礦井主扇不停風倒機系統(tǒng)設計與應用

武德峰

（山西新元煤炭有限責任公司， 山西 陽泉 045000）

引言

對于高瓦斯礦為了保證煤礦安全生產(chǎn)，避免瓦斯爆炸事故發(fā)生，必須采取合理有效的通風系統(tǒng)，預防瓦斯集聚、降低瓦斯?jié)舛?，但是在實際煤礦生產(chǎn)過程中經(jīng)常需要對礦井主扇進行檢修維護以及主扇倒機切換實驗，造成礦井短暫停風，而高瓦斯礦井在短暫停風時，不僅無法保證礦井采掘工作面正產(chǎn)供風量，而且受礦井巷道不同的斷面規(guī)格、彎曲度、以及沿程阻力等影響，很容易出現(xiàn)風流紊亂以及礦井瓦斯集聚現(xiàn)象，嚴重威脅著煤礦安全生產(chǎn)。對此，新元礦通風部通過技術研究，決定對礦井原主扇倒機系統(tǒng)進行優(yōu)化，提高礦井通風可靠性，保證煤礦安全高效生產(chǎn)。

1 礦井介紹

山西新元煤炭有限責任公司位于陽泉市壽陽縣朝陽鎮(zhèn)草溝村，礦井設計生產(chǎn)能力為5.0 Mt/a，礦井相對瓦斯涌出量為27.21 m3/t，絕對瓦斯涌出量為285.54 m3/min，屬于煤與瓦斯突出礦井。新元礦風機主扇風機采用的是兩臺31號對旋式風機，功率為570 kW，設計風量為254 m3/s，最大負壓為2 721 Pa，分別安裝在主副風道內(nèi)，并在風道進風口處分別安裝立式主風門和檢修風門，如圖1所示。

圖1 斷元礦原主扇通風系統(tǒng)平面示意圖

由于礦井在生產(chǎn)期間要定期對主扇進行倒機實驗，若供電系統(tǒng)和通風設施故障，主扇停風時無法及時啟動備用主扇，將導致礦井倒扇期間需停風，造成礦井內(nèi)供風不足、風流紊亂、瓦斯集聚現(xiàn)象。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2016年新元礦共發(fā)生三起主扇停風事故，致使礦井內(nèi)瓦斯?jié)舛燃凵?，采掘工作面?nèi)最大瓦斯?jié)舛雀哌_3.4%，礦井被迫停產(chǎn)撤人，造成煤礦經(jīng)濟損失54余萬元。

2 原主扇倒機系統(tǒng)主要存在的問題

1）主扇倒機期間無法實現(xiàn)不停風：當原通風系統(tǒng)中主扇正常運行時，主風道中檢修風門和立式主風門處于開啟狀態(tài)，副風道中檢修風門、立式主風門處于關閉狀態(tài)；當主扇倒機時，先關閉主風道通風設施，再打開副風道內(nèi)通風設備。在此期間，若一旦發(fā)生供電系統(tǒng)、通風設備故障，將造成礦井臨時停風，無法實現(xiàn)倒機不停風，導致礦井內(nèi)瓦斯能有害氣體集聚，威脅礦井安全生產(chǎn)。

2）自動化水平低：原通風系統(tǒng)在自運行狀態(tài)下自動化水平相對較低，無法對主扇主要參數(shù)進行監(jiān)測，如風機的電流、電壓、功率、軸承溫度、徑向軸向振動，電機繞組溫度等。一旦主扇發(fā)生故障，不能及時發(fā)現(xiàn)，將影響風機檢修維護工作。

3）設備陳舊、故障率高：在原系統(tǒng)中，風門主要由鋼架框、木板等構成。風門不僅沉重，而且遇溫差變化、積水時很容易出現(xiàn)變形、斷裂現(xiàn)象，并且原風門采用鋼絲繩斜拉的開啟方式，無任何保護裝置，如限位器、轉軸保護、鋼絲繩監(jiān)測儀等，易造成鋼絲繩拉斷、風門損壞等事故。

4）通風設施維護困難：一是在正常通風狀態(tài)下，風門等設施出現(xiàn)故障時無法及時維修；二是維修難度大，維修效果差。

3 原通風系統(tǒng)優(yōu)化

為了實現(xiàn)主扇倒機期間不停風，新元礦通風部通過研究決定對原主扇通風系統(tǒng)進行優(yōu)化，采用ZKKG-1型主扇不停風倒機系統(tǒng)，如下頁圖2所示。

圖2 ZKKC-1主扇倒機不停風系統(tǒng)設備布置平面示意圖

3.1 ZKKG-1型主扇倒機系統(tǒng)組成

ZKKG-1型主要由PLC控制柜、聯(lián)鎖開關、對空風門、立式掛網(wǎng)風門、風門聯(lián)鎖集控系統(tǒng)、風機性能監(jiān)控儀等部分組成。

