 循环倍率 1.77~2.26 1.8~1.9

3 粗甲醇高级醇含量（wt%） 0.17～0.25 ＜0.12%

4 合成气消耗（Nm3/t） 2256 2311

5压缩机动力蒸汽消耗（2.5MPa，

360℃，t/h）33.4 30.6

6 付产蒸汽量（t/t） 1.11 1.15

7 合成塔压降（kPa） 170~300 170~200

日期

入塔气体组成（v%） 新鲜

气量Nm3/h

循环气量Nm3/h

操作温度℃

操作压力Mpa

CO转化率%

粗甲醇

产量t /hH2 CO CO2 N2

2010.1.22 73.50 7.58 2.04 9.53 62869 113100 225 4.5 82.1 29.8

2010.7.27 74.31 12.73 1.48 7.62 151581 275800 235 6.8 83.3 66.4

2011.12.21 76.62 12.20 3.46 6.83 203625 366000 235 7.9 81.6 91.7

2011.12.26 75.31 11.98 3.22 7.43 201810 363000 235 8.0 83.5 91.1

2012.2.29 73.00 13.88 2.76 8.67 199208 386179 237 7.9 75.4 89.6

2012.5.9 70.27 17.71 1.98 7.62 196897 361000 237 7.9 77.3 87.0

表 2 MK-121 催化剂初期和中期运行数据

第 4 期

240230220210200190180170160150140130120110100

-4-20246810121416182022242628303234363840424446485052545658

时间 h

T 入口

T 出口T 汽包H2 入 口H2 出口

14131211109876543210

Compressor trip

The Application and Practice of Topsoe Methanol Synthesis TechnologyWANG Jianfeng

（Shaanxi Xianyang Chemical Industry Co., Ltd., Xianyang, Shaanxi, 712000）Abstract: This paper introduces the application of Topsoe methanol synthesis technology in Xianyang Chemical Industry Co., Ltd. It is proved

through the production practice that with advanced technology, reasonable design, low energy consumption, high selectivity, activity and

stability of catalyst, Topsoe methanol synthesis technology has favorable operation stability and elastic range.

KeyWords:Methanol Synthesis; Catalyst; Application; Performance Assessment

（收稿日期：2012-09-24 责任编辑：杨 静）

73· ·

1 前言

水资源短缺已成为目前制约我国经济和社会发

展的重要因素。如今，工业取水量占全国取水量的20%

以上，其中主要的高耗水行业为火力发电、纺织、造

纸、钢铁和石油化工业。近年来，由于石油价格居高

不下，煤化工在中国能源、化工领域中已占有重要地

位。煤化工行业的发展对于缓解中国石油、天然气等

优质能源的供求矛盾，促进钢铁、化工、轻工和农业

的发展，发挥了重要的作用。但是煤化工产业发展的

“潮涌现象”，给环境与资源造成了巨大的压力。

为进一步加强工业节水工作，缓解我国水资源

的供需矛盾，遏制水环境恶化的势头，促进工业经济

与水资源及环境的协调发展，2005 年颁布的《中国节

水技术政策大纲》，首先提出了发展外排废水回用和

“零排放”技术的要求。2007 年 11 月，国家新颁布的

《国家环境保护“十一五”规划》，更明确要求在钢铁、

电力、化工、煤炭等重点行业，推广废水循环利用，努

力实现废水少排放或零排放。

1970年，美国国家污染物排放清除法案（NPDES），

首先对废水零排放提出了明确的规定和要求。美国电

力研究中心（EPRI），更进一步将工厂废水零排放，定

义为“电厂不向地面水域排放任何形式的水（排出或

渗出），所有离开电厂的水，都是以湿气的形式或是

固化在灰或渣中”。基于降膜式种盐法的蒸发零排放

解决方案，首先在美国被火力发电行业所采用，该技

术的应用，真正实现了工业废水的零排放。

30 多年来，该技术推广应用至世界各地，需要采

用废水零排放解决方案的各行业。应用包括火力发

电厂、煤炭工业、煤化工、石油化工、造纸、冶金、城市

垃圾填埋场渗滤液、油砂开采等行业，成功案例多达

200 多项。如 1983 年南非萨索尔（Sasol）在塞康达的

煤间接液化和煤化工项目园区、波兰 Debiensko 煤矿

的高含盐矿井排水、墨西哥石油公司（Pemex）的数座

位于缺水地区的炼油厂项目等，均采用蒸发技术，实

现了全厂废水零排放。尤其是近年来，在北美加拿大

阿尔伯特的油砂开采过程中，含油污水的回用及零

排放应用，在满足生态环境保护的同时，带来了显著

的经济效益。

工业废水的零排放解决方案是项系统工程。首

先在项目设计阶段或工厂运行过程当中，通过工厂

内部的工艺优化，采用节水工艺等措施，提高用水效

率，降低生产水耗。同时，充分采用反渗透膜（RO）、

电渗析（EDR）、超滤（UF）和膜反应器（MBR）工艺

等技术，将生产废水充分回收利用后，所剩余的高

含盐废水，采用蒸发工艺进行回收处理。

高含盐废水经过蒸发工艺处理后，一般可回收

90%~95%含盐量为 5~10mg/L 的蒸馏水副产品，少量

浓渣可进一步采用结晶器或蒸发塘，做固化处理或

掩埋等。

神华煤直接液化项目，是我国同时也是世界上

第一个煤炭直接液化商业性建设项目，神华煤直接

液化项目作为国家示范工程，在污水处理和环境保

护方面也起到了表率作用。该项目产生的污水成分

复杂、污染物种类多、浓度高，国内外没有类似的污

水处理经验可借鉴。

根据国家环境保护总局，关于神华煤直接液化

项目环境影响报告书审查意见的批复要求，贯彻清

污分流、污污分治、一水多用、节约用水的原则，对不

同水质的废水分别进行处理，最大限度地提高水的

煤直接液化项目污水处理零排放工艺中蒸发技术的应用李 成 王立新 朱德汉 张 强

（神华新疆煤化工分公司公用工程生产中心，北京，100011）

摘 要： 神华煤直接液化项目污水处理以实现“零”排放为标准，蒸发技术在“零”排放工艺中发挥

着重要的作用，本文介绍了污水处理引进的 GE 蒸发器的技术特点，以及在含盐污水处理工艺中的成

功应用。

关键词： 蒸发 技术特点 工艺 成本核算

中图分类号：X703 文献标识码：B 文章编号：1674-8492（2013）04-074-05

第 11 卷 第 4 期

VOL.11 NO.42013 年 7 月

July.2013

重复利用率及废水资源化利用率，装置产生的含油

污水、高浓度有机废水、含盐废水等，经处理后均要

返回系统回用，高含盐废水处理后要求达到零排放。

对于反渗透浓液以及高含盐的催化剂废水（TDS 为

50000ppm），采用常规方法无法进行有效处理。经过反

复考证，该项目选用了美国通用公司（GE）的双效蒸发

技术，对含盐浓水进行深度蒸发处理，从而实现污水

回用，实现了真正意义上的零排放。

2 蒸发技术与其它水处理技术的比较

目前我国大部分企业，一般都能实现污水处理

后，绝大部分污水达标排放或循环利用。但对于部分

高含盐污水，特别是常规反渗透浓水，没有有效的方

法进行进一步处理，导致这部分高含盐浓水，不得不

被迫稀释排放，从而造成一定的环境污染和水资源

的浪费。有些企业为了提高污水系统回收率，增加多

段反渗透，或采用浓水反渗透技术，但无论采取何种

形式，均为常规反渗透技术。如果反渗透的回收率提

高到 85%，则在最后一段的浓水侧的含盐水，将被浓

缩 6~7 倍。在这种情况下，有机物污染、生物污堵和

结垢性污染风险将会显著增大。反渗透膜发生污堵

的问题难以避免，系统很难稳定运行，从而无法实现

污水回收率的提高。

近年来水处理界，相继出现了高效反渗透技术、

倒级电渗析（EDR）技术、纳滤技术、电吸附等技术，

都可以有效地提高污水处理回收率。这些技术基本

上能在原来的基础上，将污水处理的回收率提高几

个百分点，但还是有一部分浓缩后的需要进一步

处理，对于这部分浓盐液的处理是一个棘手的问

题。由于这部分污水无机物、有机物含量都很高，

采用膜技术基本上无法处理。即使能够处理，运行

成本以及维护费用将非常高额，而且无法实现零排

放的目标。

蒸发技术的应用，能从根本上解决这个问题。即

使浓度再高，组分再复杂的污水，采用蒸发工艺，都

可以完全达到固液分离，从而实现真正意义上的污

水“零排放”的目标。

3 神华煤直接液化项目污水蒸发技术的特点

使含有不挥发溶质的溶液沸腾气化，并移出蒸

汽，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸

发，所采用的设备称为蒸发器。蒸发器技术广泛应用

于化工、食品、制药、原子能、污水处理以及海水淡化

等领域。

3.1 蒸发工艺过程原理

在蒸发系统启动前，通过向料液中添加硫酸钙

晶体（做为盐种），使浓盐水在循环过程产生的硫酸

钙等，沉淀在盐种上结晶增长。由于循环泵的机械搅

动，打碎了这些固体颗粒，在蒸发器循环浓缩过种中

产生了新的盐种，而且新的盐种连续产生。因此，在

蒸发器正常运行时，不需要另外添加盐种。

蒸发器底槽浓盐水，经过底部循环泵连续循环

到蒸发器顶部，在顶部经过 RCC 专利分配器，流入

换热器的各管束，并在管束内下降到底槽。在水膜

下降过程中，一部分水被加热蒸发，专利分配器将

浓盐水在管束内形成均匀薄膜，从而防止管壁结

垢。蒸气进入加热器的壳程，把热量传递到管束内

的浓盐水，蒸汽释放热量后，在壳程形成蒸馏水。

蒸镏水用来加热进料回收余热，冷却后蒸馏水进行

回用。

为避免在蒸发器中形成结垢，含盐种的浓液在

换热器管束内连续循环。通过控制 RCC 专利设计参

数，诸如浓液的密度、盐种特性和系统几何学，使蒸

发器能够在结垢环境中运行。由于管束内浓盐水膜

的水蒸发，剩余的成为超饱和盐水薄膜，硫酸钙、磷

酸钙、硅土和其它结垢化合物开始沉淀。沉淀的物质

促进了浓液中结晶的形成，沉淀物质粘附在盐种表

面上，从而防止沉淀结垢物质在管壁表面结垢。通过

控制蒸发器底槽中浓液的排放量，以保持浓液中合

适 TDS 的含量。

3.2 蒸发器的经济性

根据污水场来水水质和水量的特点，神华煤直

接液化项目，引进了美国某公司的双效降膜蒸发技

术，双效蒸发提高了加热蒸气的利用率，提高了经

济性。对于蒸发等量的水分而言，采用双效蒸发时

所需的加热蒸气较单效蒸发少。不同效数的单位

蒸气消耗量见表 1。此外，GE 蒸发器浓缩效果较

高，污水场蒸发器来水共计 232m3/h，产生的浓缩液

共计为 20m3/h，污水回收率达到 90%以上。

表 1 不同效数时的单位蒸气消耗量[1]

