煤礦通風機不停風倒機技術的研究

◎張永鵬

我國井工煤礦均存在瓦斯，而瓦斯則是影響礦井安全生產的一個主要的危險源。礦井通風系統承擔著從井下排出有毒氣體，提供新鮮空氣的重要任務?，F在我國大部分礦井所使用的通風設備都是上世紀的產品，普遍比較陳舊，存在各種不足，尤其是需要停風倒機，而且停機時間過長，從而導致礦井短時間通風能力不足，井下瓦斯?jié)舛人查g集聚超限而增加了發(fā)生重大安全事故的幾率，這種情況隨著礦井開采深度的加大和工作面的延伸，問題更加突出，嚴重威脅礦井安全生產和煤礦工人的人身安全。

一、邢臺礦通風現狀及存在的問題

邢臺礦現有礦井配有獨立完善的通風系統，通風方式為混合式，主要通風機的工作方法為抽出式，而礦井主通風機均需每月主備切換一次，以便對礦井主通風機機械和電氣部分進行預防性檢修。現在主備用礦井主通風機倒機均由手動完成，具體操作程序為：停主風機→關閉主風機風門→開啟備用風機風門→啟動備用風機，風機倒機完成。由于主備用風機倒機需要時間，因此存在如下問題：1.倒機過程中必然存在井下短暫無風，井工礦井容易造成瓦斯超限；2.備用風機冷備用，如果備用風機因某種原因突然無法啟動，而運行風機已停止，容易引發(fā)事故。3.在備用風機故障情況下，即使迅速恢復原風機運行，也會造成倒機時間較長，是重大安全隱患。如何保證新風井在礦井主通風機倒機過程中風量、負壓的平穩(wěn)過渡，有效的抑制瓦斯超限，從解決倒機過程中通風系統失穩(wěn)的問題入手，設計倒機方案，最終實現新建的西井礦井主通風機更加優(yōu)秀的倒機模式，對礦井安全生產意義重大。

二、通風機不停風倒機技術實現過程

根據對礦井主扇風機倒機控制系統設計要求及關鍵問題的分析，礦井主扇風機倒機控制系統的核心問題一是控制通風系統穩(wěn)定，以保證井下瓦斯不超限；二是倒機前確定備用風機運行狀態(tài)良好，并降低倒機時間。對此，考慮實現通風機不停風倒機的功能。

（一）技術要求

通風機不停風倒機技術要實現對通風機及附屬設備運行狀態(tài)、性能參數的在線監(jiān)測功能，能實現對通風機及其附屬設備的起?？刂萍氨Ｗo，能實現一鍵不停風自動倒機功能，并具備主扇故障自動判別功能，能在無人值守的主扇故障工況下實現自動不停風倒機，起機時間不超過十分鐘，不能出現井下無風情況。

（二）實施方案

1.系統構成。礦井主扇不停風倒機系統主要包括不停風倒機風門系統和不停風倒機在線監(jiān)控系統。不停風倒機風門系統由立式掛網主風門、對空短路副風門和閘板檢修風門組成，其設計結構及布置結構滿足不停風倒機的需要，并滿足一風機正常運轉，另一風機熱備、測試和進行維修維護的需要。所有風門工作壓力能承受不小于礦井負壓的3倍。不停風倒機監(jiān)控系統，能夠實現對通風機及附屬設備運行狀態(tài)、性能參數等的實時監(jiān)控，能夠實現對不停風倒機風門系統的自動控制。

2.技術關鍵。立式掛網主風門和對空短路副風門均采用自密式旋葉風門，風門及門框材質應滿足設備使用強度及剛度要求，風門關閉時應保證密閉性好，漏風少；該風門運行采用電動執(zhí)行機構，其驅動方式應為電動、手動兩用，開閉要靈活、快速、準確、可靠，且使用方便，開啟/關閉時間應在40秒內，風門系統應帶傳感器，顯示風門啟閉狀態(tài)。監(jiān)控系統能夠完成對通風機及附屬設備運行狀態(tài)、性能參數的在線監(jiān)測功能，能實現對通風機及其附屬設備的起?？刂萍氨Ｗo，能實現一鍵不停風自動倒機功能，并具備主扇故障自動判別功能，能在無人值守的主扇故障工況下實現自動不停風倒機。

