孫艷軍

（冀中能源峰峰集團有限公司，河北 邯鄲 056107）

煤礦井下掘進工作面的通風(fēng)主要靠局部通風(fēng)機供風(fēng)，主要作用就是稀釋和排除掘進工作面的有毒有害氣體，并持續(xù)的向掘進工作面供給新鮮風(fēng)流。煤礦井下環(huán)境復(fù)雜，供電線路和各種機電設(shè)備易受到不利因素的影響，一旦出現(xiàn)掘進工作面停電停風(fēng)，不能持續(xù)向工作面供給新鮮風(fēng)流，就會造成瓦斯積聚，嚴(yán)重威脅著礦井安全生產(chǎn)[1]?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定:高瓦斯、突出礦井的煤巷、半煤巖巷和有瓦斯涌出的巖巷掘進工作面正常工作的局部通風(fēng)機必須配備安裝同等能力的備用局部通風(fēng)機，并能自動切換。當(dāng)正常工作的局部通風(fēng)機發(fā)生故障時，備用局部通風(fēng)機能自動啟動，保證掘進工作面正常通風(fēng)[2]。因此，保證掘進工作面局部通風(fēng)機的供電可靠性、連續(xù)性，對礦井的安全生產(chǎn)至關(guān)重要[3]。

1 第3 動力源概述

為進一步防范礦井掘進工作面因局部通風(fēng)機停風(fēng)，引發(fā)工作面瓦斯超限事故，保障掘進工作面供風(fēng)連續(xù)性，在掘進工作面局部通風(fēng)機原有“雙風(fēng)機、雙電源”基礎(chǔ)上，增加1 套局部通風(fēng)機動力源裝置，作為應(yīng)急局部通風(fēng)機“第3 動力源”使用。動力源裝置單獨配備1 套局部通風(fēng)機，作為掘進工作面應(yīng)急通風(fēng)使用，以保障掘進工作面安全生產(chǎn)。根據(jù)各生產(chǎn)礦井的實際情況，設(shè)計了3 種不同方式的應(yīng)急局部通風(fēng)機動力源裝置。

1）第1 種動力源裝置。采用蓄電池裝備，作為應(yīng)急局部通風(fēng)機的動力源。

2）第2 種動力源裝置。采用風(fēng)動局部通風(fēng)機，利用壓風(fēng)動力驅(qū)動，作為應(yīng)急局部通風(fēng)機的動力源。

3）第3 種動力源裝置。新敷設(shè)1 路供電電源，作為應(yīng)急局部通風(fēng)機的動力源。電源與現(xiàn)有局部通風(fēng)機供電電源不在同一回路，可取自35 kV 變電站、中央變電所或采區(qū)變電所，且變電所級數(shù)不超過2 級。

2 第1 種動力源裝置

峰峰集團大淑村礦設(shè)計開發(fā)了井下“應(yīng)急后備電源蓄電池裝置”，作為應(yīng)急局部通風(fēng)機的動力源，在井下四采區(qū)軌道坡頭專用硐室安裝應(yīng)用，為172401 里下掘進工作面的應(yīng)急局部通風(fēng)機提供動力，應(yīng)急局部通風(fēng)機功率為2×30 kW，風(fēng)筒長度145 m，供電距離為700 m。

1）第1 種動力源裝置設(shè)備布置。該裝置組成部分包括：NJ-90/960f 逆變器1 臺；DXT320/210 防爆特殊型電源裝置1 組；ZJC80/504K（A）充電機1 臺。設(shè)備布置如下：①蓄電池裝備安裝在具有獨立回風(fēng)系統(tǒng)的硐室內(nèi)，增加1 臺逆變器、1 套防爆特殊型電源裝置、充電機及1 臺局部通風(fēng)機，作為該掘進工作面的1 套應(yīng)急局部通風(fēng)機裝置；②應(yīng)急局部通風(fēng)機與原主、備局部通風(fēng)機風(fēng)筒使用風(fēng)筒專用三通并聯(lián)連接；③原主、備局部通風(fēng)機功能及要求不變，應(yīng)急局部通風(fēng)機只作為主、備局部通風(fēng)機均異常停運后應(yīng)急使用，且具備自動切換功能。

