崔國宏

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)，山西 太原 030006）

宏遠(yuǎn)煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)為中央并列式(后期為中央分列式)機(jī)械抽出式，礦井絕對瓦斯涌出量247.43 m3/min，相對瓦斯涌出量97.98m3/t，為高瓦斯礦井。主要開采15號煤，開拓膠帶下山、軌道下山、排矸大巷、總回風(fēng)四條大巷，錨網(wǎng)噴支護(hù)；掘進(jìn)方法為掘進(jìn)機(jī)作業(yè)，初期局部通風(fēng)機(jī)采用FBD№6.0型2×30 kW風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)“雙風(fēng)機(jī)、雙電源、自動切換”，礦井為雙電源（一趟為農(nóng)電、一趟為動力電源），由于礦井整合后的能力提升，上級變電站動力不足，風(fēng)機(jī)供電與掘進(jìn)生產(chǎn)供電來自采區(qū)同一變壓器，有的甚至是同一線路，使其最大的弊端就是風(fēng)機(jī)本身出現(xiàn)故障或其線路出現(xiàn)故障后，雙電源經(jīng)常發(fā)生無計(jì)劃停電現(xiàn)象，導(dǎo)致井下掘進(jìn)工作面停風(fēng)，造成瓦斯超限。2011年4月，宏遠(yuǎn)煤礦在150102運(yùn)輸順槽掘進(jìn)工作面實(shí)施“4321”局部通風(fēng)改造措施，這對避免瓦斯超限、減少無計(jì)劃停風(fēng)、防止重大事故具有重大意義。

1 “4321”局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行模式

為了保證掘進(jìn)期間通風(fēng)系統(tǒng)的合理安全、有效杜絕掘進(jìn)工作面的無計(jì)劃停風(fēng)，推行了局部通風(fēng)機(jī)“4321”運(yùn)行模式：使用4臺2×15kW的局部通風(fēng)機(jī)（兩兩互為備用），使用3趟電源，兩趟地面專控，一趟動力電源。每組局部通風(fēng)機(jī)接一趟動力一趟專供，兩趟風(fēng)筒同時向一個工作面供風(fēng)，并配備一個專職風(fēng)機(jī)管理員。宏遠(yuǎn)煤礦根據(jù)掘進(jìn)通風(fēng)巷道計(jì)算風(fēng)量滿足300～550 m3/min，配備FBD№6.0型 2×30kW風(fēng)機(jī)，風(fēng)量 420～560 m3/min，風(fēng)筒直徑800mm；配備FBD№6.0型2×15 kW風(fēng)機(jī)，風(fēng)量260～360 m3/min，風(fēng)筒直徑600 mm，并裝變頻開關(guān)，風(fēng)筒接頭全部使用快速接頭，有效減少風(fēng)筒接頭漏風(fēng)。4321局部通風(fēng)系統(tǒng)簡圖，見圖1。

圖1 4321局部通風(fēng)系統(tǒng)簡圖

2 “4321”局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行試驗(yàn)及效果分析

2.1 國內(nèi)的同類技術(shù)

國內(nèi)雙風(fēng)機(jī)雙電源主要情況如下：

1）當(dāng)工作的局部通風(fēng)機(jī)故障性停風(fēng)時，備用局部通風(fēng)機(jī)自動切換工作的局部通風(fēng)機(jī)；故障解除時，備用局部通風(fēng)機(jī)停止工作，工作的局部通風(fēng)機(jī)重新啟動。

2）當(dāng)雙回路全部停電時，主風(fēng)機(jī)和備用風(fēng)機(jī)均不能啟動，必須人工啟動。

3）系統(tǒng)的組成：使用QBZ-80開關(guān)2臺，分別控制工作局部通風(fēng)機(jī)和備用局部通風(fēng)機(jī)。

4）雙風(fēng)機(jī)為兩組同等功率的對旋式風(fēng)機(jī)組成，正常時主風(fēng)機(jī)運(yùn)行，風(fēng)電閉鎖、瓦斯電閉鎖接入工作的局部通風(fēng)機(jī)開關(guān)。

5）工作局部通風(fēng)機(jī)、備用局部通風(fēng)機(jī)電源，分別來自采區(qū)變電所不同變壓器，主扇因故停電時，備用風(fēng)機(jī)自動投入運(yùn)行，確保掘進(jìn)頭通風(fēng)連續(xù)[4-6]。

2.2 局部通風(fēng)機(jī)“4321”對比傳統(tǒng)雙風(fēng)機(jī)雙電源的優(yōu)點(diǎn)

