程衛(wèi)林(山西澤州天泰能源有限公司,山西 澤州048012)

1 前言

隨著煤炭開采強(qiáng)度的不斷增加,淺部煤炭資源逐漸枯竭,煤礦逐漸向深部開采過渡,開采過程中受到瓦斯影響更為凸顯[1]。巷道掘進(jìn)過程中有瓦斯、粉塵等有毒有害氣體溢出,通風(fēng)是降低上述有害氣體影響的一個(gè)重要途徑同時(shí)也為作業(yè)點(diǎn)工作人員提供新鮮空氣,局部通風(fēng)機(jī)能否可靠運(yùn)行直接關(guān)系到掘進(jìn)工作面能夠安全生產(chǎn)[2-3]。而供電質(zhì)量直接影響局部通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效果,提高局部通風(fēng)機(jī)供電質(zhì)量對確保風(fēng)機(jī)高效、持續(xù)運(yùn)行以及巷道掘進(jìn)安全具有重要意義[4]。因此,文中對井下局部通風(fēng)機(jī)供電可靠性進(jìn)行探討,以期為其他礦井局部通風(fēng)機(jī)供電方式改進(jìn)提供一定借鑒。

2 局部通風(fēng)機(jī)傳統(tǒng)供電方式分析

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》等規(guī)范對高瓦斯、突出礦井井下局部通風(fēng)機(jī)供電要求,井下布置的局部通風(fēng)機(jī)需要實(shí)現(xiàn)三專兩閉鎖,即為井下使用的局部通風(fēng)機(jī)應(yīng)用專用變壓器、專用開關(guān)以及專用電纜供電,從而提供局部通風(fēng)機(jī)供電質(zhì)量,具體的供電線路布置情況如圖1所示[5]。采用上述供電方式實(shí)現(xiàn)采、掘左右供電相對獨(dú)立,從而降低其他用電載荷對局部通風(fēng)機(jī)供電影響,但是在具體使用過程中仍存在下述問題[6-7]:①當(dāng)專用供電電纜出現(xiàn)故障時(shí)可能導(dǎo)致局部通風(fēng)機(jī)長時(shí)間停機(jī)運(yùn)行,從而使得掘進(jìn)工作面面長時(shí)間處于無風(fēng)狀態(tài);②局部通風(fēng)機(jī)自身出現(xiàn)故障故障時(shí)會導(dǎo)致掘進(jìn)工作面停風(fēng);③專用開關(guān)故障時(shí)會導(dǎo)致局部通風(fēng)機(jī)停機(jī)運(yùn)行致使掘進(jìn)工作面無風(fēng)。

圖1 傳統(tǒng)局部通風(fēng)機(jī)供電線路示意圖

巷道掘進(jìn)工作面出現(xiàn)瓦斯超限事故與局部通風(fēng)機(jī)無計(jì)劃停電、違章作業(yè)、通風(fēng)管理不善等因素有關(guān),其中由于無計(jì)劃停電導(dǎo)致的掘進(jìn)工作面瓦斯超限占比高達(dá)65%以上。根據(jù)礦井供電記錄顯示,從2015年8月至2017年4月,礦井掘進(jìn)工作面共發(fā)生無計(jì)劃停風(fēng)事件5 起,均導(dǎo)致掘進(jìn)工作面瓦斯超限,但未造成人員傷亡,其中有2 起是由于供電電纜受潮導(dǎo)致跳閘斷電,2 起是由于掘進(jìn)通風(fēng)機(jī)故障,1 起是由于供電開關(guān)出現(xiàn)故障。因此,針對礦井局部通風(fēng)機(jī)供電系統(tǒng)存在問題,有針對性的進(jìn)行改進(jìn)對提升巷道掘進(jìn)安全具有重要意義。

3 局部通風(fēng)機(jī)供電可靠性保障措施

3.1 局部通風(fēng)機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)三專供電

針對上文提出的局部通風(fēng)機(jī)故障問題,基于可靠性理論在井下掘進(jìn)工作面增設(shè)一臺備用局部通風(fēng)機(jī),供電電源仍采用局部通風(fēng)機(jī)原有的供電電源,原有的局部通風(fēng)機(jī)作為主通風(fēng)機(jī)為掘進(jìn)工作面供風(fēng),當(dāng)主通風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)備用局部通風(fēng)機(jī)可快速啟動,具體供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。具體局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式為[8-9]:主局部通風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn),備用局部通風(fēng)機(jī)處于熱備用狀態(tài),當(dāng)主局部通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障或者自身供電出現(xiàn)問題停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),備用局部通風(fēng)機(jī)立即啟動并切斷主局部通風(fēng)機(jī)供電。

采用上述方法雖然可以避免局部通風(fēng)機(jī)專用開關(guān)、自身故障導(dǎo)致的風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)問題,提高局部通風(fēng)可靠性,但是無法做到井下供電系統(tǒng)越級跳閘導(dǎo)致的局部通風(fēng)機(jī)停機(jī)問題,在局部通風(fēng)機(jī)供電方面可靠性方面仍有一定的欠缺。