2）第1 種動力源裝置工作原理。采用3 個隔爆特殊型電源裝置串聯(lián)輸出直流960 V 電源給逆變器供電，智能監(jiān)測主、備局部通風(fēng)機饋電開關(guān)帶電合閘運行情況。當(dāng)主、備局部通風(fēng)機饋電開關(guān)分別都失電掉閘后，逆變器自動切換投入運行輸出交流660 V電源向備用局部通風(fēng)機備供電，在任意1 路主、備局部通風(fēng)機饋電開關(guān)恢復(fù)供電時，逆變器由運行自動切換至備用。為了防止監(jiān)測回路故障，在逆變器運行期間與備用局部通風(fēng)機饋電開關(guān)形成閉鎖控制，逆變器運行期間備用局部通風(fēng)機饋電開關(guān)報風(fēng)電閉鎖故障不能復(fù)位合閘，形成控制回路互鎖保護[4-6]。172401 局部通風(fēng)機后備電源供電系統(tǒng)圖如圖1。

圖1 172401 局部通風(fēng)機后備電源供電系統(tǒng)圖Fig.1 172401 power supply system diagram of backup power supply for local fan

3）第1 種動力源裝置運行方式。①正常情況下逆變器處于熱備狀態(tài)；②3 臺局部通風(fēng)機啟停順序：主局部通風(fēng)機正常運轉(zhuǎn)期間因高壓“1 路”掉閘造成主局部通風(fēng)機停機，備用局部通風(fēng)機自動切換啟動，在發(fā)生高壓“2 路”同時掉閘后，（此時主、備局部通風(fēng)機饋電開關(guān)分別全部失電掉閘，主、備局部通風(fēng)機全部停運），逆變器自動由備用切換至運行，15 s 后輸出交流660 V 電源向應(yīng)急局部通風(fēng)機供電，應(yīng)急局部通風(fēng)機啟動運轉(zhuǎn)，在任意1 路主、備局部通風(fēng)機饋電開關(guān)恢復(fù)供電時，逆變器由運行自動切換至備用，逆變器停止輸出，應(yīng)急局部通風(fēng)機停止運轉(zhuǎn)；③主局部通風(fēng)機檢修時風(fēng)電閉鎖切斷動力負荷，備用局部通風(fēng)機運行與應(yīng)急局部通風(fēng)機1 用1 備，當(dāng)備用局部通風(fēng)機故障時，應(yīng)急局部通風(fēng)機啟動；④備用局部通風(fēng)機檢修時，主局部通風(fēng)機運行，與應(yīng)急局部通風(fēng)機1 用1 備，當(dāng)主局部通風(fēng)機故障時，應(yīng)急局部通風(fēng)機啟動，同時風(fēng)電閉鎖切斷動力負荷；⑤應(yīng)急局部通風(fēng)機檢修時，主局部通風(fēng)機與備用局部通風(fēng)機1 用1 備。

4）第1 種動力源裝置應(yīng)用效果。2021 年07 月31 日17 時30 分，大淑村礦當(dāng)?shù)爻霈F(xiàn)37.4 m/s 的13級瞬時大風(fēng)，通往礦井的高壓線鐵塔多處刮倒，造成礦井大面積停電。礦172401 里下掘進工作面的主局部通風(fēng)機、備局部通風(fēng)機同時停電停風(fēng)，應(yīng)急后備電源蓄電池裝置在監(jiān)測到采區(qū)變電所高壓雙回路停電后，自動切換運行，保證了所供地區(qū)應(yīng)急局部通風(fēng)機正常運轉(zhuǎn)，確保了該地區(qū)正常通風(fēng)。

