煤礦井下風(fēng)電瓦斯閉鎖系統(tǒng)探究

陳曦

摘 要：瓦斯事故是煤礦井下的常見災(zāi)害，由于井下特殊的地質(zhì)生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境使然，災(zāi)害性事故仍時(shí)有發(fā)生，近年來，許多煤礦企業(yè)都采用了風(fēng)電瓦斯閉鎖系統(tǒng)，不但節(jié)省資源而且方便快捷，對于安全開采具有重要的作用。文章通過分析比較，總結(jié)出更具優(yōu)勢的瓦斯閉鎖系統(tǒng)，并對其進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電瓦斯；煤礦井下；閉鎖系統(tǒng)

中圖分類號：TD684 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）24-0154-02

2013年，山西省某煤礦井下發(fā)生爆炸事故，造成人員傷亡，事后發(fā)現(xiàn)問題就在于瓦斯控制不當(dāng)所致。對于煤礦企業(yè)而言，瓦斯的安全問題是生產(chǎn)中的頭等大事，直接關(guān)系著人們的生命及財(cái)產(chǎn)安全。在《AQ6201 2006煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求》與《煤礦安全規(guī)程》中都明確提出了應(yīng)用風(fēng)電閉鎖系統(tǒng)的要求，因此，探究井下的風(fēng)電瓦斯閉鎖系統(tǒng)具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 風(fēng)電瓦斯閉鎖系統(tǒng)面臨的困難

1.1 管理方面

在煤礦生產(chǎn)中出現(xiàn)了一種新科技手段，那就是瓦斯，因系統(tǒng)較為復(fù)雜、應(yīng)用條件高，監(jiān)控安全上存在一定難度。在各個(gè)煤礦中，按照瓦斯特點(diǎn)設(shè)定幾種測定方法：①就是要組織人員定期檢測瓦斯情況，這是一道非常重要的管理工序；②安裝上具備風(fēng)電閉鎖作用的檢測設(shè)備，比如瓦斯斷電儀，用設(shè)備對瓦斯情況定點(diǎn)檢測，但是使用者必須要關(guān)注檢測結(jié)果精準(zhǔn)度；③檢測人員通過便攜式的甲烷檢測儀檢測，使用這種儀器要求較大，極難滿足要求，必須要采取統(tǒng)一管理。在應(yīng)用風(fēng)電瓦斯閉鎖時(shí)，只要出現(xiàn)故障就需要維修人員具有較高技術(shù)，在生產(chǎn)旺季如果短時(shí)間內(nèi)找不到故障根源，就不能夠使用該瓦斯閉鎖系統(tǒng)。

1.2 技術(shù)方面

隨著風(fēng)電瓦斯閉鎖系統(tǒng)在應(yīng)用，但是其安全檢測等各種質(zhì)量上還需要提升，進(jìn)行檢測維修之時(shí)大多會瓦斯傳感器影響，因此使用時(shí)質(zhì)量性能漂移及調(diào)校等各種因素會影響到傳感器例的催化配件質(zhì)量，并且電力發(fā)生故障也會影響設(shè)備使用。①電壓變化過大導(dǎo)致礦井內(nèi)部電氣設(shè)備使用頻繁，電壓必然不斷變化，也就會波及到礦井分站，從而影響到檢測數(shù)據(jù)精確度。比如電壓突然達(dá)到峰值，而分站并沒有及時(shí)察覺發(fā)出斷電指示，就會造成風(fēng)電閉鎖設(shè)備發(fā)生檢測誤差。②電纜發(fā)生故障，因電纜常常發(fā)生一些故障，就會影響到系統(tǒng)傳感器精準(zhǔn)度，造成閉鎖系統(tǒng)發(fā)出了錯(cuò)誤的指令。

2 探究風(fēng)電瓦斯閉鎖系統(tǒng)

2.1 簡單風(fēng)電閉鎖系統(tǒng)

按照相關(guān)的規(guī)程規(guī)定，煤礦井下掘進(jìn)工作面與局扇中電氣設(shè)備都要安裝上風(fēng)電閉鎖系統(tǒng)，一旦局扇不運(yùn)轉(zhuǎn)之時(shí)就能夠及時(shí)、自動(dòng)切斷供風(fēng)巷道中所有電源。掘進(jìn)面和局扇所用設(shè)備上電源開關(guān)都是用了QC系列的磁力起動(dòng)器。要發(fā)揮風(fēng)電閉鎖的作用，磁力起動(dòng)器的縱線路上有一對常開的輔助接點(diǎn)，連接到掘進(jìn)面上電源開關(guān)的磁力起動(dòng)器上，和操總線路形成串聯(lián)。在運(yùn)行中只要局面停止了運(yùn)轉(zhuǎn)，磁力起動(dòng)器上常開接點(diǎn)就斷開，讓起動(dòng)器上的操縱線路因斷電而跳閘，就會將局扇供風(fēng)巷道中的一切電源自動(dòng)切斷。電氣接線如圖1所示：