效数 单效 双效 三效 四效

（D/W）min 1.1 0.57 0.4 0.3

注：D 代表加热蒸气消耗量；W 代表蒸发量。

李 成等：煤直接液化项目污水处理零排放工艺中蒸发技术的应用第 4 期 75· ·

4 蒸发技术在该项目污水处理工艺中的具体应用

4.1 来水状况

神华煤直接液化项目污水场的蒸发器来水包括两

部分：①E-1 蒸发器来水，是由电厂脱盐水站废水与

RO浓液混合沉淀之后，产生的含盐浓水，水量为129m3/h。

②E-2蒸发器来水，是催化剂废水，水量为 103m3/h。具

体水质见表2 和表 3。

4.2 处理工艺

含盐浓水蒸发工艺流程见下图：

处理工艺简介：

双膜法处理后的浓液，同电厂高含盐废水混合后

共 129m3/h，经泵输送到含盐废水缓冲罐，经含盐废

水缓冲输送泵送到 E-1 蒸发器进料罐。在进料罐中

加氯化钙、硫酸、阻垢剂，并用搅拌器进行搅拌均化。

在罐内用酸把 pH 值调整到大约 5.5，调整了 pH 值的

表 2 E1 进料水质

样品名称 检测项目 单位 检测结果

E1 进料

化学需氧量（CODCr） mg/L 69.2

pH 值 7.65

溶解性固体 mg/L 8960

悬浮物 mg/L 23

电导率 us/cm 13000

游离氨（以 N 计） mg/L 0.06

氨氮（以 N 计） mg/L 0.54

氯化物（Cl-） mg/L 409

硫酸盐（SO42-） mg/L 5.06×103

表 3 E2进料水质

样品名称 检测项目 单位 检测结果

E2 进料

化学需氧量（CODCr） mg/L 309

PH 值 8.13

溶解性固体 mg/L 54800

悬浮物 mg/L 164

电导率 us/cm 75200

游离氨（以 N 计） mg/L 1.27×103

氨氮（以 N 计） mg/L 9.47×103

氯化物（Cl-） mg/L 19.3

硫酸盐（SO42-） mg/L 3.86×104

进料，用泵输送到板框换热器，对进料进行加热。加

热热源来自 E-2 蒸馏水罐中的蒸馏水。

进料在换热器加热到接近沸点后进入除气器。

含盐废水在除气器中去除二氧化碳、氧气和其它不

凝气体。去除二氧化碳防止碳酸盐结垢，去除氧防腐

蚀，除氧器内压力要稍高于蒸发器底槽内压力。

经过加热、除氧的进料，进入到蒸发器底槽与循

环浓盐液进行混合，混合后浓盐液，经循环泵循环到

蒸发器顶部换热器的配水箱。然后经专利分水器，将

盐水均匀分布到换热器每个管束内，并呈液膜的形

态，从管束下降到底槽。在换热器管束外面，通入由减

温减压器来的蒸汽，蒸汽将其潜热传到管束内的浓盐

水中。蒸汽释放潜热后变成冷凝水，靠重力流到 E-1

主冷凝液罐中。然后由主冷凝液泵输送到燃气锅炉

E1 除氧器蒸气

蒸气

E1 换热器

主冷凝液罐

E1 进料罐

锅炉含盐污水

E1 循环泵

E1 盐种旋流分离器

E1 浓缩液储罐

E2 换热器

蒸发罐

E1 蒸发器

二次蒸气

E2 除氧器蒸气

E2 蒸发器

E2 循环泵

E2 蒸增液罐E2 蒸增液罐

E2 进料罐 E2 盐种旋流分离器

E2 冷凝液罐

E2 浓缩液储罐

结晶器

主空

冷器二次蒸气

引射器蒸气

催化剂废水

副空冷器

含盐浓水蒸发工艺流程图

第 4 期76· ·

回用。管束内浓盐液一部分蒸发产生蒸汽，一部分下

降到蒸发器底槽，与进料混合后再循环。

在蒸发器底槽上部的蒸汽，经除雾器去除蒸汽中

固体颗粒，产生高质量蒸汽，大部分去 E-2 蒸发器换

热器作为热源；一小部分去辅空冷。去 E-2 蒸发器换

热壳程的蒸汽和去辅空冷的蒸汽，冷凝后进入 E-2 蒸

馏水罐，然后用泵输送到E-1 板式换热器给 E-1 进料

加热。冷却后蒸馏水去 E-1 蒸馏水罐，再用蒸馏水输

送泵，输送到蒸发器产品水罐。产品水用产品水泵输

送电站回用，E-1 含盐蒸发器产生 118m3/h 高质量蒸

馏水。同时为维持蒸发器底槽内 TDS，需要排放浓盐

液为 11m3/h。

催化剂废水共 103m3/h，由备煤输送泵直接输送到

催化剂废水调节罐，经催化剂废水输送泵，送到 E-2蒸

发器进料罐。在进料罐中加硫酸、阻垢剂，并用搅拌器

进行搅拌均化。在罐内用酸把 pH 值调整到大约 5.5，

调整了 pH 值的进料，用泵输送到板框换热器，对进

料进行加热。加热热源来自 E-2 冷凝水罐中的冷凝

水。进料在换热器中加热到接近沸点后，进入除气

器。催化剂废水在除气器中去除二氧化碳、氧气和其

它不凝气体。去除二氧化碳防止碳酸盐结垢，去除氧

防腐蚀，除氧器内压力要稍高于蒸发器底槽内压力。

经过加热、除氧的进料，进入到蒸发器底槽，与

循环浓盐液进行混合。为了防止蒸发器中氨的挥发，

在浓液中加硫酸，将 pH 调节到大约 3~4。混合后的

浓盐液，经循环泵循环到蒸发器顶部换热器的配水

箱，然后经专利分水器，将盐水均匀分布到换热器每

个管束内，并呈液膜的形态从管束下降到底槽。

在换热器管束外面通入由 E-1 蒸发器产生的蒸

汽，蒸汽将其潜热传到管束内的浓盐水中。蒸汽释放

潜热后变成冷凝水，靠重力流到 E-2 蒸馏水罐中，然

后由蒸馏水泵，输送到 E-1 蒸发器换热器加热 E-1

进料。管束内浓盐液一部分蒸发产生蒸汽，一部分下

降到蒸发器底槽，与进料混合后再循环。

在蒸发器底槽上部的蒸汽经除雾器去除蒸汽中

固体颗粒，产生高质量蒸汽去主空冷器进行冷却。冷

凝水进入 E-2 冷凝水罐，然后用泵输送到 E-2 板式

换热器，给 E-2 进料加热，冷却后蒸馏水去 E-2 冷凝

水罐，再用冷凝水输送泵，输送到蒸发器产品水罐，

产品水用泵输送电站回用。

含盐蒸发器产生 92m3/h 高质量蒸馏水，同时为

维持蒸发器底槽内 TDS，需要排放浓盐液为 9m3/h。浓

盐液排放到催化剂废水浓盐液罐中，然后用泵输送

到结晶系统进行处理。经过结晶处理，产生固体硫酸

铵直接作为化肥外卖，产生的二次蒸汽冷凝液，作为

高品质回用水回用[2]。

4.3 处理效果

含盐污水经过上述工艺处理之后，产品水水质

指标见表 4、表 5。

通过分析数据可以看出，高含盐废水经蒸发后，

E1、E2 产品水水质完全能达到优级再生水的标准，完

全满足回用水水质要求，全部回收利用，E1 浓液去蒸

发塘自然蒸发，E2 浓液去结晶装置进一步处理实现了

污水零排放，达到了安全环保、节约用水的目的。

5 运行成本分析

蒸发技术常常以投资费用高，尤其是运行成本

高而让众多企业望而却步，现将神华煤直接液化污

水蒸发器，长周期平稳运行后的运行成本进行分析，

以供参考，见表 6。

表 4 E1 产品水水质（谱尼化验）

样品名称 检测项目 单位 检测结果

E1 产品水

化学需氧量（CODMn） mg/L 0.95

pH 值 8.1

溶解性固体 mg/L 33.0

悬浮物 mg/L ＜5

电导率 us/cm 40

氨氮（以 N 计） mg/L 3.16

氯化物（Cl-） mg/L 0.22

硫酸盐（SO42-） mg/L 0.31

表 5 E2 产品水水质（谱尼化验）

样品名称 检测项目 单位 检测结果

E2 产品水（经汽提脱氨处理）

化学需氧量（CODCr） mg/L 7

pH 值 7.76

氨氮（以N 计） mg/L 1.6

铁 mg/L 0.76

表 6 蒸发工艺公用工程消耗

序号 名称 消耗量内部单价

（元 /t）

处理量（t）

成本（元 /t）

备注

1ZLD 装置用电量

1694620 0.4 145254 4,67

21.1MPa 蒸汽消耗量

17529 70 145254 7.24具体根据全厂蒸汽物料平衡选择

李 成等：煤直接液化项目污水处理零排放工艺中蒸发技术的应用第 4 期 77· ·

从表 6 计算可以得知，处理每吨含盐废水成本

大约为 53.607 元。虽然运行能耗较高，但在运行费用

中，蒸汽占主导，本项目用于做蒸发装置的蒸汽，来

源于工厂 PSA 尾气回收产生的蒸汽，属于废气综合

利用产生热能用于蒸发。

只要企业能综合优化自己的物料平衡，把工厂

余热充分利用，蒸发工艺的运行成本，可以有效地进

行降低。如果能进一步优化工艺、优化操作，特别是

使用药剂的国产化，将使得蒸发器的运行成本达到

为企业所接受范围。

6 结束语

蒸发技术是高含盐污水的有效处理方法之一，

其中分为多效蒸发和单效蒸发，采用电驱动机械蒸

汽再压缩（MVR）降膜单效蒸发技术，能耗低、运行费

用较低，比多效蒸发在运行成本上更具有优势。像阿

奎特、威立雅、麦王、通用等国外大公司，都成功开发

了该技术，这一技术在国外众多污水处理工艺上，都

有非常成功的应用。

据不完全统计，目前国内许多企业在高环保的

趋势下，纷纷采用了污水蒸发器技术。

例如，大唐多伦煤化工项目、云天化金新化工项

目、中煤图克化肥项目等都采用了污水蒸发技术。目

前这些企业都在建设和调试阶段，不久就会正式运

行，以期达到污水零排放的最高环保要求。

采用蒸发工艺处理浓盐水，最大限度地提高水

的重复利用率及废水资源化利用率，特别是对于水

资源匮乏、用水紧张的中国西部地区，要求零排放显

得尤为重要。

该工艺以实现零排放的目标，最大限度地减少

了对环境的污染，符合国家环保政策，引领着污水深

度高效处理的发展方向。

参考文献

［1］姚玉英.化工原理［M］. 天津：天津科技出版社，2002.

［2］范树军.神华煤直接液化含盐污水处理工艺技术规程［S］.2011.

［3］朱亮，张文妍.水处理工程运行与管理［M］.北京：化学工业出版

社，2003.12.

作者简介：李成（1981-），工艺工程师，2005年毕业于辽宁石

油化工大学环境工程专业，现供职于神华新疆煤化工分公司公用工程

生产中心，主要从事污水工艺管理工作。

序号 名称 消耗量内部单价

（元 /t）

处理量（t）

成本（元 /t）

备注

30.45MPa 蒸汽消耗量

61796 60 145254 29.78具体根据全厂蒸汽物料平衡选择

4新鲜水消

耗量616 7 145254 0.03

5仪表风消

耗量1500Nm3/h 0.09 145254 0.001

6除盐水消耗量

21600 11.5 145254 1.71主要用于夏季主空冷器喷淋用水

7药剂

消耗量10.18

各种药剂合算

合计 53.607 元

Application of Evaporation Technology in Sewage Treatment ZeroEmission technology of Direct Coal Liquefaction Project

LI Cheng WANG Lixin ZHU Dehan ZHANG Qiang（Shenhua Xinjiang Coal Chemical Industry Branch, Beijing, 100011）

Abstract: The sewage treatment of Shenhua coal direct liquefaction project took the "zero" emission as standards, evaporation technology

plays an important role in the "zero" emissions technology. This paper introduces the technical features of GE evaporator, which was

introduced by sewage treatment and its successful application in saline wastewater treatment process.