3 第2 種動力源裝置

峰峰集團牛兒莊礦將風(fēng)動壓入式軸流局部通風(fēng)機（簡稱風(fēng)動風(fēng)機）與掘進工作面主、備局部通風(fēng)機并聯(lián)相接，利用風(fēng)動風(fēng)機動力源為壓縮空氣的工作原理，研制了掘進工作面“三風(fēng)機、雙動力源”局部通風(fēng)裝置，實現(xiàn)了井下掘進工作面局部通風(fēng)機“3 臺風(fēng)機”、“2 種動力源”、“智能切換”，在發(fā)生掘進工作面主、副風(fēng)機同時停止運轉(zhuǎn)后，保證能夠自動啟動風(fēng)動風(fēng)機，實現(xiàn)掘進工作面連續(xù)供風(fēng)。

1）第2 種動力源裝置設(shè)備布置。該裝置組成部分包括：FQNo5.0 礦用氣動壓入式風(fēng)機1 臺，KXJ127礦用隔爆兼本安型PLC 控制箱1 臺，F(xiàn)QNo-2 礦用自動軸流氣動風(fēng)機專用控制箱1 臺，礦用風(fēng)筒風(fēng)量開關(guān)傳感器。設(shè)備布置如下：①在掘進工作面局部通風(fēng)機“雙風(fēng)機、雙電源”基礎(chǔ)上，新增1 套風(fēng)動壓入式軸流局部通風(fēng)機作為應(yīng)急局部通風(fēng)機；②新增1套風(fēng)筒傳感器安裝于風(fēng)筒上，新增1 套風(fēng)動壓入式軸流局部通風(fēng)機專用控制箱及礦用隔爆兼本安型PLC 控制箱，作為應(yīng)急局部通風(fēng)機切換控制系統(tǒng)；③在風(fēng)筒上新增1 套鐵質(zhì)三通風(fēng)筒，實現(xiàn)應(yīng)急局部通風(fēng)機與原主、備局部通風(fēng)機的連接和轉(zhuǎn)換。

2）第2 種動力源裝置工作原理。掘進工作面“三風(fēng)機雙動力源”局部通風(fēng)裝置主要包括現(xiàn)有的局部通風(fēng)機“三專兩閉鎖”、“雙風(fēng)機、雙電源”及自動切換裝置，和風(fēng)動風(fēng)機、PLC 控制箱、氣動風(fēng)機專用控制箱、礦用風(fēng)筒風(fēng)量開關(guān)傳感器等。主、備局部通風(fēng)機正常運轉(zhuǎn)時, 風(fēng)動風(fēng)機處于停機狀態(tài)。當(dāng)主、備局部通風(fēng)機同時停止運轉(zhuǎn)時，安裝于風(fēng)筒上的風(fēng)筒開停傳感器將信號傳輸給礦用隔爆兼本安型PLC 控制箱，PLC 控制風(fēng)動風(fēng)機專用控制箱內(nèi)的電磁閥自動打開,從而使風(fēng)動風(fēng)機啟動,實現(xiàn)了與主、副局部通風(fēng)機開停的無縫銜接, 保證了井下掘進面正常供風(fēng)，從根本上杜絕了掘進工作面由于主、備局部通風(fēng)機停運造成的瓦斯超限。風(fēng)動風(fēng)機在運行過程中，主、備局部通風(fēng)機中的任意1 臺風(fēng)機運行時，風(fēng)筒上的風(fēng)筒開停傳感器檢測到信號并將信號傳輸給PLC觸發(fā)信號，此時，控制箱中的電磁閥自動關(guān)閉，風(fēng)動風(fēng)機停止運行。