當(dāng)停電局扇停轉(zhuǎn)之時(shí)，就會將掘進(jìn)面中用電設(shè)備全部電源自動(dòng)切斷，就能夠發(fā)揮風(fēng)電瓦斯閉鎖系統(tǒng)的作用。該系統(tǒng)具有下面一些不足：

①當(dāng)掘進(jìn)面風(fēng)流里所含瓦斯的濃度超出規(guī)定者，不可能將巷道中全部電源立即切斷，也就沒有瓦斯閉鎖。②局扇停止運(yùn)轉(zhuǎn)之后，巷道中局部地方存在瓦斯積聚，濃度比較高，因系統(tǒng)中沒有檢測瓦斯?jié)舛鹊脑O(shè)備，就是將風(fēng)機(jī)打開，也不能夠解除電的閉鎖。一旦不慎送電，就可能造成瓦斯爆炸，原因在于系統(tǒng)中沒有安裝延時(shí)送電環(huán)節(jié)。③系統(tǒng)只能夠是局扇停電導(dǎo)致停風(fēng)，才能夠具備閉鎖作用，假如并非因停電導(dǎo)致局扇停風(fēng)，比如局扇自身發(fā)生故障，系統(tǒng)就不能發(fā)揮閉鎖作用。

2.2 風(fēng)電延時(shí)閉鎖系統(tǒng)

這種系統(tǒng)就是將一個(gè)延時(shí)環(huán)節(jié)加裝到風(fēng)電閉鎖系統(tǒng)上，當(dāng)局扇停止運(yùn)轉(zhuǎn)之后重新送電之時(shí)，即使將對電閉鎖解除，要想真正確保掘進(jìn)面的設(shè)備有電，一定要通過延時(shí)環(huán)節(jié)延時(shí)后才可以送電。延長的時(shí)間和巷道斷面、瓦斯?jié)舛燃帮L(fēng)機(jī)大小存在關(guān)系，大都能夠調(diào)整一個(gè)范圍，采用這種模式能有效解決風(fēng)電閉鎖系統(tǒng)中存在的延時(shí)問題。

2.3 風(fēng)電瓦斯閉鎖系統(tǒng)

在前面兩種閉鎖系統(tǒng)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)風(fēng)電瓦斯閉鎖系統(tǒng)。這種系統(tǒng)并不是唯一的，具有多種組成形式。

2.3.1 第一種方式

這種系統(tǒng)就是由掘進(jìn)面使用到的用電設(shè)備和局扇組成，具體是2臺QC系列的磁力起動(dòng)器，局扇以及2臺警報(bào)斷電儀等各種設(shè)備共同組成。其組成的布局情況如圖2所示。

這種系統(tǒng)改動(dòng)了電源開關(guān)上的一些連接，也將瓦斯斷電儀的D1、D2接點(diǎn)連接到了開關(guān)操縱回路中去。這種聯(lián)系方式具備如下一些功能：

①當(dāng)局扇送上了電源，只要掘進(jìn)巷道的風(fēng)流所含瓦斯?jié)舛葲]有超過標(biāo)準(zhǔn)，供風(fēng)巷道中電氣設(shè)備就能夠送電。而局扇只要停止運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)就能夠自動(dòng)的將供電范圍中所有非安全電源切斷。②當(dāng)風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛瘸隽藰?biāo)準(zhǔn)時(shí)，系統(tǒng)就能夠把供風(fēng)范圍中所有的非安全電源切斷，當(dāng)時(shí)局扇也會照常運(yùn)轉(zhuǎn)。③如果局扇的運(yùn)轉(zhuǎn)被停止了，當(dāng)將送電恢復(fù)之后，一旦風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛仍谝?guī)定的濃度范圍內(nèi)，才能夠啟動(dòng)局扇，電源也才能夠送達(dá)到其他設(shè)備中。

2.3.2 第二種方式

事實(shí)上，這種方式的組成以及布置和第一種方式相同，不過是連接電氣設(shè)備上存在差異，連接電氣設(shè)備的原理圖如圖3所示。

該方式和第一種方式運(yùn)作功能大體相同，當(dāng)局扇停止了運(yùn)轉(zhuǎn)之后再一次復(fù)電，第一種方法僅僅要回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛仍谝?guī)定值范圍內(nèi)（T2探頭處），采用第二種方式且必須要工作面與回風(fēng)流的瓦斯?jié)舛榷家谝?guī)定值之內(nèi)（T1，T2探頭處）。不管采用哪種方法都具有風(fēng)電瓦斯閉鎖作用，有效克服了上面兩種方式的缺點(diǎn)，但是依然存在一些不足：