Key Words: Evaporation; Technical Feature; Technology; Cost Accounting

（收稿日期：2012-09-05 责任编辑：杨 静）

续表

第 4 期78· ·

1 引言

大准铁路是神华集团自有煤运专用线，随着煤

炭运量的逐年递增，已逐步完成增建二线、万吨站改

造，开行万吨列车。铁路专用线安全运输生产，需要

状态良好的轨道作为基石，而逐年上升的煤炭运量，

不断加大的行车密度及列车的重载化，给轨道的维

修养护提出了新的挑战。大型养路机械的应用，实现

了铁路线路养护的集约化、专业化以及高效化，为专

用线上高密度、大运量的列车开行，提供了坚实基础

和扎实保障。集中修模式下大型养路机械的应用，使

得固有优势更为凸显。研究集中修期间，大型养路机

械的天窗作业效率及计划兑现率，是了解现有作业

水平、作业存在的问题，并针对这些问题，提出进一

步提升天窗作业效率建议的重要途径。因此，对大准

铁路轨道机械化维护，春季集中修作业数据进行分

析，极具实际意义。

2 大准铁路春季集中修机械化作业数据分析

选取大准铁路 2011 年 4 月及 2012 年 4 月集中

修期间，应用大型养路机械进行线路养护维修的作业

数据为样本，对两项主要作业内容进行线路捣固和线

路清筛，从天窗作业效率及计划兑现率两方面，分别

进行数据分析。

2.1 线路捣固作业

在铁路线路上，当轨道经过列车一段时间运行

后，由于线路的路基状态、捣固密实程度和钢轨磨耗

程度等不同，就会出现不均匀下沉。例如，钢轨的一

侧或两侧下沉，导致轨道不平顺，影响列车平稳运

行。为保证安全运输生产，必须进行起道补碴、捣固

作业，恢复线路技术状态。

大准铁路 2011 年春季集中修线路捣固作业，在

2011 年 4 月 1 日至 25 日之间的 25 天内的天窗时间

进行；2012 年线路捣固作业的天窗分布在 2012 年 4

月 3 日至 27 日，同为 25 天。以大准铁路 2011 年及

2012 年每年 4 月份春季集中修期间，应用大型养路

机械进行线路养护维修的作业数据为样本，从天窗

作业效率及计划兑现率，两方面对作业完成情况进

行分析。

2.1.1 天窗作业效率

天窗作业效率是单个天窗内完成相关作业（线

路捣固作业）的作业量，即单个天窗能够完成的捣固

线路的公里数。

对样本数据进行处理，得到 2011 年及 2012 年

大准铁路春季集中修，线路捣固作业实际完成情况

对比统计如图 1 所示。

图 1 2011 年和 2012 年大准铁路春季集中修线路捣固

作业实际完成情况对比统计

大准铁路轨道机械化维护集中修作业效率分析王 军 李 桢

（中国神华轨道机械化维护分公司，天津，300457）

摘 要： 集中修，即集中在一段时间内对铁路线路进行养护维修。本文选取大准铁路 2011 年及

2012 年春季集中修，应用大型养路机械进行轨道机械化维护的作业数据为样本，应用统计分析基本

原理。通过 SPSS 统计分析软件，分析线路捣固、线路清筛两项主要作业的天窗作业效率及计划兑现

率，进行数据挖掘，对大准铁路进行机械化维护集中修作业效率进行分析。

关键词： 集中修 大型养路机械 线路捣固 道岔捣固 线路清筛

中图分类号：U2 文献标识码：B 文章编号：1674-8492（2013）04-079-06

第 11 卷 第 4 期

VOL.11 NO.42013 年 7 月

July.2013

变量2012年集中修实际线路捣固（km）2011年集中修实际线路捣固（km）

2012年集中修实际线路捣固（km）2011年集中修实际线路捣固（km）

内插线

集中修天数序号

1 2 43 5 6 7 8 9 10 111213141516171819202122 232425

20.00

15.00

10.00

5.00

0.001.5 0.0

3.64.0 3.03.9 4.3

6.24.5

6.8

3.4

8.07.58.0

1.90.00.0 0.4

3.8

0.4

4.8

0.0

6.78.1

5.4

10.3

7.08.015.0

7.7

6.48.8

3.514.5

10.5

10.0

2.56.59.6

10.0

6.27.511.5

6.56.4

7.5

7.1

8.7

从图 1 可以看出，天窗作业效率 2012 年比 2011

年显著提高。尽管单个天窗时间不变，同为 4h，但每

天窗完成作业量明显上升，单个天窗作业效率明显

提高，平均保持在［6，10］km。除此之外，集中修期

间，每天窗作业量分配更为均匀，起伏较小，侧面反

映出大型养路机械利用的均衡性，其能力得到更充

分利用。

求取大准铁路 2011 年及 2012 年 4 月份春季集

中修，线路捣固作业统计量见表 1 和表 2。

对比表 1 和表 2 数据，可知：

（1）2011 年 4 月份进行线路捣固作业有效天窗

个数 N=21，2012 年 N=25。

（2）大准铁路 2011 年春季集中修线路捣固每天窗

作业量，均值为 4.57km，2012 年为 8.22km，线路捣固

平均天窗作业效率，2012 年比 2011 年提高了 79.9%。

（3）2011 年春季集中修线路捣固天窗作业量，极

大值为 8km，极小值为 0.35km；2012 年 4 月份线路捣

固天窗作业量，极大值为 14.99km，极小值为 1.05km。

两年天窗作业量的全距分别为 7.65km 和 13.09km，

天窗作业量的极大值和极小值相差悬殊。对比两年

作业量极大值，天窗作业效率，最大值 2012 年较

2011 年提高 87.4%。

（4）大准铁路 2011 年 4 月份，集中修完成线路

捣固总作业量为 95.99km，2012 年 4 月份，总作业量为

205.63km。2012 年是 2011 年的 2.14 倍。

（5）观察表中百分位数分布情况，2012 年每天窗

完成线路捣固作业量，80%处于［6，10］km，相比于

2011 年单个天窗作业量［2，6］km 之间分散分布，2012

年每天窗作业量更为均匀。

（6）结合每年春季集中修线路捣固作业投入设备

情况，进一步分析集中修期间单机作业效率。已知2011

年及 2012 年春季集中修大准铁路投入线路捣固设

备，分别为 2 台和 3 台，单机每天窗作业效率，2012年

较 2011 年提高 20.0%。

2.1.2 计划兑现率

施工计划的制定是贯穿铁路施工全部，联系、协

调各有关部门，指导施工执行的重要环节。施工计划

的兑现率，既反映了施工单位作业完成情况，又揭示

了铁路线路施工需求是否得到满足。对大准铁路春

季集中修线路捣固作业的天窗计划兑现率，进行统

计分析。

大准铁路 2011 年春季集中修线路捣固任务超

欠情况如图 2 所示。

由图 2 可知，2011 年春季集中修线路捣固作业

的 21 个天窗中，19 个天窗超额完成作业，欠量天窗

个数为 2。将 2 条数据提取。表 3 为大准铁路 2011 年

春季集中修线路捣固欠量天窗统计。

由表 3 可知，2011 年 4 月 1 日出现欠量天窗。4

月 1 日为集中修开始的第一天，设备及人员进入现

表 1 2011年 4月份集中修线路捣固作业统计量

天窗个数N

有效 21

缺失 4

均值 4.5710

中值 4.2900a

众数 .35b

标准差 2.36899

全距 7.65

极小值 .35

极大值 8.00

和 95.99

百分位数

10 1.0300c

20 2.650

25 3.2875

30 3.5600

40 3.8450

50 4.2900

60 4.9370

70 6.5400

75 6.7050

80 6.9150

90 7.6500

a. 利用分组数据进行计算。

b. 存在多个众数，显示最小值。

c.将利用分组数据计算百分位数。

天窗个数N

有效 25

缺失 0

均值 8.2251

中值 8.0000a

众数 6.40

标准差 3.3545

全距 13.94

极小值 1.05

极大值 14.99

和 205.63

百分位数

10 3.4500b

20 6.2667

25 6.4180

30 6.5080

40 7.4750

50 8.0000

60 8.7600

70 9.9500

75 10.0325

80 10.3750

90 13.2000

a. 利用分组数据进行计算。

b.将利用分组数据计算百分位数。

表 2 2012 年 4 月份集中修线路捣固作业统计量

王 军等：大准铁路轨道机械化维护集中修作业效率分析

图 2 大准铁路 2011 年春季集中修线路捣固任务超欠

集中修天数序号

1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 20 21 22 23 25

4.00

3.00

2.00

1.00

0.00

-1.00

-2.00

-0.6

0.40.40.4

1.5

0.4

1.31.51.9

1.5

0.61.1

1.6

0.6

3.5

2.5 2.62.4

2.8 2.7

-1.6

第 4 期80· ·

场开始作业，因必要准备工作以及设备调试等占用

时间，再加上从作业人员工作状态角度出发，仍处于

预热期，未进入最佳状态，发生欠量天窗。2011 年 4

月 21 日的欠量天窗，欠作业量未超过 20%。同时观

察 2011 年集中修计划线路捣固总公里数为 68.70km，

而自集中修开始，到 4 月 15 日已经完成线路捣固作

业 70.13km，达到计划作业总量。截止 4 月 21 日完成

线路捣固作业 84.18km，在仍处于集中修时间内超额

完成任务。因此，4 月 21 日欠量天窗未对整体施工作

业产生不良影响。

大准铁路 2012 年春季集中修线路捣固任务超

欠情况如图 3 所示。

由图 3 可知，2012 年春季集中修线路捣固作业

的 25 个天窗中，19 个天窗超额完成作业，欠量天窗

个数为 6，将 6 条数据提取。表 4 为大准铁路 2012 年

春季集中修线路捣固欠量天窗统计。

根据表 4 中信息，查询 2012 年 4 月份准格尔天

气情况。可知 2012 年 4 月 3 日及 2012 年 4 月 9 日，

分别为雨夹雪转晴和多云转雨夹雪，受天气状况影

响，造成 2012 年 4 月 3 日、4 日、9 日和 10 日的欠量

天窗。因此，欠量天窗原因找出，为非人为客观不可

抗力造成。2012 年 4 月 20 日之前集中修计划完成线

路捣固作业量为 125km，实际截止 4 月 20 日已完成

143.19km，超额完成计划，未对正常施工作业造成不

良影响。

2.1.3 小结

通过对大准铁路 2011 年及 2012 年春季集中

修，线路捣固作业数据进行分析统计，可知：

（1）2012 年平均每天窗作业线路捣固作业量比

2011 年有显著提高，每天窗作业效率 2012 年比

2011 年提高了 79.9%，应用大型养路机械进行集中

修的高效化优势日益凸显。

（2）2012 年投入集中修作业的神维公司所属大

型养路机械数量，根据维修量进行了增加。体现了应

用大型养路机械，进行线路维修养护统一管理的集

约化优势。

（3）2012 年春季集中修，与 2011 年所采用天窗

形式及天窗时间均相同。2012 年天窗线路捣固作业

效率的明显提高，反映出大型养路机械施工作业队

伍专业化作业能力不断加强，在神维公司统一管理

下，一支专业化的大型养路机械队伍正日益成熟。

（4）2012 年相较于 2011 年，除去客观天气不可

抗因素外，线路捣固作业天窗兑现率可控性逐步增

强，并且每天窗完成作业量也更为均匀，计划性更

强。这也说明神维公司对于应用大型养路机械，进行

线路养护维修的管理方式，与组织方法正逐步完善。

2.2 线路清筛作业

道床是铁路轨道设备重要的组成部分，周期性

的安排线路道床清筛，消除道碴风化，磨损细小颗粒

和煤屑、矿屑等车漏污染物，是恢复道床排水性能、

道床承载能力和轨道弹性，保证道床质量的重要技

术措施。线路清筛施工质量的优劣，直接影响着列车

运行品质和线路全经济寿命投入产出效益。

大准铁路 2011 年春季集中修进行线路清筛作

业的天窗时间，分布在 2011 年 4 月 1 日至 2011 年 4

序号

日期 星期实际线路捣固作业量（km）

计划线路捣固作业量（km）

天窗欠量

（km）

欠量占计划作业量百分比（%）

1 11/04/01 星期五 3.00 1.45 -1.55 51.67

2 11/04/21 星期四 4.40 3.80 -0.60 13.60

表 3 大准铁路 2011年春季集中修线路捣固欠量天窗统计

表 4 大准铁路 2012年春季集中修线路捣固欠量天窗统计

序号

日期 星期实际线路捣固作业量（km）

计划线路捣固作业量（km）

天窗欠量

（km）

欠量占计划作业量百分

比（%）

1 12/04/03 星期二 8.00 7.45 -0.55 6.90

2 12/04/04 星期三 8.00 6.40 -1.60 20.00

3 12/04/09 星期一 12.00 9.60 -2.40 20.00

4 12/04/10 星期二 10.00 9.96 -0.04 0.40

5 12/04/12 星期四 6.00 2.50 -3.50 58.00

6 12/04/20 星期五 1.50 1.05 -0.45 30.00

图 3 大准铁路 2012 年春季集中修线路捣固任务超欠

10.00

7.50

5.00

2.50

0.00

-2.50

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1415 16 17 18 19 20 21 22 2324 25