3）第2 種動力源裝置運行方式。①3 臺局部通風(fēng)機啟停順序：主局部通風(fēng)機正常運轉(zhuǎn)期間因故停機，備用局部通風(fēng)機啟動；當(dāng)主、備局部通風(fēng)機同時停止運行后，風(fēng)筒開停傳感器將信號傳輸給PLC 控制箱，PLC 控制應(yīng)急局部通風(fēng)機專用控制箱內(nèi)的氣動閥門自動打開, 應(yīng)急局部通風(fēng)機啟動；②主局部通風(fēng)機檢修時，風(fēng)電閉鎖切斷動力負荷，備用局部通風(fēng)機運行，備用局部通風(fēng)機與應(yīng)急局部通風(fēng)機1 用1 備，備用局部通風(fēng)機因故停機時，應(yīng)急局部通風(fēng)機啟動；③備用局部通風(fēng)機檢修時，主局部通風(fēng)機與應(yīng)急局部通風(fēng)機1 用1 備，主局部通風(fēng)機因故停機，應(yīng)急局部通風(fēng)機啟動，同時風(fēng)電閉鎖切斷動力負荷；④應(yīng)急局部通風(fēng)機檢修時，主局部通風(fēng)機與備用局部通風(fēng)機1 用1 備。

4）第2 種動力源裝置試驗效果。氣動風(fēng)機具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、操作簡單、維護方便、安全性能好等特點。風(fēng)動風(fēng)機采用壓縮空氣驅(qū)動馬達，從而帶動葉輪，其適用于煤礦井下局部瓦斯體積分數(shù)較高的環(huán)境下使用。該裝置通過礦用風(fēng)筒風(fēng)量開關(guān)傳感器監(jiān)測主、備局部通風(fēng)機開停情況，反饋到PLC 控制箱，控制電磁閥動作，實現(xiàn)主、備局部通風(fēng)機與風(fēng)動風(fēng)機的智能切換，全程無人操作，性能穩(wěn)定可靠。在主、備局部通風(fēng)機同時出現(xiàn)故障時，該裝置自動啟動風(fēng)動風(fēng)機，做到與原有主、備局部通風(fēng)機無縫銜接,保證井下掘進面連續(xù)供風(fēng)，從根本上杜絕了掘進工作面由于主、備局部通風(fēng)機同時停運而造成的瓦斯超限事故[7-8]。

4 第3 種動力源裝置

峰峰集團萬年礦-240 泵房變電所有3 趟電源來自35 kV 變電站，為提高局部通風(fēng)機供電可靠性，杜絕主備風(fēng)機同時停電停機，從該變電所向掘進工作面引入第3 趟局部通風(fēng)機專用電源，增加1 臺局部應(yīng)急通風(fēng)機，提高局部通風(fēng)機可靠性。

1）第3 種動力源裝置設(shè)備布置。設(shè)備布置如下：①新增1 趟專用供電線路作為應(yīng)急局部通風(fēng)機的供電電源，該電源可取自35 kV 變電站、中央變電所或采區(qū)變電所，且變電所不超過2 級，與原主、備局部通風(fēng)機供電電源處于不同的下井回路[9]；②新增1 套應(yīng)急局部通風(fēng)機及專用控制設(shè)備及線路。

