巷道排瓦斯自動調(diào)速裝置的設(shè)計與應(yīng)用

姚斌重

（霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司通風(fēng)部，山西 霍州 031400）

1 工程概況

煤礦井下局部通風(fēng)機(jī)的恒速運轉(zhuǎn)帶來的“一風(fēng)吹”現(xiàn)象是導(dǎo)致瓦斯爆炸事故的主要因素，因此霍州煤電集團(tuán)通風(fēng)部根據(jù)李雅莊煤礦井下局部通風(fēng)機(jī)的現(xiàn)狀，與煤科院重慶研究院聯(lián)合開發(fā)了基于變頻調(diào)速技術(shù)的“巷道排瓦斯自動調(diào)速裝置”，來解決李雅莊礦井下通風(fēng)安全問題。

該裝置可以對該地點的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行實時的監(jiān)測，同時基于變頻調(diào)速器和自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)輸入電源的頻率，自動控制局部通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速及瓦斯排放量，從而達(dá)到按需求進(jìn)行通風(fēng)的目的，實現(xiàn)了煤礦井下瓦斯的智能安全排放，消除了因“一風(fēng)吹”造成的安全隱患。在正常通風(fēng)情況下，根據(jù)所需風(fēng)量可自動或手動調(diào)節(jié)，無需風(fēng)機(jī)長期滿負(fù)荷運行，達(dá)到節(jié)能的理想效果。在局部通風(fēng)機(jī)供電線停電時，本裝置可自動切換到正常線路上保障運行，同樣在主用通風(fēng)機(jī)與備用通風(fēng)機(jī)之間也可以實現(xiàn)故障時自動切換。本裝置具備瓦斯電閉鎖、風(fēng)電閉鎖功能，可以簡化煤礦相關(guān)其他配置所需（如饋電開關(guān)、軟啟動器等），達(dá)到集成化，EMC設(shè)計能與監(jiān)控系統(tǒng)等完全兼容，具有良好的匹配性。

2 主要技術(shù)原理及特點

2.1 系統(tǒng)工作原理

巷道排瓦斯自動調(diào)速裝置是根據(jù)掘進(jìn)巷道瓦斯?jié)舛鹊拇笮〔捎媚：刂萍夹g(shù)自動調(diào)節(jié)局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)量的一種專用變頻器。調(diào)速裝置依據(jù)3只瓦斯傳感器（分別放置于工作面、回風(fēng)處和全風(fēng)壓混合口）所檢測的瓦斯?jié)舛?，通過自控排瓦斯和自控通風(fēng)兩種工作模式來調(diào)節(jié)局部通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

該裝置井下布置示意圖見圖1所示。裝置的調(diào)速系統(tǒng)啟動后，系統(tǒng)自動進(jìn)到自控排放狀態(tài)，利用傳感器T3對全風(fēng)壓混合口瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行檢測，通過檢測數(shù)據(jù)來自動調(diào)節(jié)局部通風(fēng)機(jī)F的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)瓦斯排放的高效性和安全性。當(dāng)傳感器T3檢測到的瓦斯?jié)舛鹊陀诎踩禃r，裝置會自動進(jìn)入到自控通風(fēng)模式。通過T1、T2處的瓦斯?jié)舛?，共同完成局部通風(fēng)機(jī)F轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)，保障井下供風(fēng)的要求。在自控通風(fēng)模式下，如果T3濃度超過設(shè)定值，又自動進(jìn)入自控排瓦斯模式，將全內(nèi)壓混合口處瓦斯?jié)舛瓤刂圃凇睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定的安全值以下，避免瓦斯超限，減少瓦斯事故，徹底杜絕了“一風(fēng)吹”。

圖1 巷道排瓦斯自動調(diào)速裝置井下布置示意圖

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

該裝置的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 主要技術(shù)參數(shù)

2.3 關(guān)鍵技術(shù)及特點

巷道排瓦斯自動調(diào)速裝置的設(shè)計采用了模糊控制理論、SVPWM變頻調(diào)速技術(shù)、高效熱管自冷散熱技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。針對煤礦井下通風(fēng)因“一風(fēng)吹”而形成的瓦斯?jié)舛瘸迒栴}設(shè)計的自動排放裝置，取代了以往需要人工輔助控制的模式，實現(xiàn)了煤礦瓦斯排放自動化，避免瓦斯?jié)舛瘸?，降低瓦斯爆炸事故率，徹底解決了因通風(fēng)機(jī)恒速運轉(zhuǎn)而造成的“一風(fēng)吹”排放瓦斯問題。

該裝置具有雙電源雙變頻自動切換、局部通風(fēng)機(jī)軟啟動、手動控制頻率、節(jié)能環(huán)保、安全可靠、功能齊全、人機(jī)界面友好、保護(hù)完善等特點，避免“一風(fēng)吹”，安全高效排放瓦斯，自動化程度高，技術(shù)領(lǐng)先。

2.4 該裝置的技術(shù)適用性分析

該裝置是一種雙電源雙變頻煤礦排瓦斯專用設(shè)備，適用于各大中型煤礦井下控制分巷道掘進(jìn)工作面的局部通風(fēng)機(jī)（功率≤110kW），通過對各關(guān)鍵點瓦斯?jié)舛鹊淖詣訖z測來對局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行智能風(fēng)量調(diào)節(jié)。而且一臺該設(shè)備可控制兩臺通風(fēng)機(jī)，實現(xiàn)安全、高效、自動排放瓦斯的目的，不但減少了設(shè)備投入，還保障了煤礦安全生產(chǎn)，同時節(jié)省能源。

3 應(yīng)用情況及其效果

2015 年“巷道排瓦斯自動調(diào)速裝置”設(shè)計研制成功，在霍州煤電集團(tuán)李雅莊煤礦進(jìn)行了工業(yè)性試驗和現(xiàn)場運行。經(jīng)過對該裝置的自控通風(fēng)狀態(tài)、自控排瓦斯?fàn)顟B(tài)、雙機(jī)切換功能、整機(jī)長期運行等性能的工業(yè)性試驗，表明該產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到設(shè)計要求。該煤礦各井應(yīng)用裝置的數(shù)據(jù)情況如表2所示。

表2 巷道排瓦斯自動調(diào)速裝置應(yīng)用數(shù)量情況

該裝置自控排瓦斯過程示意圖如圖2所示。

圖2 自控排瓦斯過程示意圖

從以上分析可知，巷道排瓦斯自動調(diào)速裝置在霍州煤電集團(tuán)李雅莊煤礦的實踐應(yīng)用效果良好。該裝置能改善井下通風(fēng)環(huán)境，實現(xiàn)了安全高效瓦斯自動排放。

巷道排瓦斯自動調(diào)速裝置與傳統(tǒng)工作方式性能對比如表3所示。

表3 性能對比表

此后該礦陸續(xù)采購了50余套該設(shè)備并進(jìn)行了應(yīng)用，解決了困擾煤礦的安全生產(chǎn)問題，同時為企業(yè)年節(jié)約電能1000余萬千瓦時，使煤礦轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝Ч?jié)能型企業(yè)。