集中修天数序号

-0.55-1.6

-2.4-3.5

-0.450.7

1.42.12

3

6.25

8.99

2.73.4

0.45

4.5

1.50.51

1.2

4.2

2.5

1

第 4 期 81· ·

月 20 日之间，共 20 天；2012 年线路清筛作业的天窗

时间，分布在 2012 年 4 月 3 日至 2012 年 4 月 25

日，为 23 天。对以上数据，从天窗作业效率及计划兑

现率两方面，进行统计分析。

2.2.1 天窗作业效率

对样本数据进行处理，得到 2011 年及 2012 年大

准铁路春季集中修，线路清筛作业实际完成情况对比

统计如图 4 所示。

图 4 中，天窗作业效率，2012 年比 2011 年显著

提高。2011 年春季集中修天窗内完成线路清筛作业

量，基本处于［0.6，1.1］km 之间。2012 年平均保持在

［1.6，2.4］km，且在 2012 年每天窗线路清筛作业量完

成更为平均。

求取大准铁路 2011 年及 2012 年 4 月份春季集

中修，线路清筛作业统计量，见表 5、表 6。

可知：

（1）2011 年 4 月份线路清筛作业有效天窗个数

N=19，2012 年 N=23。

（2）大准铁路 2011 年春季集中修，线路清筛每

天窗作业量均值为 0.897km，2012 年为 2.047km。计算

可知，线路清筛平均每天窗作业效率，2012 年是

2011 年的 2.28 倍。

（3）2011 年春季集中修，线路清筛天窗作业量极

大值为 1.374km，极小值为 0.305km；2012 年 4 月份

线路捣固天窗作业量，极大值为 3.425km，极小值为

1.525km。线路清筛天窗作业能力明显提高，2012 年

极小值都高于 2011 年极大值。

（4）大准铁路 2011 年 4 月份集中修，完成线路

清筛总作业量为 17.047km；2012 年 4 月份集中修，完

成线路清筛总作业量为 47.081km。月天窗总作业量，

2012 年是 2011 年的 2.76 倍。

（5）观察表中百分位数分布情况，2011 年每天窗

完成线路清筛作业量，50%少于 1km。相比之下，2012

年每天窗作业量，全部保证在 1.5km 以上，且分布更

为均匀。

（6）结合每年春季集中修线路清筛作业投入设备

情况，进一步分析集中修期间单机作业效率。已知

2011 年及 2012 年春季集中修，大准铁路投入线路清

筛机分别为 2 台和 4 台，单机每天窗作业效率，2012

年较 2011 年提高 14.1%。

2.2.2 计划兑现率

大准铁路 2011 年春季集中修，线路清筛任务超

欠情况如图 5 所示。

由图 5 可知，2011 年春季集中修，20 个线路清

筛天窗中，欠量天窗个数为 3，将 3 条数据提取。表 7

为大准铁路 2011 年春季集中修线路清筛欠量天窗

统计。

分析表 7，2011 年 4 月 4 日及 15 日，天窗欠量

均未达到 25%，对整体作业情况未造成不良影响；4

表 5 2011 年 4 月份集中修线路清筛作业统计量

图 4 2011 年和 2012 年大准铁路春季集中修线路清筛作业实际完成情况对比统计

天窗个数N

有效 19

缺失 4

均值 0.89721

中值 0.90000

众数 0.900

标准差 0.295103

全距 1.069

极小值 0.305

极大值 1.374

和 17.047

10 0.42000

20 0.60000

25 0.66000

30 0.70000

40 0.90000

50 0.90000

百分位数

天窗个数N

有效 23

缺失 0

均值 2.04700

中值 1.89400

众数 1.525a

标准差 0.444584

全距 1.900

极小值 1.525

极大值 3.425

和 47.081

10 1.59380

20 1.65860

25 1.74400

30 1.78400

40 1.82380

50 1.89400

百分位数

天窗个数N

有效 19

缺失 4

60 1.01200

70 1.07600

75 1.07900

80 1.10000

90 1.31800

天窗个数N

有效 23

缺失 0

60 2.07620

70 2.18920

75 2.36000

80 2.38600

90 2.64400

续表 续表

a. 存在多个众数。显示最小值

王 军等：大准铁路轨道机械化维护集中修作业效率分析

2.7

2.22.1 2.2

1.9

1.61.8 1.8

1.7

1.91.71.8

1.5

1.8

2.4 2.4 2.4

2.0

2.5

3.4

1.00.90.91.1

0.30.4

0.0

0.6

1.11.11.31.31.4

1.01.10.9

0.60.70.7

0.9

0.0

1.6 1.6

1.9

4.000

3.000

2.000

1.000

0.0001 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920212223

2012 年集中修实际

线路精筛（km）

2011 年集中修实际

线路精筛（km）

集中修天数序号

第 4 期

表 6 2011 年 4 月份集中修线路清筛作业统计量

82· ·

月 17 日天窗，原计划截至该天完成线路清筛任务

12.05km，实际上 4 月 17 日已完成 14.31km 线路清

筛，已超额完成任务，不属于作业欠量天窗。

大准铁路 2012 年春季集中修线路清筛任务超

欠情况如图 6 所示。

由图 6 可知，2012 年 4 月份 23 个线路清筛作业

天窗中，欠量天窗个数为 7，将 7 条数据提取。表 8 为

大准铁路 2012 年 4 月集中修，线路清筛欠量天窗统

计表。

由表 8 可知，2012 年春季集中修，线路清筛欠量

天窗中欠量均控制在 20%之内。且从集中修整体作

业完成角度出发，超额完成作业量 7.681km，集中修

实际线路清筛作业总量，比计划多出 6.481km。因此

不存在实际意义上的欠量天窗。

2.2.3 小结

通过对大准铁路 2011 年及 2012 年春季集中修，

线路清筛作业数据进行分析统计，可知：

（1）2012 年平均每天窗作业线路清筛作业量比

2011 年提高显著，每天窗作业效率，2012 年是 2011

年的 2.28 倍，应用大型养路机械进行集中修的高效

化优势逐步凸显。

（2）2012 年，投入集中修作业的神维公司所属大

型养路机械台数是 2011 年的 2 倍。在统一归属神维

公司调配下，得以从施工需求出发，从时间、空间两

方面合理分配大型养路机械机力，实现资源的合理

有效配置，进一步体现了应用大型养路机械进行线

路维修养护的集约化优势。

（3）2012 年春季集中修与 2011 年采用同种天窗

形式及天窗时间，2012 年线路清筛作业天窗效率明

显提高，大型养路机械施工作业队伍专业化作业能

力不断加强。

（4）2012 年相较于 2011 年，线路清筛作业欠量天

窗数目虽然有所增长，但是整体集中修作业计划均按

时完成，且每天窗实际与计划偏差量明显减小。这表

明施工作业组织计划性，2012 年比 2011 年有所提高，

线路养护维修的管理方式与组织方法不断完善。

3 结语

全面推行“集中修”，有利于优化维修组织，实现

表 7 大准铁路 2011 年 4 月春季集中修线路清筛欠量天窗统计

序号 日期 星期

实际线路清筛作业量（km）

计划线路清筛作业量（km）

天窗欠量

（km）

欠量占计划作业量百分

比（%）

1 11/04/04 星期一 0.80 0.70 -0.10 12.50%

2 11/04/15 星期五 0.55 0.42 -0.13 23.64%

3 11/04/17 星期日 0.80 0.31 -0.49 61.25%

表 8 大准铁路 2012 年春季集中修线路清筛欠量天窗统计

序号

日期 星期实际线路清筛作业量（km）

计划线路清筛作业量（km）

天窗欠量

（km）

欠量占计划作业量百分比（%）

1 12/04/11 星期三 2.00 1.93 -0.07 3.50

2 12/04/12 星期四 2.00 1.78 -0.22 11.00

3 12/04/13 星期五 2.00 1.83 -0.18 9.00

4 12/04/14 星期六 2.00 1.89 -0.11 5.5

5 12/04/15 星期日 2.00 1.66 -0.34 17.00

6 12/04/16 星期一 2.00 1.80 -0.20 10.00

7 12/04/19 星期四 1.60 1.53 -0.08 5.00

图 6 大准铁路 2012 年春季集中修线路清筛任务超欠

0.11

0.39

0.12 0.19

0.59

-0.22-0.11 -0.20

-0.08

0.240.02 0.05

0.580.740.81

1.62

0.86

1.11

2.00

1.50

1.00

0.50

0.00

-0.501 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

集中修天数序号

图 5 大准铁路 2011 年春季集中修线路清筛任务超欠

0.50

0.25

0.00

-0.50

-0.25

1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

集中修天数序号

-0.50

-0.13-0.10

0.160.20

0.28

0.100.05

0.21

0.10

0.300.25

0.080.16

0.06 0.100.18

0.520.57

第 4 期 83· ·

本刊讯 2013 年 4 月 12 日，中国神华能源公司在北京召开了由神东煤炭集团公司组织实施的“国产化交流

变频拖动刮板输送机开发”和“井下机电安装工程车辆研制"科技创新项目验收会。专家组审阅了各项目的研究报

告和相关文件，听取了项目组的汇报，经过质询和讨论，认为项目提供的技术资料齐全，完成了合同规定内容，同

意项目通过验收。 （神华集团科技发展部供稿）

科技动态

神东煤炭集团公司实施的科技创新项目通过验收

Efficiency Analysis on Mechanized Maintenance ofDazhun Railway Track

WANG Jun LI Zhen（China Shenhua Track Mechanized Maintenance Branch Company, Tianjin, 300457）

Abstract: Concentrating repair is to maintenance the rail track for a period of time. Taking data of spring concentrating repair in 2011 & 2012

（with large maintenance machinery）as example, it dig into data by making analysis on basic principle by statistics, software by SPSS, skylight

work efficiency and fulfillment of line tamping & checking, and this paper makes an efficiency analysis on mechanized maintenance of Dazhun

Railway.

Key words: Concentrating Repair; Large Maintenance Machinery; Line Tamping; Turnout Tamping; Line Checking

（收稿日期：2013-06-24 责任编辑：杨 静）

王 军等：大准铁路轨道机械化维护集中修作业效率分析

集约化、规模化生产，改变分散、机械的重复式作业

方式，从根本上扭转了“天天有人干，天天有人修，天

天在干活，天天干不成”的局面。此外，由于有效地利

用天窗时间，变分散施工为集中施工，减少施工防护

员和负责人，工区维修变为集中修，天窗内非作业时

间大幅缩短，纯作业时间提高，实现了成本缩减和效

益提升。

借鉴大秦铁路的实践经验不难发现，正是应用集

中修，将日常零散维修汇总集结到一段时间内集中进

行，才实现了从一周 5 个天窗到旬天窗的施工方式转

变。通过集约化、高效化、专业化的大型养路机械进行

集中修施工，保障了线路安全及正常运营。

根据对大准铁路春季集中修作业数据统计分

析，可知随着神华集团所有大型养路机械设备，由神

维公司集中统一、专业化管理，实现了全局上的资源

有效合理配置，避免了机力浪费，也解决了机力欠缺，

实现了大型养路机械作业的规模化，使得集约化优

势愈加明显。随着公司作业经验的不断累积，一支高

度专业化的机械化养护维修队伍正逐步形成，作业

效率显著提高。大力推进集中修，深化线路养护维修

机械化水平，是缓解设备用、修矛盾的重要举措，也

是进一步释放运能的方法所在。神维公司的集中统

一、专业化管理价值，也正是体现在整个铁路运输能

力的释放与价值创造中。

参考文献

［1］赵文彬，闫新盛.大秦线集中修施工的调度组织办法［J］.铁道运输

与经济，2011，33（7）：20-22，27.

［2］陈俊强.大型养路机械线路清筛施工实践与思考［J］.上海铁道科

技，2012（3）：58-59.

［3］徐利民，朱克非，候敬，等.铁路集中修模式发展内涵分析［A］.第

二届铁路运输安全管理研讨会论文集［C］.2011：127-130.

［4］徐光华.捣固车作业质量的探讨［J］.铁道建筑，2007，（5）：77-78.

［5］邹屹，钱治国.浅谈铁路大型养路机械清筛施工组织设计及其相

关措施［J］.甘肃科技纵横，2011，40（4）：148-150.