①當(dāng)局扇停電導(dǎo)致停風(fēng)時(shí)，該系統(tǒng)確實(shí)能夠起到閉鎖作用；但是一旦并非停電而導(dǎo)致局扇停風(fēng)，比如局扇自身故障，系統(tǒng)就不能夠發(fā)揮閉鎖作用。②國產(chǎn)的瓦斯斷電儀中傳感器都是用了載體催化元件，在風(fēng)流中這個(gè)元件的反應(yīng)速度比較慢，大多在20～60 s。所以如果變電所的開關(guān)跳閘，一旦重新送電的時(shí)間處于傳感器元件的反應(yīng)時(shí)段內(nèi)，系統(tǒng)就不能夠發(fā)揮閉鎖作用。就算回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)，局扇也能夠啟動(dòng)，巷道中的電氣設(shè)備同樣能夠送電也不能夠發(fā)揮延時(shí)環(huán)節(jié)。因此，局扇發(fā)生臨時(shí)停轉(zhuǎn)之后再重新傳送電源，傳感器元件進(jìn)行反應(yīng)前有一個(gè)時(shí)段中閉鎖屬于空白區(qū)。③系統(tǒng)最低需要使用兩個(gè)瓦斯檢測的探頭，假如掘進(jìn)面屬于串聯(lián)通風(fēng)還要使用三個(gè)檢測探頭?，F(xiàn)在國產(chǎn)瓦斯斷電儀大部分均是一臺斷電主機(jī)上帶有一個(gè)探頭，要想形成閉鎖系統(tǒng)，就要使用2～3臺主機(jī)，加強(qiáng)了安裝和維護(hù)的工作量。

2.4 帶風(fēng)探頭風(fēng)電閉鎖系統(tǒng)

在一定條件下，上面幾種閉鎖系統(tǒng)均能夠發(fā)揮風(fēng)電瓦斯閉鎖系統(tǒng)的作用，但是從實(shí)際情況分析來看，都存在各種不足地方，且這些方式也缺乏了整體設(shè)計(jì)，大多是對瓦斯警報(bào)斷電儀以及各種開關(guān)等各種設(shè)備實(shí)施局部改進(jìn)所成，并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，方式也繁多。

使用帶風(fēng)探頭風(fēng)電瓦斯閉鎖系統(tǒng)，能夠綜合考慮到風(fēng)電瓦斯等多種因素，從而形成了新系統(tǒng)，使用了專用設(shè)備、便于推廣。系統(tǒng)應(yīng)該同時(shí)配用上一個(gè)風(fēng)探頭與三個(gè)瓦斯探頭，還能夠提供三個(gè)斷電的結(jié)構(gòu)，組成情況如圖4所示。

這個(gè)系統(tǒng)糅合了局扇開關(guān)起停信號、掘進(jìn)工作面上風(fēng)信號機(jī)每一個(gè)瓦斯探頭瓦斯信號，并且通過邏輯運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)風(fēng)電瓦斯互相閉鎖。在這個(gè)系統(tǒng)中還加設(shè)上了探頭保護(hù)電路，一旦探頭處的瓦斯?jié)舛雀叱隽藰?biāo)準(zhǔn)的4%，就對探頭停止供電，一直到瓦斯?jié)舛然謴?fù)到了標(biāo)準(zhǔn)時(shí)才能夠恢復(fù)供電。而系統(tǒng)上所用探頭電源均使用了安全火花型的電源，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性及安全性。

3 結(jié) 語

從煤礦開采來看，采用風(fēng)電瓦斯閉鎖系統(tǒng)是確保煤礦開采安全的一種必要設(shè)備，但是選用哪種閉鎖系統(tǒng)，還必須要結(jié)合該煤礦實(shí)況。相比之下，帶風(fēng)探頭的閉鎖系統(tǒng)功能較為完善，安全可靠，技術(shù)先進(jìn)，從發(fā)展前景來看必然會被重點(diǎn)選用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周海坤.甲烷風(fēng)電閉鎖在礦用分站上的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].煤礦安全，2008，（2）.

[2] 安治國.對煤礦井下風(fēng)電瓦斯閉鎖系統(tǒng)的研究[J].山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)太原有限公司，2013，（14）.

[3] 范辰東.學(xué)新《煤礦安全規(guī)程》 淺談“甲烷風(fēng)電閉鎖”[J].煤礦安全，2003，（1）.

[4] 伍云霞，孫繼平.智能監(jiān)控分站數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控程序?qū)崿F(xiàn)方法[J].煤礦機(jī)電，2010，（4）.

[5] 郎琦.高瓦斯突出礦井風(fēng)電瓦斯閉鎖功能的實(shí)現(xiàn)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2010，（9）.