3.2 并聯(lián)系統(tǒng)三專供電存在問題分析

圖2 局部通風(fēng)機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)三專供電線路示意圖

采用雙風(fēng)機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)三專供電雖然可在一定程度上提升局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行可靠性,但是仍存在上級供電電源開關(guān)誤動作導(dǎo)致局部通風(fēng)機(jī)供電中斷問題,從而造成局部通風(fēng)機(jī)停機(jī)運(yùn)行。出現(xiàn)上述問題主要原因是:①井下變電所采用的高壓開關(guān)均進(jìn)行改造,尚未對短路保護(hù)進(jìn)行重新整定,從而導(dǎo)致供電線路中出現(xiàn)較大短路電流時(shí)上、下級供電保護(hù)開關(guān)同時(shí)動作,出現(xiàn)供電系統(tǒng)越級跳閘問題;②專用電壓器以及作業(yè)面電源均為采區(qū)變電所供電,當(dāng)采區(qū)用電裝置或者供電裝置出現(xiàn)故障導(dǎo)致越級跳閘時(shí)整個(gè)采區(qū)供電會中斷,從而導(dǎo)致局部通風(fēng)機(jī)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn);③井下供電開關(guān)長期處于高濕度、高粉塵、高溫環(huán)境中,開關(guān)的機(jī)械靈敏度隨著時(shí)間推移會有所降低,開關(guān)跳閘時(shí)間延長,從而致使地面6kV 供電分路跳閘時(shí)間短于井下開關(guān)跳閘時(shí)間,導(dǎo)致供電系統(tǒng)出現(xiàn)越級跳閘。

4 局部通風(fēng)機(jī)三專供電改進(jìn)

4.1 改進(jìn)方案

為了最大程度提高井下掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)供電可靠性,降低無計(jì)劃停電導(dǎo)致局部通風(fēng)機(jī)停機(jī)導(dǎo)致的安全問題,對礦井局部通風(fēng)機(jī)原有的三專供電技術(shù)方案進(jìn)行改造,具體改進(jìn)方案:將從地面6kV開關(guān)柜引一條供電回路至中央變電所后為局部通風(fēng)機(jī)供電,形成專用供電線路;同時(shí)井下各高功率設(shè)備不能與主局部通風(fēng)機(jī)供電電源連接,從而降低主局部通風(fēng)機(jī)供電載荷,使得主局部通風(fēng)機(jī)供電系統(tǒng)故障發(fā)生率顯著降低,且避免井下高功率設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的諧波對主局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行帶來的不利影響;備用局部通風(fēng)機(jī)同樣采用三專供電方式,供電電源為井下中央變電所,同時(shí)供電線路中不得連接其他用電載荷。具體改進(jìn)后的局部通風(fēng)機(jī)供電線路如圖3所示。

圖3 改進(jìn)后的局部通風(fēng)機(jī)供電線路

4.2 變頻器控制局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行

局部通風(fēng)機(jī)采用雙電源、雙風(fēng)機(jī)供電方式,變頻調(diào)速開關(guān)依靠變頻調(diào)速器于主、備局部通風(fēng)機(jī)連接,當(dāng)主局部通風(fēng)出現(xiàn)故障時(shí)自動切換至備局部通風(fēng)機(jī),實(shí)現(xiàn)主、備局部通風(fēng)機(jī)自動切換,避免掘進(jìn)工作面出現(xiàn)停風(fēng)故障。其優(yōu)點(diǎn)為:①可以根據(jù)掘進(jìn)工作面需風(fēng)量對局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整,從而在滿足安全前提下降低局部通風(fēng)機(jī)能耗;②采用變頻控制方式實(shí)現(xiàn)局部通風(fēng)機(jī)軟啟動,降低啟動時(shí)對供電線路影響;③通過變頻器即可實(shí)現(xiàn)對局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)量的線性調(diào)節(jié),當(dāng)掘機(jī)工作面需風(fēng)量較小時(shí),不需更換風(fēng)機(jī)即可降低風(fēng)量,節(jié)省費(fèi)用并降低風(fēng)機(jī)更換時(shí)間及工作量。

5 結(jié)論

礦井井下局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行可靠性直接關(guān)系到巷道掘進(jìn)安全,提高局部通風(fēng)機(jī)供電可靠性可在一定程度上避免局部通風(fēng)機(jī)無計(jì)劃停電情況發(fā)生。根據(jù)礦井供電系統(tǒng)實(shí)際情況,選用合理的局部通風(fēng)機(jī)供電方式并輔助采用合理的安全管理措施,才能提升局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行可靠性。因此,文中以山西某礦為具體實(shí)例,針對掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)供電中存在問題,提出針對性的改進(jìn)措施,從而顯著提升局部通風(fēng)機(jī)供電可靠性,為巷道高效、安全掘進(jìn)提供了可靠性支撐。