［6］王家楠，叶一鸣.京沪线线路大修集中修施工质量测试分析与控

制［J］.上海铁道科技，2008，（3）：46-47.

［7］中华人民共和国铁道部.铁路线路修理规则［S］.铁运［2006］146 号.

作者简介：王军（1973-），高级工程师，现任中国神华轨道机械

化维护分公司副总经理。

第 4 期84· ·

图 2 插件板安装位置

1 问题的提出

大准铁路公司点岱沟机务段承担着从点岱沟到

大同湖东区段、周家湾到大同湖东区段、南坪到大同

湖东区段等，大列煤车的牵引及大列煤车的装车牵引

任务。机务段配属韶山型电力机车49 台，DF7、DF12、

DF4B、DF10D 等型号内燃机车 19 台，主要完成机车

的大列货运（主要依煤炭为主），及小运转和调车的牵

引装车任务。对于大列煤车的装车牵引，需要内燃机

车以选煤厂要求的低恒速匀速牵引。以往由于内燃机

车在装车过程中速度不稳定，经常造成车辆超载、车

辆欠载，煤炭从车辆上部外溢等环境污染、煤炭浪费、

员工清理钢轨等不必要的工作。

2010 年在对选煤厂的装车环节情况进行了解，针

对进入管内车辆周转时间的要求，与有关单位合作研

制开发了 ZR 型内燃机车低恒速控制装置，并于 2010

年 10 月开始在 DF120064 机车上运用。较好地解决了

大列煤车装车牵引时，内燃机车速度无法满足选煤厂

装车站需要的缺陷，及无法满足各种不同吨位车辆装

车速度的要求等问题。

2 ZR型内燃机车低恒速控制装置简介

2.1 控制装置结构

ZR 型内燃机车低恒速控制装置，主要由一台主

机及一个信号采集箱组成。

主机：采用 A、B 两套完全一样的装置，有 4 个插

件版插槽，其中每套装置有控制板和励磁板两块插

件板。 A、B两套装置可单独工作。其中一套工作，另

一套作为备用。

（1）控制板：该板完成柴油机转速、电压、电流、机车

速度等信号检测和主发电机电压、电流模数转换、控制

运算、脉宽调制输出、开关量输出等各种功能（见图 1）。

（2）励磁板：该板上设有DC-DC隔离电源模块，将

机车提供的 110V电源，转换成系统需要的 5V、±12V

电源。并且该插件板是本系统的执行环节，它将来自

计算机输出的 PWM 信号，通过光电耦合器隔离，经

放大送入功率场效应管的栅极，控制该管的导通占

空比，从而达到调节励磁电流大小，控制机车恒功率

运行、恒速运行、驱动调速步进电机的目的。

各插件板安装位置如图 2 所示，其中 A、B 为单

内燃机车低恒速控制装置的研制及在选煤厂装车上的应用张福忠

（神华准格尔能源有限责任公司大准铁路公司机务段，内蒙古 呼和浩特，010300）

摘 要： 介绍了内燃机车低恒速控制装置结构、原理，以及在选煤厂、集装站装车使用情况，证明了

该装置对既有车的加装和改造，起到了提高装煤效率、降低乘务员劳动强度的效果。该装置性能优

良，运用可靠，能够满足既有机车进行低恒速改造的需要。

关键词： 低恒速 选煤厂装煤 集装站装煤 装车效率 既有车改造

中图分类号：U2 文献标识码：B 文章编号：1674-8492（2013）04-085-03

B组A组

221

B 组A组

1

C1C3C5C7

C2C4C6

GND

C2C4C6GND

C1C3C5C7

L1 L2 L2L1

L1L3L5

W3W2W1

W3W2W1

L1L3L5

L2L4L6

L2L4L6

图 1 控制板、励磁板面板

励磁指示灯

+12V

L2

L4L6L5

L3L1

+5V-12V

地线测试孔

柴油机转速测试孔

主发电流测试孔主发电流测试孔

机车速度测试孔

L1 L2C2

C4

C6

GND

C1

C3

C5

C7

W1W2W3

1 2

第 11 卷 第 4 期

VOL.11 NO.42013 年 7 月

July.2013

独两套装置，当对外插头插在 A 组时，A 套控制板和

励磁板装置工作；插在 B 组时，B 套控制板和励磁板

装置工作（对外插头 A、B 组各有两个插头 JC1、JC2，

每组插头必须同时插上才能正常工作）。

（3）附件：信号板。该板安装有电压传感器 U1，电

流传感器 I1，分流器 FLQ，转速信号变压器 B，继电器

JC1-3，接触器 JC4。

电压传感器 U1，将主发电压隔离后，转变成

0~5V 信号电压。分流器 FLQ，将 3ZL 整流后产生的直

流电流，转变为 0~75mV 信号；电流传感器 I1，将分流

器送来的 0~75mV 信号进行隔离后，转变为 0~5V 信

号电压。

接触器 JC4，用来进行原车微机励磁与本装置低

恒速控制转换。JC1-JC3 用来对低恒速控制时产生

降、保、升信号，使柴油机达到一定的转速。

变压器 B 将励磁机反馈电压进行隔离与变压，

供柴油机转速信号采集使用。

2.2 控制装置技术参数

工作电源：DC110V，1A。

主发电机电压信号：DC，0~800V。

主发电机电流信号：DC，0~6.5A。

机车速度信号：光电速度传感器数字信号，200

脉冲 /r。

励磁机反馈电压：单相。

励磁电流输出：<10A。

限压值：1000rpm 时，770V。

限流值：856~1000rpm 时，6000A。

输出电源：+15V，0.1A（供光电传感器用）。

开关量输出：I、II级磁场削弱控制，110V，0.5A。

恒速控制最低速度：0.6 km/h。

恒速控制精度：±0.1km/h。

恒速控制级数：10 级（见下表）。

2.3 控制装置特点

（1）可靠性高：由于采用大规模集成电路，集成

度高，并使用了宽电压 DC-DC 隔离模块电源, 元件

数量少, 可靠性大大提高。励磁信号的输出进行了光

电隔离,保证了系统不受外界的干扰。

（2）性能优良：采用了十六位单片机对系统进行

控制，具有功能强、抗干扰性能好，能够在全转速范

围内进行恒功精确控制。机车恒功范围广，能充分利

用柴油机的功率。

（3）具有 10 个机车低恒速档位：根据牵引车辆

类型的不同，来进行低恒速档位的转换，从而满足各

种吨位车辆选煤厂装车需要。既提高了工作效率，同

时车辆不易发生超载、欠载，又能减轻选煤厂装车站

员工和机车乘务员的工作强度。

（4）双套装置：采用完全一样的两套插件。其中一

套一旦出现故障时，可转换使用另一套，防止发生机

破，确保安全运用。

3 既有机车加装低恒速装置改造方案

对于 DF4B 和 DF12 机车，保留原机车励磁控制

部分，在原有微机控制功能不变的基础上，增加一套

具有低恒速控制功能的微机励磁控制装置。即使一

组发生故障，也可及时地转换到另一组，保证了机车

正常工作。对于 DF7 机车，采用低恒速控制装置，取

代原电子恒功箱即可。

4 装车调整与测试

安装完成后，根据机车的功率，牵引各种不同车

辆进行现场调整，以满足选煤厂针对各种车辆装车的

需求。本装置由于采用高精度电压电流传感器，参数

经软件设定，根据现场使用情况进行调整。当主发电

流为 2000A 时，检测孔 IF 反馈电压应为 1V；当主发

电压为 400V 时，检测孔 UF 反馈电压应为 2.5V。

5 低恒速控制装置使用效果

2010 年 10 月，低恒速控制装置研制成功后，装

在 DF120064 机车上进行运用。试验结果表明，低恒

速装置控制机车，能够达到 0.6~1.3km/h 的速度要

求，速度稳定，能够推动列车匀速前进，适用各种吨

位车辆装车要求。过去采用原车控制装置进行大列

选煤厂装车，装完万吨列车需要 3h（选煤厂有足够的

煤炭），采用本低恒速控制装置以后，仅需 2h（选煤厂

有足够的煤炭）即可装满一列车，装车效率有了大幅

提高。同时又大大减轻了选煤厂装车站员工和机车

乘务员的频繁操作，降低了劳动强度，受到选煤厂装

车站员工和乘务人员的普遍欢迎。

截至 2012 年 12 月，首台低恒速控制装置已安全

运用2 年多，性能稳定，达到了预期效果。目前，点岱沟

级位 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

速度（km/h）

0.6 0.7 0.75 0.8 0.9 0.95 1 1.1 1.2 1.3

张福忠：内燃机车低恒速控制装置的研制及在选煤厂装车上的应用 第 4 期

恒速控制级位对应表

86· ·

机务段已陆续在 DF70287 等 3 台机车、DF4B3969 等

2 台机车上进行了低恒速改造，运用效果良好。

6 结论

ZR 型内燃机车微机控制装置，具有良好的低恒

速控制性能，操作方便，性能可靠，为神华准格尔能

源有限责任公司选煤厂的装车和铁路运输提供了安

全、高效的生产任务。同时也极大地减轻了选煤厂

装车站员工和机车乘务员的劳动强度。不仅如此，

该装置同样适用于调车作业等要求恒速作业的过

程，应用前景十分广阔。

作者简介：张福忠（1971-），助理工程师，2011年毕业于兰州

交通大学交通运输专业，现任神华准格尔能源有限责任公司大准铁路

公司机务段技术科副科长。

The Development and Application of Combustion Engine Low ConstantSpeed Control Device Coal Preparation Plant Loading.

ZHANG Fuzhong（Locative Depot of Dazhun Railaway Company, Shenhua Zhunge'er Energy Co., Ltd, Hohhot, Inner Mongolia, 010300）

Abstract: By introduce the structure, principle and loading service condition of the internal combustion engine low constant speed control

device in coal preparation plant and container station, it proved that the device reduced the labor intensity of steward and improved the loading

efficiency on installation and modification. The device with excellent performance and reliable operation, it can satisfy the needs of

modification for existed locomotive.

Key Words: Low constant speed; Coal Preparation Plant Coaling; Container Station Coaling; Loading Efficiency; Modification for Existed