3.控制技術。（1）風門規(guī)格尺寸與風機、風道尺寸相配套。風門承受壓力不得小于礦井負壓的3倍。（2）立式掛網風門和對空測試風門均采用自密式旋葉風門。自密式旋葉風門要求齒輪齒條傳動，配就地控制箱。（3）備用檢修風門應采用立式閘板風門，閘板風門配備就地控制箱。（4）風機監(jiān)控具遠方、集中和就地控制功能，正常情況下在電腦上自動實現或使用遠方一鍵控制風機的啟停和切換，使井下風量在對風機操作過程中仍然保持平穩(wěn)過渡；遇到特殊狀況時，可以人工手動方式在監(jiān)控室或者就地實現風機、風門、高壓柜等設備的啟、停。（5）系統選用高性能PLC控制，并配備上位機，通過操作臺按鈕對通風機啟、停進行操作；計算機可對通風機各種運行參數和信號的數據采集，儲存、分析和判斷，自動對風機的電氣故障、機械故障和性能故障的三類故障進行分類，針對致命性故障和非致命性故障給出處理建議，預先報警、直至做出相應的控制，確保風機運轉更加安全可靠。（6）系統的不停風自動倒機功能，由值班人員在集控室內，通過監(jiān)控界面或者操作柜上“一鍵操作”啟動的倒機模式，自動完成倒機過程。

（三）系統不停風倒機過程

1#風機運行，2#風機備用，1#→2#風機進行不停風倒機，全程均由PLC自動控制。首先，開啟2#對空副風門，待全開后（31s時），2#風機啟動，風機啟動運行穩(wěn)定；接下來停1#風機（45s時），緊接著同時開啟2#主風門和1#對空副風門，關閉1#主風門；再下來關閉2#對空副風門（60s時），1min19s時2#主風門和1#對空副門開度100%，1#主風門完全關閉；最后，關閉1#對空副風門，1min30s時完全關閉，倒機成功。

三、研究結果與礦井原倒機技術比較

將老回風井停風倒機技術與新建的新風井不停風倒機技術進行比較，新倒機技術具有較大優(yōu)勢：不停風倒機技術在倒機過程中不停風，杜絕了井下因停風而導致瓦斯積聚的重大安全隱患；該技術將原來“停機倒機”模式下的備用風機冷備用狀態(tài)變?yōu)槭紫葐拥臒醾溆?，克服了原倒機模式中備用風機冷備用狀態(tài)下因某種原因突然無法啟動的安全隱患；不停風倒機技術的應用實現了礦井主通風機倒機過程中井下風量波動時間不超過40s，倒機過程中最低通風量不低于正常通風量的40%，最低供風量持續(xù)時間不超過10秒，倒機時間大大縮短，技術改進后的倒機時間縮短為傳統“停風倒機”所需時間的1/5。此外，該系統的實時在線監(jiān)測等功能實現了對主通風機及其配套設備的主要性能參數的監(jiān)控，并能夠在監(jiān)控中心同步顯示風機及風門系統的模擬運行畫面，監(jiān)測風機開停信號、正反風信號、風門啟閉信號，實現了對監(jiān)測數據的實時動態(tài)顯示、存儲、查詢、打印等功能，方便了人員的監(jiān)控管理和操作；特別是通過系統實現了一鍵倒機、一鍵啟機，操作簡單，安全可靠。

四、結語

2019年不停風倒機技術在邢臺礦新井主扇通風機的應用，運行至今運行一切正常，不停風倒機技術的應用縮短了倒機時間，同時克服了傳統倒機方式下倒機過程中井下無風的技術難題，對于高瓦斯礦井和深部開采礦井在倒機過程中常見的瓦斯超限的安全隱患治理具有重要意義；一鍵啟機、一鍵倒機簡化了操作流程，提高了倒機速度，保障了倒機過程中的可靠性；通風機熱備用的思想，提高了通風機倒機的成功率；在線監(jiān)控改變通風設備原有定期檢修為狀態(tài)檢修，提高了通風設備的安全性，保證了通風設備的經濟、可靠運行。