摘 要 文章分析了礦井掘進(jìn)巷道瓦斯涌出的來源和掘進(jìn)過程中傳統(tǒng)局部通風(fēng)機(jī)由于不能方便的調(diào)整風(fēng)壓所帶來的局部通風(fēng)問題，提出了基于瓦斯?jié)舛刃蛄兄档牡V井局部通風(fēng)機(jī)變頻控制的方法。提出了一種利用瓦斯?jié)舛妊矙z序列差值變化來判斷生產(chǎn)工序是否發(fā)生變化的方法，并針對(duì)不同的生產(chǎn)工序分別提出了相應(yīng)的局部通風(fēng)機(jī)變頻控制的方法。針對(duì)非掘進(jìn)工序，提出了利用瓦斯?jié)舛妊矙z絕對(duì)值來控制風(fēng)機(jī)變頻等級(jí)的方法；針對(duì)掘進(jìn)工序，提出了利用瓦斯巡檢濃度值變化來控制風(fēng)機(jī)變頻等級(jí)的方法，結(jié)合現(xiàn)場瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，認(rèn)為該方法有一定的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞 瓦斯?jié)舛?；局部通風(fēng)機(jī)；變頻；生產(chǎn)工序；掘進(jìn)巷道

中圖分類號(hào)：TD724 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）14-0049-02

礦井通風(fēng)是為了保障煤礦安全生產(chǎn)而對(duì)由巷道和工作面等構(gòu)成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供新鮮風(fēng)流所采取的全部措施的總稱，而在整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)中，通風(fēng)機(jī)的地位又是舉足輕重的[1]。在一般生產(chǎn)礦井，通風(fēng)機(jī)按照服務(wù)范圍又可以分為三種，分別是主要通風(fēng)機(jī)，輔助通風(fēng)機(jī)和局部通風(fēng)機(jī)。局部通風(fēng)機(jī)主要服務(wù)于獨(dú)頭掘進(jìn)井巷等局部地區(qū)[2]。獨(dú)頭掘進(jìn)井巷隨著掘進(jìn)的延伸，風(fēng)阻也會(huì)變的越來越大，根據(jù)通風(fēng)阻力的特征方程，所需局部通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓也會(huì)越來越大[3]。傳統(tǒng)的局部通風(fēng)機(jī)控制只有開停兩種狀態(tài)，在掘進(jìn)較長巷道的過程中風(fēng)機(jī)的選取往往比較繁瑣。選擇風(fēng)壓較大的風(fēng)機(jī)，在剛開始掘進(jìn)時(shí)阻力較小，風(fēng)速太大，往往造成過大的粉塵甚至形成了超過規(guī)程規(guī)定的最大風(fēng)速值，而且也會(huì)有比較大的電能浪費(fèi)。選擇風(fēng)壓較小的局部通風(fēng)機(jī)，期初較短巷道的掘進(jìn)過程中各方面都滿足，但是隨著掘進(jìn)的延伸，風(fēng)量往往就不夠用，容易造成瓦斯超限、溫度過高等問題，就不得不更換風(fēng)機(jī)，給正常的掘進(jìn)生產(chǎn)帶來了比較大的麻煩。為了解決這一問題，風(fēng)機(jī)變頻控制就成為非常重要的問題。為了能對(duì)風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行較好的控制，本文提出了一種風(fēng)機(jī)變頻控制的方法。

1 基于瓦斯?jié)舛戎档目刂品椒?/p>

局部通風(fēng)機(jī)的主要目的就是將巷道掘進(jìn)過程中所釋放的瓦斯隨著風(fēng)流安全的排出。為了保證安全生產(chǎn)，《煤礦安全規(guī)程》詳細(xì)規(guī)定了井下各巷道中風(fēng)流速度需符合的要求[4]，規(guī)程規(guī)定對(duì)于采煤工作面、掘進(jìn)中的煤巷和半煤巖巷允許風(fēng)速為0.25 m/s-4.0 m/s，對(duì)于掘進(jìn)中的巖巷允許風(fēng)速0.15 m/s-4.0 m/s，規(guī)定了瓦斯?jié)舛戎挡荒艹^1.0%。根據(jù)掘進(jìn)巷道瓦斯涌出量的大小就可以很容易和準(zhǔn)確調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率。在調(diào)節(jié)過程中，當(dāng)掘進(jìn)巷道風(fēng)速不小于規(guī)定的最低風(fēng)速時(shí)，從控制粉塵和節(jié)能兩方面考慮，就需要給定合適的風(fēng)量值。建立以瓦斯?jié)舛葹橹鞯目刂品椒ㄈ缦拢僭O(shè)變頻風(fēng)機(jī)控制油5個(gè)等級(jí)，1級(jí)代表頻率最低風(fēng)壓最小，5級(jí)代表頻率最大，風(fēng)壓最大，其他等級(jí)從1到5遞增。C代表瓦斯?jié)舛?，調(diào)節(jié)方法如下：1）當(dāng)C（k）<0.2%時(shí)，變頻控制等級(jí)1級(jí)；2）當(dāng)0.2%

