快速切換裝置在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

李 云

（山西長治經(jīng)坊莊子河煤業(yè)有限公司，山西 長治 047100）

一、概述

在煤礦生產(chǎn)中，電能是主要的動力來源，煤礦的安全生產(chǎn)是依賴于安全可靠以及高效率的供電系統(tǒng)的。因此，對煤礦生產(chǎn)過程中的煤礦供電的可靠性的保證是煤礦安全生產(chǎn)的前提。在煤礦生產(chǎn)中，若發(fā)生機電設(shè)備突然斷電等事故，不僅對煤礦的生產(chǎn)安全帶來不利影響，對于礦工工人的人身安全也會產(chǎn)生相當(dāng)大的威脅。以斷電時，設(shè)備突然停止轉(zhuǎn)動為例，通風(fēng)設(shè)備不運轉(zhuǎn)，則使得井內(nèi)瓦斯氣體因不能排出而大量聚集，則對礦工的生命產(chǎn)生了極大的威脅。因此，礦井供電的可靠性是礦井供電的基本要求，在本文中也會對不間斷供電的實現(xiàn)如何完成進行相應(yīng)的探討。

二、在我國煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

1 通風(fēng)系統(tǒng)的分類

我國所采用的通風(fēng)系統(tǒng)到目前為止主要有六類：

（1）機械抽出式通風(fēng)。此通風(fēng)方式是井工煤礦在作業(yè)時最常采用的以及應(yīng)用最廣泛。

（2）壓入式混合式通風(fēng)。容易發(fā)生自然災(zāi)害的礦井作業(yè)時比較常用此種方式。

（3）混合式通風(fēng)。此種方式已經(jīng)逐漸被淘汰，現(xiàn)在主要在一些老礦井中得以應(yīng)用。

（4）分區(qū)式通風(fēng)。這是一種新型的通風(fēng)方式，一般常見于大型礦井或新型礦井中。

（5）對角式通風(fēng)。這種方式一般財力雄厚的煤礦集團或者是生產(chǎn)條件比較好時采用。

（6）邊界式通風(fēng)。一般適用于自然情況較好的小規(guī)模開采的礦井中。

2 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

煤礦系統(tǒng)的組成主要包括：動力裝置、井巷網(wǎng)絡(luò)以及通風(fēng)設(shè)施等。這些各自職能的發(fā)揮以及相互的配合是通風(fēng)系統(tǒng)正常運行的保證。在對煤礦的通風(fēng)系統(tǒng)進行設(shè)計時，要綜合考慮礦井的拓展以及開采計劃。在開采時要注意引進先進的科學(xué)技術(shù)，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的安全可靠、經(jīng)濟合理的要求。對一些變量參數(shù)如礦井的總通風(fēng)量、礦井在通風(fēng)是產(chǎn)生的總阻力以及礦井通風(fēng)的資金預(yù)算進行充分的調(diào)查與分析，并得出相關(guān)數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，配置高性價比的通風(fēng)設(shè)備，并設(shè)計出一套可行性高，安全可靠的方案。

三、煤礦通風(fēng)技術(shù)發(fā)展面臨的難題

1 管理難度大。在現(xiàn)在的開采中，礦井面積日益增大，通風(fēng)系統(tǒng)逐漸大型化，設(shè)備的體積越大其復(fù)雜程度必然隨之增加，這更加大了通風(fēng)系統(tǒng)的管理難度。

2 不穩(wěn)定。礦井作業(yè)面積的日益增加，挖掘速度的日益加快，通風(fēng)系統(tǒng)的性能要求必須不斷與礦井的變化相適應(yīng)，這就要求通風(fēng)系統(tǒng)需要不斷的進行調(diào)整以及改造。而這樣的后果是直接對通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生了影響。

3 維護難度大。礦井井田面積的增加不僅僅只帶來了以上問題，井巷斷面積的增加使得通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計工藝變得十分復(fù)雜，而面積越大對系統(tǒng)的設(shè)備性能的要求也隨之增加，以及挖掘深度的增加意味著地溫這一問題要被重視，從而使通風(fēng)系統(tǒng)對降溫設(shè)備的數(shù)量也有一定的要求，綜合以上因素，整個系統(tǒng)的工程量以及維護難度便大大增加。

四、煤礦通風(fēng)的影響因素

1 環(huán)境因素

礦井的自然條件和礦井的通風(fēng)結(jié)構(gòu)是在煤礦通風(fēng)中主要的環(huán)境因素，一般條件下，煤層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)是很復(fù)雜的，尤其是挖掘深度的增加使其職稱條件，受力情況等等因素更加復(fù)雜，因此事故發(fā)生的頻率也尤其高。此外，考慮煤層的自燃情況的出現(xiàn)，爆炸、坍塌等事故特別容易出現(xiàn)。通風(fēng)設(shè)施的不完善導(dǎo)致通風(fēng)不順暢，使得井內(nèi)設(shè)備不能正常運行，也容易造成監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸錯誤。這些因素都是對煤礦通風(fēng)安全造成影響的主要因素。