2）第3 種動力源裝置工作原理?，F(xiàn)有的局部通風(fēng)機雙電源開關(guān)型號為QBZ-2×120SF（1#），增加1臺QBZ 80、120/1140（660）（2#）雙電源開關(guān)，控制第3 臺應(yīng)急風(fēng)機，利用QBZ-2×120SF 雙電源切換開關(guān)接主機、備機。QBZ80、120/1140（660）開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單，控制回路簡單，擴展改造方便，利用QBZ80、120/1140（660）開關(guān)接應(yīng)急風(fēng)機，在不增加任何控制元件破壞開關(guān)防爆性能的前提下，使用2 臺開關(guān)內(nèi)部本身的控制元件實現(xiàn)局部通風(fēng)機切換。通過對2 種開關(guān)的控制線路進行設(shè)計改造，當(dāng)主機啟動后，應(yīng)急風(fēng)機為實現(xiàn)待轉(zhuǎn)狀態(tài)，將主機輔助觸點常開點KM1-1作為應(yīng)急風(fēng)機待轉(zhuǎn)狀態(tài)的啟動信號，此觸點與應(yīng)急風(fēng)機的10、11 號線串聯(lián)后達到應(yīng)急風(fēng)機待轉(zhuǎn)功能；此外，將備機輔助觸點常閉點KM3-2 引出后與應(yīng)急風(fēng)機KA 繼電器控制回路串聯(lián)，實現(xiàn)備機自動轉(zhuǎn)應(yīng)急風(fēng)機的功能。在實現(xiàn)3 臺局部通風(fēng)機自動切換功能的過程中，關(guān)鍵設(shè)置是調(diào)節(jié)好轉(zhuǎn)換時間，主機轉(zhuǎn)備機的時間T1為開關(guān)保護器設(shè)定，使用中設(shè)定為0 s，應(yīng)急風(fēng)機QJ 時間繼電器的延時時間T2設(shè)定為4 s（為保證正常切換，時間T1＜T2，目的就是保證在T2時間內(nèi)，備機正常情況下啟動而應(yīng)急風(fēng)機不得啟動，同時備機故障情況下應(yīng)急風(fēng)機正常啟動）。3 風(fēng)機第3 趟電源接線示意圖如圖2。

圖2 3 風(fēng)機第3 趟電源接線示意圖Fig.2 Schematic diagram of the third power connection of the third fan

3）第3 種動力源裝置運行方式。①3 臺局部通風(fēng)機啟停順序：主局部通風(fēng)機正常運轉(zhuǎn)期間因故停機，備用局部通風(fēng)機啟動，當(dāng)備用局部通風(fēng)機停止運行后，應(yīng)急局部通風(fēng)機啟動；②主局部通風(fēng)機檢修時，風(fēng)電閉鎖切斷動力負荷，備用局部通風(fēng)機運行，備用局部通風(fēng)機與應(yīng)急局部通風(fēng)機1 用1 備，備用局部通風(fēng)機因故停機時，應(yīng)急局部通風(fēng)機啟動；③備用局部通風(fēng)機檢修時，主局部通風(fēng)機與應(yīng)急局部通風(fēng)機1 用1 備，主局部通風(fēng)機因故停機，應(yīng)急局部通風(fēng)機啟動，同時風(fēng)電閉鎖切斷動力負荷；④應(yīng)急局部通風(fēng)機檢修時，主局部通風(fēng)機與備扇局部通風(fēng)機1用1 備。

4）第3 種動力源裝置取得效果。使用2 臺雙電源切換開關(guān)控制3 臺局部通風(fēng)機自動切換，實現(xiàn)了局部通風(fēng)機運行不間斷、風(fēng)流不間斷，提高了局部通風(fēng)機供風(fēng)可靠性。3 臺局部通風(fēng)機的供電方式、風(fēng)機型號、性能完全相同，供風(fēng)量基本相同，完全滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需求。3 臺局部通風(fēng)機自動切換過程中，延時均為0 s（備機電源停電情況下主機直接切換應(yīng)急風(fēng)機延時時間為4 s），實現(xiàn)了風(fēng)機切換過程中供風(fēng)不間斷的功能，尤其是主機啟動應(yīng)急風(fēng)機自動停機，主機不啟動應(yīng)急風(fēng)機不停機的功能，實現(xiàn)了應(yīng)急風(fēng)機恢復(fù)主機運行過程中不間斷供風(fēng)[10]。

5 結(jié) 語

峰峰集團針對煤礦井下掘進工作面連續(xù)通風(fēng)的特殊需求，在掘進工作面局部通風(fēng)機原有“雙風(fēng)機、雙電源”基礎(chǔ)上，從提高風(fēng)機供電可靠性的實際出發(fā)，設(shè)計采用了3 種不同形式的應(yīng)急局部通風(fēng)機動力源裝置在各生產(chǎn)礦井應(yīng)用，取得了良好的使用效果，確保了掘進工作面局部通風(fēng)安全可靠。