在控制過程中需要特別指出的是，巷道的實(shí)時(shí)風(fēng)速值不得小于最小規(guī)定風(fēng)速值，否則控制等級(jí)加一級(jí)。

2 基于瓦斯?jié)舛戎底兓目刂品椒?/p>

通過瓦斯?jié)舛戎祦砜刂骑L(fēng)機(jī)的變頻等級(jí)能夠在一定程度上對(duì)掘進(jìn)巷道的通風(fēng)狀況進(jìn)行調(diào)整和控制，但是這種控制方法會(huì)有一定的滯后性，對(duì)瓦斯涌出狀況卻收預(yù)判。所以要克服這種控制的滯后性，就需要對(duì)掘進(jìn)巷道的瓦斯涌出進(jìn)行預(yù)判和分析。掘進(jìn)巷道的瓦斯涌出主要由四部分組成[5]，分別是：1）暴露的巷道四周煤避的瓦斯涌出；2）掘進(jìn)過程新暴露巷道煤壁的瓦斯涌出；3）掘進(jìn)過程落煤的瓦斯涌出；4）掘進(jìn)新暴露掘進(jìn)頭的瓦斯涌出。四部分瓦斯涌出主要分為兩種類型，一種類型是突變型瓦斯涌出，主要是掘進(jìn)落煤的瓦斯涌出；另一種類型是緩變型瓦斯涌出，瓦斯涌出量變化緩慢且連續(xù)，主要包括煤壁的瓦斯涌出以及掘進(jìn)頭的瓦斯涌出[6]。

對(duì)于緩變量類型的瓦斯涌出的排放通過瓦斯?jié)舛戎祦碚{(diào)節(jié)變頻風(fēng)機(jī)等級(jí)是適用的，但對(duì)于突變量瓦斯涌出，由于瓦斯突然大量涌出，當(dāng)檢測到瓦斯?jié)舛茸兇髸r(shí)在進(jìn)行變頻等級(jí)調(diào)節(jié)往往已經(jīng)來不及了，甚至很快就會(huì)瓦斯超限。所以對(duì)突變量瓦斯涌出的排放，變頻風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)就需要提早預(yù)判。突變往往是由于生產(chǎn)工序的變化，可以通過快速分析瓦斯?jié)舛鹊牟▌?dòng)，關(guān)鍵是在極早期準(zhǔn)確區(qū)分由于生產(chǎn)工序或者其他原因造成瓦斯突然的大量涌出，從而提前對(duì)風(fēng)機(jī)變頻等級(jí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

為了更好地對(duì)掘進(jìn)工作面瓦斯?jié)舛茸兓巴咚褂砍鲞M(jìn)行分析，選取某掘進(jìn)工作面瓦斯?jié)舛刃蛄腥鐖D1所示。

由圖可以看出，在區(qū)間1+區(qū)間2+區(qū)間3為瓦斯涌出量突然變化的時(shí)間段，其他序列時(shí)間段為瓦斯涌出緩變量區(qū)段。如果整個(gè)序列按照瓦斯?jié)舛戎嫡{(diào)節(jié)局部通風(fēng)機(jī)必然會(huì)導(dǎo)致濃度的突然增大，甚至瓦斯超限。所以當(dāng)生產(chǎn)工序發(fā)生變化的時(shí)候，造成瓦斯突然大量涌出，局部通風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)就不能夠再通過監(jiān)測到的瓦斯?jié)舛戎颠M(jìn)行調(diào)節(jié)。

當(dāng)生產(chǎn)工序處在非掘進(jìn)工序的時(shí)候，按照上一節(jié)提出的基于瓦斯?jié)舛戎悼刂频姆椒ㄟM(jìn)行控制。當(dāng)監(jiān)測到當(dāng)前進(jìn)入掘進(jìn)工序的時(shí)候，為了將突然的瓦斯涌出迅速排出，應(yīng)該盡可能加大局部通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓，同時(shí)又要保障掘進(jìn)巷道風(fēng)速不得超過《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的最大風(fēng)速4.0 m/s。具體調(diào)節(jié)步驟如下：1）根據(jù)掘進(jìn)巷道風(fēng)速確定當(dāng)前的變頻等級(jí)H，H在1-5級(jí)之間，H級(jí)應(yīng)該滿足在巷道風(fēng)速不超過最大允許風(fēng)速的情況下盡可能大；2）根據(jù)當(dāng)前瓦斯?jié)舛?，判定是否降低變頻等級(jí)，當(dāng)0.6%

