王文英

（華北重型裝備制造有限公司，河北邯鄲 056200）

0 引言

我國(guó)煤礦每年都因瓦斯煤塵爆炸、火災(zāi)、透水、頂板冒落、煤與瓦斯突出、沖擊地壓、中毒、窒息等多種災(zāi)害事故造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。調(diào)查表明其中約70%煤礦特別重大事故是由瓦斯爆炸引起的，因此保持礦井通風(fēng)對(duì)防止瓦斯超限、減少瓦斯事故、改善煤礦生產(chǎn)安全狀況具有重要意義。

1 礦井用局部通風(fēng)機(jī)

為了確保煤礦井下安全高效生產(chǎn)，局部通風(fēng)機(jī)是保證礦井通風(fēng)的關(guān)鍵設(shè)備，安置通風(fēng)設(shè)備的根本目的就是為了提高生產(chǎn)的安全性能?，F(xiàn)有的局部通風(fēng)機(jī)主要使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，一旦電力中斷勢(shì)必影響到生產(chǎn)安全及人員安全，這就要求供電系統(tǒng)除了要向負(fù)載提供高質(zhì)量的電源外，還要保證供電的連續(xù)性。

目前大多數(shù)應(yīng)急電源還不能實(shí)現(xiàn)超大功率的供電要求，傳統(tǒng)方案通常用鉛酸低壓蓄電池組的應(yīng)急電源（EPS），而鉛酸蓄電池在充電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氫，當(dāng)氫濃度達(dá)到4%就可能引起爆炸，因而大容量鉛酸蓄電池難以做成隔爆型，不能滿足煤礦井下供電要求，并且成本高。

作為掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)停電時(shí)的應(yīng)急供風(fēng)系統(tǒng)，氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的局部通風(fēng)機(jī)的研制，以礦井現(xiàn)有的壓縮空氣為動(dòng)力源，使用電動(dòng)局部通風(fēng)機(jī)改造而成。在整機(jī)外形尺寸不變、功效相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)上，增加了PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)開停的功能，能保證在有瓦斯氣體、油氣等易燃易爆的環(huán)境下使用，是現(xiàn)有局部通風(fēng)系統(tǒng)可靠的補(bǔ)充措施。

2 總體方案設(shè)計(jì)及工作原理

作為井下通風(fēng)的應(yīng)急風(fēng)機(jī)，氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的局部通風(fēng)機(jī)由集風(fēng)器、葉輪、機(jī)殼、氣動(dòng)馬達(dá)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等部件組成。氣動(dòng)馬達(dá)為齒輪馬達(dá)，壓氣由管道供給，用膠管和氣動(dòng)馬達(dá)進(jìn)氣口聯(lián)接，氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的局部通風(fēng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)單、維修方便、安全性能好等特點(diǎn)，能保證在有瓦斯氣體、油氣等易燃易爆的環(huán)境下使用。風(fēng)機(jī)采用對(duì)旋結(jié)構(gòu)，基于PLC自動(dòng)控制，能夠在主、備風(fēng)機(jī)掉電的情況下，自動(dòng)切換至氣動(dòng)馬達(dá)風(fēng)機(jī)供風(fēng)，內(nèi)置不間斷電源（UPS），穩(wěn)定供風(fēng)2 h以上。安裝有7寸工業(yè)控制顯示屏，可直觀觀察風(fēng)機(jī)啟停狀態(tài)。

2.1 通風(fēng)機(jī)改造

使用現(xiàn)有電動(dòng)局部通風(fēng)機(jī)改造，將電機(jī)拆下，更換為氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 改造通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)

2.2 控制系統(tǒng)工作原理

2.2.1 氣動(dòng)控制原理設(shè)計(jì)

動(dòng)力源使用礦井原有壓縮空氣管道供氣：①壓縮空氣通過(guò)截流閥控制風(fēng)量大小及通斷，從而控制氣動(dòng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與風(fēng)壓；②經(jīng)三通分為兩路進(jìn)入氣動(dòng)三聯(lián)閥，實(shí)現(xiàn)空氣干燥和油水分離；③通過(guò)高壓膠管將氣體送至PLC箱內(nèi)電磁氣動(dòng)閥（下文簡(jiǎn)稱電磁閥），由隔爆控制箱中的PLC控制模塊依據(jù)主管路風(fēng)壓情況控制氣動(dòng)電磁閥驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)馬達(dá)開停，局部通風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)送風(fēng)作業(yè)。管路連接示意如圖2所示。