1）PLC控制柜主要是對各種信號進行處理，并下發(fā)指令，確保倒機系統(tǒng)能夠及時進行聯(lián)鎖作用。該裝置主要由指示燈、信號處理器、顯示屏、接線口以及電源保護裝置等部分組成。

2）該系統(tǒng)中聯(lián)鎖開關共計兩臺，分別用于主扇真空磁力啟動器以及控制柜進行連接，主要是對供電開關進行聯(lián)鎖作用。

3）風門聯(lián)鎖集控系統(tǒng)主要包括信號處理系統(tǒng)和風門聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，主要控制風門液壓轉動軸，確保風門能夠自動關閉、開啟。

4）風機性能監(jiān)控儀主要由信號傳感器和故障傳感器組成。監(jiān)控儀主要與主扇及PLC控制柜進行連接，能夠及時監(jiān)視主扇運行狀態(tài)，并具有自動故障檢測功能。

5）將原通風系統(tǒng)中立式主風門和檢修風門更換為對空風門和立式掛網(wǎng)風門，風門主要由鋁合金構成，質(zhì)量輕且不易變形。

3.2 ZKKG-1型主扇倒機系統(tǒng)工作原理

1）當1號主扇開啟時，主風道內(nèi)對空風門關閉，立式掛網(wǎng)風門處于開啟狀態(tài)，此時副風道內(nèi)所有通風設施及設備處于關閉狀態(tài)。

2）在進行主扇倒機時，通過PLC控制柜信號輸入，使副風道2號主扇開啟預熱，并打開副風道對開風門，立式掛網(wǎng)風門關閉。此時主風道內(nèi)主扇處于正產(chǎn)運轉狀態(tài)，對空風門和立式掛網(wǎng)風門都處于開啟狀態(tài)。

3）待2號主扇預熱10 min后且經(jīng)監(jiān)測儀檢測風機各項運行參數(shù)安全穩(wěn)定后，及時將信號傳遞至PLC控制柜，控制柜接收信號且處理后將“關閉”指令分別傳遞至主風道內(nèi)聯(lián)鎖開關及風門聯(lián)鎖集控系統(tǒng)。此時1號主扇電源關閉停止運轉，對空風門及立掛式風門關閉。同時控制柜將副風道對空風門“關閉”指令和立掛式風門“開啟”指令傳遞至副風道風門聯(lián)鎖集控系統(tǒng)內(nèi)，副風道對開風門關閉、立式掛網(wǎng)風門開啟，完成主扇倒機工序。

4）在倒機期間一旦副風道內(nèi)通風設施及設備出現(xiàn)故障且無法及時開啟時，經(jīng)2號主扇風機性能監(jiān)控儀監(jiān)測后及時將故障信號傳遞至PLC控制柜，控制柜接收信號后將故障點及故障類型直觀顯示在顯示屏上，并對主風道內(nèi)通風設施及設備不下發(fā)倒機指令；當15 min后2號主扇故障仍未處理，通過PLC控制柜及副風道內(nèi)聯(lián)鎖開關作用及時關閉2號主扇電源以及主副風道內(nèi)對開風門。

4 ZKKG-1型主扇倒機系統(tǒng)優(yōu)點

1）與傳統(tǒng)主扇通風系統(tǒng)相比，ZKKG-1型主扇倒機系統(tǒng)實現(xiàn)了在通風動力及供風量不變的情況下，對兩臺主扇進行切換控制，達到一鍵式倒機的目的。2017年2月，新元礦安裝該系統(tǒng)后運行至今，共進行了5次主扇倒機實驗。經(jīng)檢測，倒機期間最大時長為3 min，平均時長為87 s，即可完成整個倒機工序，而且倒機期間礦井內(nèi)未發(fā)生一起瓦斯超限斷電現(xiàn)象，最大瓦斯集聚濃度僅為0.7%，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比大大降低了倒機時間，避免了傳統(tǒng)倒機停風時所造成的礦井內(nèi)瓦斯集聚現(xiàn)象。

2）ZKKG-1型主扇倒機系統(tǒng)具有故障監(jiān)測功能。在倒機期間，一旦主扇及通風設施出現(xiàn)故障，能夠及時進行反饋，在PLC控制柜作用下終止倒機，并對故障進行自動識別監(jiān)測。解決了傳統(tǒng)倒機出現(xiàn)故障時，倒機周期長、故障南翼排除等技術難題，大大降低了人工檢修勞動強度。

3）ZKKG-1型主扇倒機系統(tǒng)智能自動化水平高，成本費用低，整套系統(tǒng)僅需成本費用3.5萬元，而且各個元件動作靈敏度高，受施工條件及環(huán)境影響小。

5 結論

優(yōu)化后的ZKKG-1型主扇倒機不停風系統(tǒng)，實現(xiàn)了一鍵啟動不停風的倒機目的，其自動化水平顯著提高，降低了檢修勞動強度，解決了倒機停風造成礦井瓦斯集聚等難題。