Truck （收稿日期：2013-04-24 责任编辑：马小军）

本刊讯 6 月 13 日，中国有色金属工业协会、中国煤炭工业协会在京组织召开“高铝粉煤灰提取氧化铝关

键技术研究及其工业化中试装置开发技术成果”鉴定会，该项目由神华集团负责研发，与会专家在认真听取项

目汇报后，一致同意项目通过科技成果鉴定，并建议开展工业化建设。

为了最大限度地利用煤炭伴生资源，解决长期困扰我国的粉煤灰非铝土矿资源开发技术“瓶颈”，2004 年

开始，神华集团依托准格尔煤田“高铝、富镓”特色煤炭资源，联合多家高校和研究机构，全力开展粉煤灰提取氧

化铝的研发工作。经过 9 年的发展，探索出了全新的工艺路线；2010 年，神华集团规划了以粉煤灰提取氧化铝

为核心的“神华准格尔矿区煤炭伴生资源循环经济产业项目”；2011 年 6 月，该项目被国家科技部列为“十二

五”科技支撑计划项目。目前，该装置已具备长期稳定运转的能力，最长连续运行时间达 156 天。

与会专家一致认为该项目资料详实，技术研发取得了自主创新成果，已建成年产 4000 吨氧化铝的工业试

验线，开辟了国内外首创的高硅铝资源生产氧化铝的新途径。

（神华集团科技发展部供稿）

科技动态

神华一国家科技项目通过成果鉴定

第 4 期 87· ·

从“十一五”以来，国家以约束性指标的方式，下

达了节能减排工作任务，节能减排工作的完成情况

主要以数据指标的形式进行体现。为了落实国家节

能减排政策，完成节能减排计划，促进提升神华集团

和神华集团所属电力板块各子（分）公司节能环保管

理水平，降低能源消耗，减少污染物排放，创建具有

国际竞争力的世界一流煤炭综合能源企业，神华集

团公司决定建立节能环保对标管理体系，采用对标

管理的方法，推进神华电力板块节能环保指标优化。

1 对标管理的起源与发展

对标管理属于管理范畴，起源于 20 世纪 70 年代

末、80 年代初美国公司学习日本公司的运动中。首开

对标管理先河的是美国施乐公司，该管理方式经过了

美国生产力与质量中心的系统化和规范化。历经 30

年，对标管理已经成为现代企业管理活动中，支持企

业不断改进和获得竞争优势最重要的管理方式之一。

世界 500 强企业中，有近 90％的企业应用了对

标管理。中国部分中央企业（电力、石油、通讯等）也

实施了对标管理，均取得了较好的业绩。中国海洋石

油公司于 2001 年开始实施对标管理，将主要对标对

象（标杆），锁定在世界著名的挪威石油公司，这是国

内大型国企，首次与海外企业进行大规模的对标管理。

中国华电集团公司于 2004 年 5 月，率先在电力系统

开始对标管理，建立了发电生产和经营的指标体系，

分别采集了集团内和行业内的标杆数据，制定了详

细的实施细则，在所属发电厂全面开展对标管理，取

得了良好的实施效果。国家电网公司于 2005 年 1 月

开始，在区域、省电网公司和地市供电企业之间开始

对标管理。

2 对标管理的的特点

2.1 应用领域的广泛性

（1）成为标杆对象的企业，既可以是本行业的领

先者，也可以是某一个或几个方面拥有优势的一般企

业。同时也可以是在某方面，与本企业具有一定相似

性，且可供借鉴优势的行业外企业或非企业单位。

（2）通过标杆目标进行学习的，既可以是标杆企

业存在优势的一个方面，也可以是存在优势的几个

方面，但必须是存在优势的方面。

（3）标杆管理的实施，既可以同时针对几个企业，

也可以反复针对同一个企业，但必须是一个反复循环

的过程。

（4）标杆管理不仅适用于企业单位之间，而且还

适用于非企业单位之间。

2.2 极强的可操作性

企业标杆管理活动有一系列的规范化程序，实

施过程中形成了一套科学的标准体系，具有很强的

可衡量性和可操作性，一定程度上避免了实施中的

不确定性和盲目性。

2.3 较大的现实性和激励性

标杆管理是以现实世界中存在的先进企业的经

营活动为标杆对象，其所要达到的目标是经过努力

才可以实现的，而且是一定可以实现的。因此就会

产生强大的激励效果，刺激每位员工致力于这一活

动中。

2.4 巨大的时效性

通过实施标杆管理活动，可以迅速获得在某一

神华电力板块节能环保对标管理体系的建设董 琨 1 崔立明 2 刘秋生 1 靖长财 1 孙 灏 1

（1. 神华国华（北京）电力研究院有限公司，北京，100025；2. 神华集团有限责任公司，北京，100011）

摘 要： 为了落实“十二五”国家节能减排政策，完成节能减排计划，促进节能环保管理水平，降低

能源消耗，减少污染物排放，神华集团决定建立节能环保对标管理体系。本文重点介绍了对标管理的

起源、发展和特点，神华电力板块节能环保对标管理的现状，节能环保对标管理体系的构成、建设、评

价和应用情况。

关键词： 节能 环保 减排 对标 体系

中图分类号：F40 文献标识码：B 文章编号：1674-8492（2013）04-088-04

第 11 卷 第 4 期

VOL.11 NO.42013 年 7 月

July.2013

方面最有效的方法和技能，在节约大量研究费用或

时间费用的同时，增加了获取竞争优势的可能性。

3 电力板块节能环保对标管理的现状

我国“富煤、少油气”的能源结构决定了在今后

相当长的时间内，燃煤机组装机容量将不断增长，火

电厂排放的 SO2、氮氧化物和烟尘仍将增加。国家“十

二五”规划明确指出“加快建设资源节约型、环境友

好型社会，提高生态文明水平”是未来发展的总体方

针，而火电机组节能降耗、减少污染物排放也成为了

电力行业完成“十二五”规划的重中之重。建立节能

环保指标对标管理体系，定期开展节能环保对标活

动，摸清机组能耗和污染物排放水平，制定有效的治

理措施，开展发电机组节能治理，是提升企业节能减

排的重要思路和路线。

3.1 外部情况

目前，神华集团电力板块所属发电企业参与的

节能、环保对标，或定期上报数据的外部项目有：

（1）国家发改委环资司、国家节能中心的“万家

企业节能低碳行动”，国家每年发布一次。统计对象

是我国万家重点能源企业，属于国家强制性项目。

（2）国家电力监管委员会电力可靠性管理中心，

每年发布一次《发电机组年度可靠性报告》。统计对

象是被统计的发电机组，属于国家强制性项目。

（3）国家环保总局 - 地方环保局，不定期地发布

环保报告。统计对象是全部发电机组，属于国家强制

性项目。

（4）中国电力企业联合会可靠性管理中心，每年

发布一次《年度全国电力可靠性报告》、《金牌机组竞

赛》。统计对象是被统计的机组，属于非强制性项目。

（5）中国电力企业联合会科技开发服务中心，每

年发布一次《全国火电机组能效对标及竞赛》。统计

对象是被统计的机组，属于非强制性项目。

3.2 内部情况

据了解，神华集团电力板块的二级发电公司部

分建立了节能环保对标制度，并定期开展对标，但神

华集团公司尚未建立能够覆盖集团所属的所有发电

企业和火电机组完整的节能环保对标管理体系。

4 节能环保对标管理体系的构成

神华集团节能环保对标管理体系由对标指标体

系、对标指标数据库、最佳节能环保实践库三大部分

构成。节能环保对标管理体系架构见图 1。

4.1 最佳节能环保实践库

收集并存储行业内和神华集团内部节能环保典型

技术改造案例、节能环保成功工作案例，为神华集团子

（分）公司、运营电厂的节能环保工作，提供借鉴和帮助。

4.2 对标指标数据库

对标指标数据库，由例次对标指标数据库和对标

指标评价分析数据库组成。

4.2.1 例次对标指标数据库

收集并存储神华集团所属运营机组，当年供电煤

耗、发电综合耗水率的实际发生值，以及实际发生值

与上一评价期，行业同类机组标杆值的差值，做为节

能对标管理评价的依据；收集并存储神华集团所属运

营机组，当年 SO2、NOx 和烟尘三类污染排放物的排放

绩效和达标排放率，做为环保对标管理评价的依据。

4.2.2 对标指标评价分析数据库

分析并存储对标指标管理评价结果和分析报

告。根据运营机组基本信息数据库和对标指标管理

数据库的相关数据，按照对标指标评价方法进行管

理评价；根据对标指标管理评价的结果，对神华集团

节能环保情况进行分析，提出集团下一评价期重点

开展的节能环保工作和管理建议。

4.3 对标指标体系

神华集团电力板块节能环保对标指标体系，由

对标指标、评价办法和机组基本信息三部分构成。对

标指标分为节能指标和环保指标两部分，评价办法

用于对各台机组对标指标完成情况，进行科学合理

的评价及排序，机组基本信息用于反映参与对标机

组的工艺规模、设备规范等。

董 琨等：神华电力板块节能环保对标管理体系的建设第 4 期

图 1 神华集团电力板块节能环保对标管理体系架构

节能环保对标管理体系

对标指标体系 对标指标数据库

对标指标

机组基本信息

评价办法

例次对标指标数据库

对标指标评价数据库

最佳节能环保实践库

各子（分）公司 运营电厂

89· ·

根据对标指标的重要性、代表性，以“指标树”原

理形式，采取三级指标体系，以实现分级管理原则，

达到分析系统性、全面性、可比性、准确性，并指导节

能环保管理工作。通过对标指标与行业先进值、神华

集团标杆值的对标评价活动，推动神华集团电力板

块节能环保工作的开展。

4.3.1 机组基本信息

收集并存储神华集团所属机组的设备参数、技

术参数、技术工艺、机组信息等相关数据，是节能环

保对标管理评价的基础数据。若运营机组进行重大

修理，应及时修改相关数据。

4.3.2 对标指标

对标指标是指用于对标的、具有可比性的、相互

独立的反映机组节能环保水平的技术指标。它能够

系统地、定量地指示所瞄准的对标内容。

对标指标分为节能指标和环保指标两个组别。

分别采用树状结构，对供电煤耗、发电综合耗水率、

主要污染排放等指标的主要影响因素，层层分解。不

同层次等级的指标，由不同管理组织进行管理。

4.3.3 节能对标指标

节能对标指标采取分级管理的三级指标体系。

一级指标由神华集团公司管控，二级指标由子（分）

公司管控，三级指标由发电厂管控。节能对标指标构

成如图 2 所示。

4.3.4 环保对标指标

环保对标指标采用二级指标体系。一级指标由

神华集团公司管控，二级指标由子（分）公司管控。环

保对标指标体系如图 3 所示。

4.3.5 集团管控的节能、环保一级指标定义

（1）供电煤耗[1]。火力发电机组平均每向外供出

1kWh 电能所耗用的标准煤量，计算公式为：

bg =bf

1- lfcy100

= 发电标准煤量供电量 （1）

式中，bg— 供电煤耗，g/kWh；

bf — 发电煤耗，g/kWh；

lfcy — 发电厂用电率，%。

指标单位：g/kWh。

统计方法：单台机组供电量是指统计期内出线

有功电量，以出线开关外有功电能表计量为准。发电

标准煤量是指统计期内，用于发电所耗用的燃料折

算至标准煤的燃料量。

【注：综合能耗计算通则（GB2589-2008）关于《热

量单位、符号与换算》中明确规定：低位发热量等于

29307 kJ（或 7000kCal）的固体燃料，称之为 1kg 标准

煤。】

（2）发电综合耗水率[1]。发电综合耗水率是指火

力发电机组平均每发 1kWh 电能所耗用的新鲜水量，

计算公式为：

dfd =Gxs

∑Wf（2）

式中：dfd — 发电综合耗水率，kg/kWh；

Gxs — 发电用新鲜水量，kg；

∑Wf — 发电量，kWh。

指标单位：kg/kWh。

统计方法：发电量是指统计期内发电机组产出

的有功电能数量。如发电机的电能表发生故障或变

换系统，使电能表不能正常工作时，应按每小时记录

其有功功率表的指示来估算发电量。发电用新鲜水

量，是指统计期内机组发电用的新鲜水量（不含重复

利用水）。

（3）污染物（SO2/NOx/ 烟尘）达标排放率[2]。污染

物（SO2 /NOx/ 烟尘）达标排放率，是指火力发电机组

图 3 环保对标指标构成

第 4 期

图 2 节能对标指标构成

节能对标一级指标 节能对标二级指标

锅炉效率

节能对标三级指标

排烟温度、锅炉氧量、飞灰可燃物、

送风温度、空预器漏风率、过热器

减温水流量、再热器减温水流量。

凝汽器真空、真空严密性、凝汽器

端差、凝结水过冷度、给水温度、

主蒸汽温度、再热蒸汽温度、主蒸

汽压力、加热器端差、高加投入率。

锅炉辅机：磨煤机 /制粉、一次风机、送风机、引风机 /增压风

机耗电率。

汽机辅机：循环水泵、凝结水泵、

电动给水泵耗电率。

公用系统：除灰除尘、输煤、脱硫系统耗电率。

汽水损失率

循环水浓缩倍率

锅炉排污率

发电补水率

供热补水率

直接厂用电率

汽轮机组热耗率供电煤耗

发电综合耗水率

节能对标指标构成

环保对标一级指标 环保对标二级指标

SO2：达标排放率、

排放绩效。

NOx：达标排放率、

排放绩效。

烟尘：达标排放率、

排放绩效。烟尘：排放浓度、除尘器装置可用率、除尘器效率。

NOx：排放浓度、脱硝装置可用率、除硝效率。

SO2：排放浓度、脱硫装置可用率、除硫效率。环保对标指标构成

90· ·

在发电中达到污染物（SO2/NOx/ 烟尘）排放标准的烟

气排放量，占其烟气排放总量的百分比。即：

DLSO2 / NOx /烟尘 = VDLSO2 /NOx /烟尘

V ×100% 渊3冤式中，DLSO2 / NOx / 烟尘 — 污染物（SO2/NOx/ 烟尘）达

标排放率，%；

V DLSO2 /NOx / 烟尘 — 达到污染物（SO2/NOx/ 烟尘）排放

标准的烟气排放量，Nm3/h；

V — 机组排放烟气总量，Nm3/h。

统计方法：读取统计期内电厂控制系统中记录

的数据后，进行统计计算。

（4）污染物（SO2 /NOx/ 烟尘）排放绩效。污染物

（SO2 /NOx/ 烟尘）排放绩效，是指火力发电机组平均

每发 1kWh 电量所排放的污染物（SO2 /NOx/ 烟尘）量。即：

JSO2 /NOx / 烟尘 = MSO2 / NOx /烟尘

Wf（4）

式中，JSO2 / NOx / 烟尘 — 污染物（SO2/ NOx / 烟尘）排放

绩效，g/kWh；

MSO2 / NOx / 烟尘 —污染物（SO2/NOx / 烟尘）排放总量，g；

Wf — 机组发电总量，kWh。

4.3.6 评价办法

节能指标的供电煤耗指标和发电综合耗水率指

标，分别采用分组直接评价和整体评价两种方式。其

中，供电煤耗指标按运营机组的类型、容量、机组压

力等级、循环冷却方式等因素分成 12 组进行对标，

整体评价采用将各台机组供电煤耗完成值进行修

正、加权、打分，形成所有对标机组整体综合评价结

果，以评价机组煤耗总体情况；发电综合耗水率指标

按机组循环冷却方式分成 3 组进行对标，整体评价

采用将各台机组发电综合耗水率完成值进行修正、

加权、打分，形成所有对标机组整体综合评价结果，

以评价机组水耗总体情况。

环保指标包括 SO2、NOx、烟尘三项指标，评价方

法是采用各机组各个环保对标指标的实际值，进行

分项打分，并汇总计算出总分，按照所有机组环保对

标的总分，按照一定的权重和公式进行整体综合排

序评价，只得出环保最终综合排名结果，不对单独指

标进行排序。

5 节能环保对标管理体系试评价情况

2012 年 8 月，神华集团采用《神华集团电力板块

节能环保对标指标体系》，对国华电力公司、神东电

力公司、国能集团（说明：2012 年 12 月国能集团和神

东电力公司合并）3 家发电公司，在役 104 台燃煤发

电机组 2012 年上半年的节能环保指标，进行评价。

10 月 15 日，神华集团发布了此次节能环保对标试评

价结果。实践证明，该评价体系的指标对标和评价系

统较为科学、合理，人为干预性较低，具有很强的可

操作性和客观评价功能。

6 总结

（1）神华集团电力板块节能环保对标管理体系

的建立，规范了神华集团对发电企业和发电机组的

管控，填补了集团管理空白。

（2）神华集团电力板块节能环保对标管理体系

的建立，首次明确了节能环保三级管控指标。即一

级指标神华集团公司管控，二级指标由子（分）公

司管控，三级指标由发电厂管控，确定了各级管控

指标内容。

（3）神华集团电力板块节能环保对标管理体系

中的指标评价办法，是在参考、优化和吸收我国电力

行业成熟的对标评价办法的基础上，融入了神华集

团先进的管控理念和方法，自主创建的对标管理办

法。该办法能够很好地适应神华集团高速发展的电

力板块的对标管理，符合和具有神华集团建设国际

一流煤炭能源企业的鲜明特色。

（4）采用节能环保指标管理体系，对神华集团

电力板块所属发电不同容量的机组进行综合评价，

将火电机组分组，同集团外部行业先进机组和集团

内部标杆机组，进行对比查找不足，采取措施进行整

改，极大地促进了神华集团电力板块节能减排工作

的整体提升。

参考文献

［1］DL/T 904-2004，火力发电厂技术经济指标计算方法［S］.

［2］GB 13223-2001，火电厂大气污染物排放标准［S］.

［3］王成武，李如林.标杆管理及其在现代企业中的应用［J］.现代管理

科学，2003（2）：49-50.