圖2 管路連接

2.2.2 PLC控制模塊的設(shè)計(jì)

使用2個(gè)風(fēng)量開關(guān)監(jiān)測(cè)礦井主風(fēng)道內(nèi)有無(wú)來(lái)風(fēng)。當(dāng)主風(fēng)道無(wú)風(fēng)時(shí)，任一風(fēng)量開關(guān)啟動(dòng)，就發(fā)送12 V開關(guān)量信號(hào)給PLC控制模塊?？刂颇K得到信號(hào)后，經(jīng)延時(shí)（延時(shí)時(shí)間可設(shè)置）輸出信號(hào)給氣動(dòng)電磁閥，電磁閥得電使氣閥打開，氣動(dòng)馬達(dá)獲得氣源開始工作，局部通風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)供風(fēng)。

當(dāng)?shù)V井主風(fēng)機(jī)恢復(fù)工作后，主風(fēng)道有風(fēng)。當(dāng)兩個(gè)風(fēng)量開關(guān)同時(shí)檢測(cè)到風(fēng)道有風(fēng)時(shí)，PLC控制模塊得到有風(fēng)信號(hào)，控制電磁閥斷電，氣道關(guān)閉，局部通風(fēng)機(jī)停止工作。控制系統(tǒng)增加了啟動(dòng)/停止按鈕，用以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制局部通風(fēng)機(jī)啟停，方便臨時(shí)作業(yè)，如圖3所示。

圖3 控制系統(tǒng)

2.3 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)及選型

2.3.1 氣動(dòng)馬達(dá)的選型。

以2×15 kW對(duì)旋式局部通風(fēng)機(jī)為例。根據(jù)電動(dòng)局部通風(fēng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)、功效、重量、連接方式等，經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算選用2臺(tái)AMC16齒輪式氣動(dòng)馬達(dá)，外形結(jié)構(gòu)如圖4所示。該馬達(dá)可通過(guò)控制風(fēng)量來(lái)控制轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓控制，主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 風(fēng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

圖4 齒輪式氣動(dòng)馬達(dá)

該馬達(dá)的優(yōu)點(diǎn)有：①可以無(wú)級(jí)調(diào)速，通過(guò)調(diào)節(jié)壓力或進(jìn)氣量，可以實(shí)轉(zhuǎn)速和功率調(diào)節(jié)；②能夠正轉(zhuǎn)使用也能反轉(zhuǎn)使用，可以實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)換向且換向時(shí)沖擊很??；③不受振動(dòng)、高溫、電磁等影響，可在易爆、潮濕、粉塵等條件下正常工作；④有過(guò)載保護(hù)作用，不會(huì)因過(guò)載而發(fā)生故障；⑤具有較高的啟動(dòng)力矩，可以直接帶負(fù)載啟動(dòng)，啟動(dòng)、停止均迅速；⑥功率范圍及轉(zhuǎn)速范圍較寬；⑦操縱方便，維護(hù)檢修較容易。

2.3.2 氣動(dòng)元件的設(shè)計(jì)

氣動(dòng)三聯(lián)閥（過(guò)濾器、減壓閥、油霧器）安裝在專用防護(hù)箱內(nèi)。兩路氣動(dòng)三聯(lián)閥的設(shè)計(jì)，便于實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)各自單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)或一起運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)隔爆防護(hù)箱安裝氣動(dòng)電磁閥、壓力變送器及PLC控制系統(tǒng)，箱體上布置可視化窗口隨時(shí)監(jiān)測(cè)供氣壓力數(shù)值。氣體管路中增加不銹鋼波紋管，解決各控制閥間連接端口相互位移問題，還能起到減振、消音等作用，具有柔性好、質(zhì)量輕、耐腐蝕、抗疲勞、耐高低溫等優(yōu)點(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

與電動(dòng)局部通風(fēng)機(jī)比較，氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)局部通風(fēng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，重量輕，可實(shí)現(xiàn)PLC自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)。還可使用舊風(fēng)機(jī)改造，降低了采購(gòu)成本。氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)局部通風(fēng)機(jī)的研制，優(yōu)化了井下工人的作業(yè)環(huán)境，滿足了礦井巷道斷電時(shí)備用應(yīng)急通風(fēng)要求，為巷道持續(xù)可靠送風(fēng)提供了有力的支持，極大提高了礦井應(yīng)急防災(zāi)能力。