1）單風(fēng)筒供風(fēng)風(fēng)筒脫節(jié)或破損后容易造成工作面瓦斯超限，雙風(fēng)筒可解決此問題。

2）局部通風(fēng)機(jī)“4321”改造，是將一臺QBZ-80開關(guān)更換為變頻開關(guān)，可以更好地合理控制風(fēng)量。變頻開關(guān)可由1～50Hz之間調(diào)整，實(shí)現(xiàn)智能排放瓦斯，可避免使用風(fēng)筒三通造成漏風(fēng)或風(fēng)流短路的現(xiàn)象。

3）使用三電源可有效避免“雙風(fēng)機(jī)、雙電源”的頂閘事故。

2.3 變頻技術(shù)的情況簡介

1）電機(jī)變頻調(diào)速的控制原理。目前，我國使用的變頻器，普遍采用交流-直流-交流的模式進(jìn)行電機(jī)變頻調(diào)速，它由濾波器、整流器、控制器、保護(hù)電路、驅(qū)動電路等組成。圖2是PWM型交-直-交變頻器原理框圖。電機(jī)變頻調(diào)速中，電壓型變頻調(diào)速器使用最廣泛，由整流器、濾波系統(tǒng)、逆變器組成。其工作時，先將三相交流電經(jīng)橋式整流為直流電。脈動的直流電壓經(jīng)平滑濾波后在微處理器的調(diào)控下，采用逆變器將直流電再逆變?yōu)殡妷汉皖l率可調(diào)的三相交流電源，輸出到需要調(diào)速的電動機(jī)上。電機(jī)轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，通過變頻器調(diào)整電源頻率從而調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。

2）電機(jī)變頻器的功能特點(diǎn)：①變頻調(diào)速控制系統(tǒng)采用交-直-交變頻模式，可以快速、實(shí)時、無間斷地實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)控，使用方便、節(jié)約能源、節(jié)電率達(dá)20%～50%。②電機(jī)變頻器體積小，自動化程度高，操作方便省力，降低了工作人員的勞動強(qiáng)度。③變頻器既可設(shè)定參數(shù)自動調(diào)節(jié)變頻器運(yùn)行頻率，也可手動調(diào)節(jié)原有設(shè)備和工作模式，使變頻器處于所需工作狀態(tài)之中。當(dāng)變頻系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，變頻器可在幾秒鐘內(nèi)自動切換到手動控制狀態(tài)，安全可靠，危險(xiǎn)系數(shù)低。④電機(jī)可由變頻器控制實(shí)現(xiàn)軟啟軟停，避免了工頻啟動對電網(wǎng)和電機(jī)的沖擊，降低設(shè)備損耗，延長使用壽命。⑤系統(tǒng)不僅有完善的電氣安全保護(hù)及電機(jī)故障自跨越功能，并把異常狀態(tài)內(nèi)容存儲起來，以便檢修分析；而且有多種保護(hù)和報(bào)警功能，能對過壓、欠壓、過流、過載、變頻器故障等非正常情況發(fā)出報(bào)警信號，有利于施工人員及時察覺，降低事故率[7-8]。

圖2 PWM型交-直-交變頻器原理框圖

2.4 局部通風(fēng)機(jī)試驗(yàn)效果

2012年4月，在150102運(yùn)輸順槽工作面實(shí)施了“4321”局部通風(fēng)機(jī)改造，一季度共停風(fēng)2次，二季度以來未發(fā)生停風(fēng)，有效杜絕了工作面無計(jì)劃停電停風(fēng)。

3 結(jié)束語

采用“4321”局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行模式，2臺2×15 kW風(fēng)機(jī)與一臺2×30kW風(fēng)機(jī)功率相同，配備變頻調(diào)速開關(guān)后更能節(jié)能；一臺風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時，工作面只要停止掘進(jìn)，就不會造成瓦斯超限，而且風(fēng)機(jī)功率變小，使用直徑600 mm的風(fēng)筒；方便工人拆接風(fēng)筒，減小了工人的勞動強(qiáng)度。這種運(yùn)行模式能夠有效降低高瓦斯礦井基建期間煤巷掘進(jìn)工作面的無計(jì)劃停風(fēng)和瓦斯超限事故的發(fā)生，這對新建高瓦斯礦井的煤巷掘進(jìn)局部通風(fēng)具有很好借鑒意義。

[1]周福寶,王德明,陳開巖.礦井通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2008.

[2]張鐵崗,周福寶,陳重新.高產(chǎn)高效礦井智能局部通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的研制[J].西北煤炭,2008,6(3):3-6.

[3]商坤,王建軍.變頻調(diào)速在煤礦礦井通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用[J].煤炭安全,2006,7(4):16-20.

[4]況世華,何麗華.礦用通風(fēng)機(jī)發(fā)展概述[J].云南冶金，2008(12):3-7.