作者简介：董琨（1979-），节能监督工程师，2001 年毕业于天

津理工大学机械工程专业，2009年获华北电力大学硕士学位，现就职

于神华国华（北京）电力研究院有限公司，主要从事发电机组热力系统

节能方面的工作。

（下转第 96页）

董 琨等：神华电力板块节能环保对标管理体系的建设第 4 期 91· ·

1 引言

众所周知，我国是一个严重缺水的国家，水资源

短缺随着经济的崛起也日益凸显，它不仅制约国家

的经济可持续发展，甚至威胁到人们的生存。因此，

国家采取南水北调、引栾济津、引汉济西等措施，制

定一系列合理利用水资源的政策和法规，倡导节能

减排、绿色环保。

工业、商业领域是用水大户，已占到全国用水量

的 30%以上，而工业、商业的冷却水约占 80%，节约

冷却水是其关键，循环用水则是最有效的措施。循环

水在运行过程中不可避免地对换热设备产生一系列

的危害，即结垢、污垢沉积、能耗增加、热效低下、管

阻增大、腐蚀加剧、菌藻孽生。许多年来人们不遗余

力地采取各种办法来消除上述烦恼，推出多种多样

的防垢技术，化学法、物理法等，但都有利有弊，有得

有失，治标不治本。随着科学技术的进步，催生了大

批新型的绿色环保技术，智能变频水处理器就是一

种创新的高科技产品，它在工业水处理领域有着不

可估量的前景。

2 智能变频水处理器工作原理

智能变频，是指通过微处理器程序控制的输出

频率连续可变的多频段智能控制系统。智能变频水

处理器输出连续可变的时变频率，通过负载线圈将

变频信号耦合到用户管道，变频信号在管道内产生

时变电磁场，负载线圈一般安装在进出水口部位。当

水通过时变电磁场时，水溶液与外加电磁场共振使

其分子运动加强，从而使原来团状大分子（H2O）n 解

离成单个水分子，钙镁等结垢的主要离子被单个水

分子包围，和碳酸根结合成垢的机会大大减少，而经

过变频磁场处理后，水对 CaCO3 的溶解度也增大。同

时时变电磁场改变了水分子与其它离子的结合状

态，使 CaCO3 晶体析出的时间拖后，并以细小的颗粒

析出，不会是坚实致密的长方石结晶形态的水垢，而

是质地松软、附着力较弱，轻易可除去的文石结晶。

现场实际由于水的温度、硬度、粘度、pH 值、压

力、水流速不同，其共振频率也不相同。水垢的阻垢、

除垢是一项较复杂的课题，需要较高的技术门槛。只

有将变频技术与用户的实际运行现场的各个实际参

数紧密集合起来，才会得到最佳的阻垢、除垢效果。

3 当前工业循环水处理技术现状

3.1 水垢的来历

天然水中溶解有各种盐类，如重碳酸盐、硫酸

盐、氯化物、硅酸盐等。其中以溶解的重碳酸盐如

Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2 为最多，也最不稳定，容易分

解生成碳酸盐。当含重碳酸盐较多的水作为交换媒

介，它通过换热器传热表面时，会受热分解逸出 CO2，

变成难溶解的 Ca（HCO3）2 和 Mg（HCO3）2（它们是石

灰石、白云石的主要成分）沉淀下来。这就是水垢的

来历。水垢形成有 3 种条件：①水被加热时形成水

垢，如锅炉、换热器、冷凝器。②水 pH 值高时容易形

成水垢，如电厂冲灰管道。pH 值达到 12 左右。③水压

力突然变化时形成水垢，如水泵、加药泵、反渗透膜。

人类把水作为热交换介质开始，受热面和传导

面的结垢，就成为热交换工艺中困扰设备正常运行

的主要问题。水垢导致热效率下降、能耗增加。结垢

会堵塞各种管道、弯头、热交换器、堵住阀门，并在金

属表面形成一层矿物质沉淀，造成设备效率下降和

智能变频水处理器阻垢、除垢技术应用研究李怀怡 汪金海

（神华宁夏煤业集团有限责任公司，宁夏 银川，750001）

摘 要： 结合变频水处理器的工作原理和现场运行情况，给出了智能变频水处理器防垢除垢应用

的范例经验，通过对比当前国内外最新水处理技术，为用户提供全新水处理设备的优选方案，具有实

际的指导价值。

关键词： 水垢 时变电磁场 智能变频水处理器

中图分类号：X703 文献标识码：B 文章编号：1674-8492（2013）04-092-05

第 11 卷 第 4 期

VOL.11 NO.42013 年 7 月

July.2013

损坏。而效率的降低则直接造成能量损耗，水垢使能

耗大幅提高，严重堵塞管道甚至能引起锅炉爆炸的

严重后果。

国家标准《GB50050 工业循环冷却水处理设计规

范》中介绍，某化工厂循环冷却水采用深井水，循环水

量为 9600t/h，由于水硬碱性大，每 50h 就有 50%的碳

酸盐在设备管道沉积下来，严重影响热转换效率；空

气透平机冷却器运行 3 个月，垢厚 20mm，影响打气效

率 20%，不少换热设备 3 个月必须进行酸洗一次；某

石化厂常减压车间设备腐蚀和结垢现象十分惊人，

φ50×3.5cm 的碳钢管使用 16~20 月就出现泄漏，水

浸式换热器使用 3~5 天就开始结垢，3 个月结垢

15~40mm。

美国标准局测定的水垢厚度与能耗的关系是：

3mm 厚度的垢就可造成 20%的能源损耗，6mm 垢要

多消耗 40%的热能。

多年来，人们对水垢的原因进行了充分的研究，

也推出了多种多样的除垢技术，大体分为化学法和

物理法。

3.2 化学除垢

截至目前，大多采用定期酸洗、加阻垢分散剂、

离子交换树脂及石灰软化法处理水垢。化学除垢是

向循环水中加入化学物质，破坏结垢的条件，使得循

环水不易结垢。化学除垢有以下几种方法：

（1）酸洗法：加入酸或 CO2，通常碳酸氢盐在水中

存在下列离解平衡：

Ca（HCO3）2圹Ca2+ +2HCO3-

HCO3- 圹H++CO3

2-

加酸或通 CO2 主要目的是降低系统 pH 值，促使

平衡向左移稳定碳酸氢盐。

（2）石灰软化法：是指在补水未进入系统前，就

加入适当的石灰水进行预处理，让水中成垢离子在

澄清池中预先反应，生成碳酸盐沉淀析出，从而去除

水中成垢离子。采用石灰软化法成本低，但工作量

大，处理工作占地面积大，对环境污染很大。

（3）投加阻垢分散剂：在工业水处理中，采用投

加阻垢分散剂的方法控制污垢，是最常用的化学防

垢技术。投加阻垢分散剂的缺点是专业性很强，阻垢

效果取决于专业人员水平，人工维护量大，费用较高，

不环保。

（4）离子交换树脂：就是让水通过离子交换树脂，

将钙离子吸附在树脂上，达到除钙目的。树脂法最大

的优点是可以降低水的硬度，但树脂交换法的处理

容量有限，处理成本也较高，只有在补水较小场合使

用，树脂本身也易受污染，影响出水效果。同时，再生

过程还会产生大量废盐水，污染环境，因此在循环水

处理中应用不广泛。

化学方法的优点是如果控制得当，除垢阻垢效

果较好；缺点是费时、费力，费用高，不易操作，需专

业人员才能处理，化学物品污染环境，不环保。

这些化学方法在锅炉水处理、工业水处理广泛应

用，但其代价相当大。以钠离子交换器为例，我国一般

采用盐耗为 250~500g/mol 的钠离子交换器，也就是说

每置换出水中 20g 的钙离子或 12g 的镁离子，就需要

250~500g的工业盐，如此对地下水的污染就非常严重。

水是人类的宝贵资源，为防止污染地下水，美国

早期限制使用钠离子交换器，规定盐耗超过 110g /mol

的钠离子交换器不容许使用，后又提高至 90g /mol，

最终禁止使用钠离子交换器。

加化学阻垢药剂除垢，阻垢药剂又是微生物的

营养源，所以同时还需加入大量的杀菌剂、灭藻剂

等。另外，化学阻垢剂本身对设备、管道的腐蚀也很

严重。而酸洗则需要停设备，影响生产，费时费力，清

洗的废液对环境造成污染。

总之，在越来越重视环保，强调可持续发展的今

天，化学除垢污染环境、腐蚀设备、工艺繁杂、长期连

续的困扰治标不治本，花费极其昂贵，已显示其落后

的危害性。

3.3 物理除垢

物理除垢按照不同的原理有以下几种：

3.3.1 电场防垢技术

我国从 20 世纪 50 年代就开始了电磁技术，用

于锅炉水除垢和防垢的研究与应用。电场防垢装置

分为：①静电水处理器（高压直流）。②电子水处理器

（低压直流）。③高频电子水处理器。一些高出力的电

场（高频达 10MHz 以上，高压达 7000V 以上）防垢除

垢装置，弥补了永磁装置磁感应强度小（小于 1 特拉

斯）的缺点，因而得到了广泛的应用，其发展趋势已

超过了永磁装置。缺点是输出频率较为单一，不能适

用于各种水质，且安装困难，需停产、切割管道，工作

电压高，不安全，电极受到污染后阻垢、除垢效果受

影响，工作不稳定。

3.3.2 膜技术

膜技术是近 40 年来迅速发展的一项新型技术，

李怀怡等：智能变频水处理器阻垢、除垢技术应用研究第 4 期 93· ·

目前已经研发出来的微滤、超滤、反渗透、纳滤、渗

析、电渗析、气体分离、渗透汽化、无机膜等技术，已

经广泛用于石油、化工、环保能源、电子等行业中。膜

滤法防垢技术是除去水中成垢离子，降低水的结垢

趋势，达到防垢目的。但膜分离技术在水处理防垢面

临最大的问题之一是，膜的污染和寿命，而且膜技术

的组件的造价和运行成本很高，膜对水流量处理能

力较小，仍需要人工定期维护，限制了它的推广。

3.3.3 磁场防垢技术

磁场防垢技术是以变频防垢技术为代表，已经

以其良好的阻垢、除垢效果，简易的安装步骤（只需

在管道上缠绕一定匝数的负载线圈）———不需要停

产，安全的工作电压（直流低压小于 45V），几乎免除

人工维护，较低的运行成本（每年几百元电费），没有

任何环境污染等得到了用户的肯定。其高性价比、低

投入、绿色环保的特点，符合社会发展潮流的新技术。

物理除垢的永磁、强磁、高频、静电多种形式，以

及电子直流的应用，效果不明显，输出功率较小，频

率固定在一个范围，切割管道安装高电压工作也有

安全隐患。由于不同条件下水的温度、硬度、粘度、pH

值、压力、水流速不同，其共振频率也不相同，这样的

除垢方法也往往达不到效果。就其原因，都是因为没

有真正掌握有效的除垢机理，这也是目前化学除垢

仍然能大量使用的原因所在。

4 深圳集水公司智能变频水处理器介绍

目前国内用于工业循环冷却系统的阻垢、除垢

设备生产厂家较多，原理也各有不同，但获得市场认

可的产品却不多，真正具有研发能力的企业不多。

已申请专利和软件著作权的 ZB 系列智能变频

水处理器，通过微处理器智能化，可针对各种不同条

件下的水环境，监测输水管道、热交换器输入、输出

水的温升；通过对单片机的控制，实现变频信号现场

智能的选择。输出频率按照多组分段自动连续调节

的频率谱，多组输出功率随之控制强度，使用多组耦

合负载线圈使除垢、阻垢达到最佳状态。这样一来，

管道和热交换器维持高的热传导系数，也就意味着

能量的转换，使同样设备获得最佳工作效能。

该处理器的主控 16 位单片机控制变频信号现