2 人為因素

管理手段以及施工人員素質(zhì)的參差不齊也對煤礦通風(fēng)安全產(chǎn)生了較大的影響煤礦企業(yè)必須在提高系統(tǒng)安全性能方面給予足夠是重視。對事故的處理能力要具備，但同時要對事前和事中進行控制。不要讓煤礦企業(yè)自身處于被動狀態(tài)。人員要適當(dāng)進行安全意識的培訓(xùn)，在人員配置上注意通防人員的專業(yè)素質(zhì)，盡量避免重生產(chǎn)、輕安全為主因的管理缺陷的存在。使作業(yè)人員在更加安全的環(huán)境中作業(yè)。

五、煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的作用與重要性

煤礦通風(fēng)是指通過利用機械設(shè)備完成向礦井下空氣的輸入，從而使礦井下的氧氣含量得到保證，并保證施工人員的施工以及人身安全，同時將有害氣體以及粉塵排到井外，并使井下溫度得到降低的技術(shù)手段。而對以上所述的這一系列的作業(yè)的方式、方法、設(shè)備與技術(shù)的總稱成為煤礦通風(fēng)系統(tǒng)。煤礦通風(fēng)系統(tǒng)是施工的前提與保障，是礦井作業(yè)的“心臟”。礦井的通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)任何問題都會導(dǎo)致井下的環(huán)境急劇惡化。這不僅使得作業(yè)人員的工作環(huán)境缺氧，同時有害氣體還會產(chǎn)生威脅。因而通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠是礦井作業(yè)中的重中之重。

六、快速切換裝置以及主扇供電系統(tǒng)的工作原理

圖1、快速切換裝置以及主扇供電系統(tǒng)安裝圖

1 通風(fēng)系統(tǒng)供電電源的快速切換裝置的切換方式

快速切換裝置以及主扇供電系統(tǒng)的安裝圖在上面已經(jīng)給出，其開關(guān)方式主要有兩種一是進線電源開關(guān)互備，另一個是母聯(lián)開關(guān)切換。第一種情況在圖一所示的安裝圖中表現(xiàn)為1#為正在運行，2#是備用設(shè)備。當(dāng)1#開關(guān)失效時，2#備用開關(guān)開始工作；第二種切換方式是1#、2#開關(guān)均帶電，母聯(lián)熱備。1#、2#電源與其對用主扇相對應(yīng)，在發(fā)生電源或其他用電故障時，母聯(lián)運行完成切換。此切換方式對于減少實際中發(fā)生的由于母線故障發(fā)生的大規(guī)模停電現(xiàn)象非常有效，這是由于它可以使備用設(shè)備迅速恢復(fù)，避免了大面積停電帶來的財產(chǎn)損失以及人員傷亡。

圖1 快速切換裝置以及主扇供電系統(tǒng)安裝圖

2 快速切換裝置的基本工作原理

通風(fēng)系統(tǒng)的供電系統(tǒng)中其快速切換裝置的主要工作原理是：首先對主扇開關(guān)的電流、電壓等等物理參數(shù)信息進行采集，然后裝置內(nèi)的邏輯程序工作對這些參數(shù)進行分析判斷，這樣使得故障點能夠被快速被檢測出，并及時切除。對于系統(tǒng)的殘壓相位角能夠進行同期捕捉，并使備用電源能夠以同相角投入，這樣可以對主扇以及電網(wǎng)的沖擊減少到最低使煤礦同分系統(tǒng)能夠不間斷的運行?；淝袚Q與母聯(lián)切換的本質(zhì)上的區(qū)別就是是否具有同期捕捉功能，這是是否能使通風(fēng)系統(tǒng)平穩(wěn)運行前提。

七、主通風(fēng)機供電方式的改進方案

1 供電的可靠性問題：針對該公司的通風(fēng)機供電系統(tǒng)提出的策略是一次系統(tǒng)中采用雙路或多路供電，并在二次系統(tǒng)中之輔以備自投裝置。但在實際中，備自投裝置存在切換時間長可能造成主扇風(fēng)機已經(jīng)停止；切換時沖擊電流較大，造成設(shè)備損壞；自投成功率低以及母線永久性故障產(chǎn)生的擴大事故范圍的種種缺陷。