需要特別注意的是，在調(diào)節(jié)過程中任何時(shí)刻的巷道風(fēng)速不得小于規(guī)程規(guī)定的掘進(jìn)巷道最小允許風(fēng)速。

3 局部通風(fēng)機(jī)變頻控制方法的驗(yàn)證

對(duì)圖1所示的某掘進(jìn)工作面瓦斯?jié)舛刃蛄羞M(jìn)行分析，非掘進(jìn)工序包括巡檢周期1-260、320-460、500-600以及645-800四段區(qū)間，瓦斯?jié)舛戎刀荚?.2%-0.4%之間，按照瓦斯?jié)舛戎荡笮砜刂?，變頻風(fēng)機(jī)應(yīng)該處于2級(jí)。

對(duì)于掘進(jìn)工序，包括巡檢260-320、460-500以及600-645三段區(qū)間，按照瓦斯?jié)舛戎底兓目刂品椒ǚ謩e控制如下：區(qū)間1第260次巡檢到320次巡檢之間，第262次巡檢時(shí)監(jiān)測到進(jìn)入掘進(jìn)工序，迅速提高風(fēng)機(jī)變頻等級(jí)，同時(shí)為了控制風(fēng)速不大于4.0 m/s，變頻等級(jí)迅速調(diào)整為4級(jí)。由于變頻等級(jí)較高，風(fēng)量變大，瓦斯?jié)舛炔]有隨著瓦斯涌出量的增加迅速增大，濃度值上升并不明顯。監(jiān)測瓦斯?jié)舛刃∮?.6%，變頻等級(jí)降低到三級(jí)，由于瓦斯?jié)舛戎堤幵?.4%以上，所以必須保持3級(jí)變頻持續(xù)運(yùn)行。第322次巡檢發(fā)現(xiàn)進(jìn)入非掘進(jìn)工序，瓦斯?jié)舛冉档偷?.4以后，變頻等級(jí)調(diào)制2級(jí)，持續(xù)運(yùn)行。圖1所示瓦斯?jié)舛刃蛄惺窃谶B續(xù)掘進(jìn)中取得的，所以區(qū)間2460-500次巡檢以及區(qū)間3600-645次巡檢的控制和調(diào)節(jié)過程基本是一致的。

4 結(jié)束語

本文從掘進(jìn)巷道在掘進(jìn)過程中對(duì)局部通風(fēng)機(jī)需求入手，提出了變頻風(fēng)機(jī)控制模型和方法，并結(jié)合現(xiàn)場數(shù)據(jù)驗(yàn)證了礦井局部通風(fēng)機(jī)變頻控制在不同生產(chǎn)工序下進(jìn)行了驗(yàn)證。

通過對(duì)礦井掘進(jìn)巷道瓦斯涌來源分析和安全監(jiān)控系統(tǒng)瓦斯監(jiān)測方式的分析，針對(duì)不同的生產(chǎn)工序分別提出了相應(yīng)的局部通風(fēng)機(jī)變頻控制的方法。針對(duì)非掘進(jìn)工序，提出了利用瓦斯?jié)舛妊矙z絕對(duì)值來控制風(fēng)機(jī)變頻等級(jí)的方法；針對(duì)掘進(jìn)工序，提出了利用瓦斯巡檢濃度值變化來控制風(fēng)機(jī)變頻等級(jí)的方法。

文章給了出一種利用瓦斯?jié)舛妊矙z序列差值變化來判斷生產(chǎn)工序是否發(fā)生變化的方法，提出通過對(duì)歷史掘進(jìn)工序瓦斯?jié)舛茸兓姆治鼋o定當(dāng)前工序是否發(fā)生變化的經(jīng)驗(yàn)值。通過對(duì)生產(chǎn)工序變化的合理識(shí)別，使得變頻控制方法在實(shí)際應(yīng)用起來更加可靠有效，并結(jié)合現(xiàn)場瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，認(rèn)為該方法有一定的實(shí)用性。

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作者簡介

王勇（1979-），男，江蘇常州人，工程師，2002年畢業(yè)于揚(yáng)州大學(xué)電子與信息科學(xué)系自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)主要從事橫向科研推廣工作。endprint