场智能选择，输出频率谱可以连续调节：

扫频 1~5kHz；

扫频 1~10kHz；

扫频 1~15kHz；

扫频 1~20kHz；

扫频 1~25kHz；

扫频 2~10kHz；

扫频 2~25kHz；

扫频 5~15kHz。

多组输出功率随之控制强度，耦合到多组合负

载线圈，使除垢、阻垢处在最佳状态，达到节能减排、

低碳环保目的。由于采用智能微处理芯片，使得该公

司水处理设备可以具备远程组网功能，用户远程现

代化管理得以实现。

5 深圳集水公司智能变频水处理器技术特点

（1）阻垢（防止水垢生成）：管路中的水流通过智

能变频水处理器输出，缠绕在外管路工作线圈，产生

声频率范围的时变振荡感应电场，向水中产生一个与

水分子自然运动频率相同的变频电磁场。在变频电磁

场作用下，改变水中的盐性钙和水分子间的电价键，

使其离子化，组成稳定的非水垢物质，不结新垢。

（2）除垢（清除原有水垢）：水流通过与水分子自

然运动频率相同的变频电磁场。在变频电磁场作用

下，改变水中的盐性钙和水分子间的电价键，使其离

子化，水垢会逐渐形成霰石（aragonite）。经过水的冲

刷，便立即脱离管壁。

（3）智能变频水处理器安装简易，无需切割管道，

在管道上做工程，系统运行时可安装、调试设备，并

即可投入运行。水处理效果不受水流速限制, 有效作

用距离长。

（4）正常运行无检修，维护工作量小，安全运行

寿命周期 10~15 年。

（5）省去除垢剂、缓蚀剂、酸溶液清洗，节省人工

清洗除垢费用, 减少停产时间，正常运行无化学公害，

无需任何化学药剂使用。

（6）有很强的杀菌、灭藻、消除生物污泥的效果，

能起到防腐、阻锈延长设备使用寿命的作用。

据统计测算：正常运行可提高老旧供热锅炉、热

网加热交换设备 10%~40%以上的热传效率。该设备

运行费用支出是钠离子水处理设备的 1/460，是投放

化学药剂除垢费用的 1/240，是人工酸溶液清洗费用

的 1/60~120。实现真正意义上的节能减排、节能降耗

和绿色环保。

对有易燃、易爆场合应选用防爆系列。对露天安

第 4 期94· ·

装的应选用户外的防护系列。

6 实例分析

该公司变频水处理器的使用效果：2007 年 10 月

底，在某热电厂的小区供热站（第二代产品）安装电

子变频水处理器。该小区的水质最硬，最容易结垢。

2009 年 5 月份，热电厂工作人员打开板式换热器,检

查结垢情况，发现该小区的板换再没有硬垢出现，板

换拆除后，用自来水就可以轻松将板换冲洗干净，不

再需要化学清洗处理。由于在设备使用过程中，板换

上没有硬垢出现，供热站的供热效率得到了很大提

高，节省了化学除垢的各种费用。通过连续多年的运

行和观测，除垢效果良好。在没有安装水处理器以

前，板换上的硬垢厚度常大于 3mm（美国标准局测定

的水垢厚度与能耗的关系是 3mm 厚度的垢，就可造

成 20%的能源损耗）。安装变频水处理器后，提高供热

效率，节省除垢所需的人力和物力，延长了设备的寿

命。同时减少化学除垢对环境的污染（见图 1~ 图 4）。

图1 是某热电厂在未装变频水处理器时，在一个

供热周期后，从板式换热器上去除下来的硬垢结垢，垢

厚大于4mm，质地坚硬，导热性能很差。

图 2 是安装该公司的除垢仪后，在一个供热周期

完毕时拍摄的照片。从图 2 可以看出，板式换热板上

布满质地松软、附着力弱、轻易可除去的文石结晶。

图 3 是热电厂工作人员用清水冲洗板换的照片，

从图片可以看出，板换上的软泥状物质非常容易清

除，不需要化学处理，省时省力，绿色环保。

图4 是经过几分钟清洗后，清洗干净的板换图片。

使用变频水处理器后防止了硬垢的出现，提高

了板换的供热效率，免去了化学除垢的费用，减少了

化学除垢对板换的损坏，延长了设备的使用寿命，可

谓一举多得。

7 智能变频水处理器适用范围

（1）适应水源：如地表水、地下水、工业用水、江、

河、湖水、温泉水等。

（2）适应设备：各类工业、民用的冷却水系统、中

央空调冷却水、冷媒水系统、供暖水系统、洗浴水系

统、各种热交换系统、热水锅炉、垢质比较复杂的工

矿企业循环水系统、生活水系统、发电厂排灰系统、

热电厂冷却水系统、冷油水系统、电加热锅炉系统、

板式热交换系统等。

（3）适应单位：化工厂、油田、热力发电厂、轧钢

厂、石油炼油厂、造纸厂、纺织厂、玻璃厂、热处理厂、

制药厂、食品厂、饮料厂等。

（4）适应水质：总硬度≤1200mg/L（CaCO3 计）。

（5）适应垢质：CaCO3、MgCO3、CaSiO3、CaSO4 等。

（6）适用水温：≤95℃。

（7）适用水流：0.5~70000t/h。

李怀怡等：智能变频水处理器阻垢、除垢技术应用研究第 4 期

（a） （b）

（c）

图 1 未安装变频水处理器时在一个供热周期后的硬垢结垢

图 2 安装除垢仪后在一个供热周期完毕时的文石结晶

图 3 清水冲洗板换时的软泥状物质

（a） （b）

图 4 清洗干净后的板换

95· ·

8 结论

变频阻垢、除垢技术是一种先进的技术，但其推

广却受到诸多的限制，究其原因有以下几个方面：

（1）相关的实验手段还有待进一步发展和完善。

由于水的性质很复杂，实验手段和分析方法的欠缺，

导致实验结果的重复性差、误差大、可靠性低。

（2）变频阻垢、除垢技术的机理还没有真正认识，

基础理论的研究还滞后于应用研究。

（3）新技术没有被广大用户认识，阻碍了产品的

推广。

（4）一些劣质产品进入市场，造成较坏的市场影

响，阻碍产品的推广。

（5）缺乏相应的国家标准，各厂家的产品无法规

范管理，产品质量参差不齐。

（6）变频阻垢、除垢技术方法虽然有效果，但也

存在局限性，还必须利用其它方法来弥补不足，以提

高应用的成功性，扩大应用范围。

（7）目前因定量研究很少，如水溶液中成垢物质

的饱和度、离子的种类与浓度、pH、磁场强度、作用时

间、流速、温度等因素对防垢效率定量的影响，及相

互间的定量关系等很少报道。加强定量的基础研究，

建立和完善变频处理阻垢、防垢的理论模型是将来

发展的趋势之一。

磁除垢技术是一种物理技术，在环境保护和降

低生产成本等方面，具有其它方法不可比拟的优势，

已日益受到人们的重视。此技术目前处于试应用阶

段，理论依据相对还处于落后的局面，不过它在水处

理上的良好表现，促进各生产厂家投入更大的科研

力量。磁处理技术的应用价值，会不断被挖掘，会更

好地造福社会！

作者简介：李怀怡（1975-），工程师，2005年毕业于西安科技

大学机械学院机械电子工程专业，现供职于神华宁夏煤业集团有限责

任公司，主要从事机电管理工作。

Construction of Shenhua Electric Plate Energy-saving EnvironmentalBenchmarking Management system

DONG Kun1 CUI Liming2 LIU Qiusheng1 JING Changcai1 SUN Hao1

（1.Shenhua Guohua（Beijing）Electric Power Research Institute Co., Ltd, Beijing, 100025; 2.Shenhua Group Co., Ltd, Beijing, 100011）Abstract: In order to implement the "1025"National energy-saving emission reduction policies, and completion of energy-saving emission

reduction plan, promote energy-saving and environmental protection management level; reduce energy consumption, reduced emissions of

pollutants. Shenhua Group decided to set up energy-saving environmental benchmarking management system. It mainly introduced the origin,

development, characteristics, current situation, structures, construction, evaluation and application of Shenhua electric plate energy-saving

environmental benchmarking management.

Key Words: Energy Conservation; Environmental Protection; Emission Reduction; Benchmarking; System

（收稿日期：2013-01-04 责任编辑：马小军）

Research on Technology Application for Scale Inhibitor and Descalingof Intelligent Frequency Conversion Water Processor

LI Huaiyi WANG Jinhai（Shenhua Ningxia Coal Industry Group Co., Ltd, Y inchuan, Ningxia, 750001）

Abstract: Based on the working principle and site operation of variable frequency water processor, given the paradigm experience to scale

inhibitor and descaling of anti intelligent frequency conversion water processor, by comparing the domestic and foreign new technology of water

treatment, provide the optimization scheme of water treatment equipment for the user, it has practical guidance value.

Key Words: Limescale; Time-varying Electromagnetic Filed; Intelligent Frequency Conversion Water Processor

（收稿日期：2013-04-08 责任编辑：马小军）

（上接第 91页）

第 4 期96· ·