2 具體切換方案

（1）系統(tǒng)正常運行時，采用工況l供電時，安裝一套電源快速切換裝置，無論何種原因當(dāng)進線1(或進線2)失電時，快切裝置動作合上母聯(lián)開關(guān)，投入到另一側(cè)進線電源，保證風(fēng)機不停轉(zhuǎn)。

（2）系統(tǒng)正常運行時，采用工況2或工況3供電時，即母聯(lián)開關(guān)在合位或母聯(lián)為刀閘，或無母聯(lián)時，安裝一套電源快速切換裝置，無論何種原因當(dāng)進線l(或進線2)失電時，快切裝置動作，投入另一側(cè)進線電源，保證風(fēng)機不停轉(zhuǎn)。

八、快速切換裝置的運行邏輯

本文中我們以快速切換裝置在某煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用為例進行簡單的介紹。該煤礦通風(fēng)系統(tǒng)供電電源來上級變電站，主線路是一條35KV架空電力線路,導(dǎo)線為兩條LGJ-150架空線路長為17.5千米。礦井電源為高壓側(cè)電壓值為110kv，二次電壓值為35kv。

1 快速切換裝置的運行邏輯進行介紹

下面我們將對快速切換裝置的運行邏輯進行簡單介紹：

當(dāng)進行電源切換時，如果只是簡單的將備用線路電源接入，很容易使事故擴大化，因此，在對電源進行切換前必要的邏輯判斷是必須的，以對是否投入程序進行判斷。具體情況如下：

情況1：過流故障跳閘：當(dāng)跳閘電源比較大時，同時故障電源在進線開關(guān)的電流互感器上會有一定的反映，此時切換裝置所設(shè)定的電流門檻值便開始起作用，當(dāng)時機的電流值高于此電流門檻值時便會發(fā)出警報并鎖定切換裝置，然后倒機操作使備用主扇投入運行。

情況2：進線開關(guān)無電流通過或被檢測到的電流極小時，啟動切換裝置：當(dāng)沒有電流通過時，有兩種情況，一是進線開關(guān)已經(jīng)被檢測到斷開，此時直接投入母聯(lián)開關(guān)即可；二是進線開關(guān)檢測顯示未斷開時，切換裝置首先發(fā)出開關(guān)指令，當(dāng)開關(guān)斷開后產(chǎn)生跳閘信號后，再發(fā)出投入母聯(lián)指令，從而能夠使風(fēng)機保持連續(xù)運轉(zhuǎn)的狀態(tài)。這樣當(dāng)出現(xiàn)故障或以他原因造成的意外斷電等情況時，備用電源就能夠及時投入使用，使主扇風(fēng)機不會意外停電。

當(dāng)切換裝置的檢測信號顯示備用線路無壓、無頻時，不進行切換，要對快速切換裝置實行閉鎖，防止人工送電的時間被延長。

2 閉鎖功能的簡單介紹：

若運行方式為大分列運行，若主扇房配電室發(fā)生母聯(lián)誤投入的情況會使系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)運行的情況，容易造成因環(huán)流過大而引起的故障。此時需要快速切換裝置具備以下功能使閉鎖功能得以實現(xiàn)：

自檢功能，防止當(dāng)自身發(fā)生故障或備用電源異常啟動。

當(dāng)備用電源沒電時閉鎖切換

P.T斷線會引起因失壓造成的閉鎖切換

在進行檢修時要閉鎖切換功能。

3 切換裝置的調(diào)試和和使用

切換裝置進行快速切換時要具備邏輯判斷功能、同期捕獲功能、殘壓檢測功能，這是使通風(fēng)系統(tǒng)的電機的沖擊達到最小的基本功能。

結(jié)語

在礦井作業(yè)時，煤礦的通風(fēng)系統(tǒng)是最關(guān)鍵設(shè)備，尤其是高瓦斯礦井中通風(fēng)系統(tǒng)的安全運行與礦井的安全是直接相連的，在進行作業(yè)中要保證做到不停電不停風(fēng)。在以往的礦井事故中可以得知，大部分的礦井事故是由電源線路故障或上級電源故障造成的停電而引起的。而快速電源切換裝置可以對故障進行快速的判斷，對故障點進行及時的切除以快速恢復(fù)供電，使不停電不停風(fēng)的目的得以實現(xiàn)。

[1]張見瑞,煤礦通風(fēng)系統(tǒng)安全控制探討[J],科技與生活,2012(1)

[2]趙華峰,煤礦通風(fēng)系統(tǒng)安全現(xiàn)狀的評價檢查方法[J],科技與生活,2012(2)

[3]張俊同,安林煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)用[J],現(xiàn)代企業(yè)教育,2012(2)