筒倉瓦斯抽放系統(tǒng)優(yōu)化改造

李育峰

(西山煤電集團(tuán) 西銘礦選煤廠，山西 太原 030052)

隨著礦井裝備的機(jī)械化水平不斷提高，工作面推進(jìn)速度以及煤炭產(chǎn)量得到大幅提高，受其影響毛煤外運(yùn)速度加快，煤體中的吸附瓦斯在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中來不及釋放，就以游離狀態(tài)進(jìn)入選煤廠封閉式筒倉儲存[1].如倉下通風(fēng)不暢，給煤機(jī)工作的落煤口、倉下空間的上隅角等地極易造成瓦斯積聚[2]，若遇火源會發(fā)生燃燒和瓦斯爆炸事故，給安全生產(chǎn)帶來隱患，因此，對選煤廠瓦斯的治理研究受到重視。王兵建等[3]依據(jù)能量守恒定律建立數(shù)學(xué)模型，對長平煤礦圓筒煤倉倉下進(jìn)行了瓦斯積聚分布的規(guī)律研究；郭雅迪等[4]利用Fluent開展了煤倉瓦斯超限治理效果的模擬研究。晉城煤業(yè)集團(tuán)成莊煤礦通過采用倉壁開孔和增設(shè)自然通風(fēng)管以及倉下口給煤機(jī)加裝瓦斯積聚罩的措施，對煤倉瓦斯進(jìn)行抽排，取得了良好效果。晉城煤業(yè)集團(tuán)寺河礦通過安設(shè)局部通風(fēng)機(jī)對煤倉進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，利用局扇對瓦斯進(jìn)行強(qiáng)制抽排，效果良好。西銘礦選煤廠采用局部通風(fēng)機(jī)對瓦斯進(jìn)行強(qiáng)制抽排，但效果不佳。

1 筒倉通風(fēng)現(xiàn)狀及存在問題

西銘礦選煤廠為礦井型選煤廠，設(shè)計(jì)年入洗原煤210萬t.入洗煤種主要是礦井下組8#、9#貧煤?，F(xiàn)有儲裝系統(tǒng)主要包括，兩個(gè)原煤倉(d=15 m，h=20 m，總?cè)萘?×3 000 t)，兩個(gè)精煤倉(d=18 m，h=20 m，總?cè)萘?×4 000 t)以及3個(gè)新原煤萬噸倉(d=21 m，h=35 m,總?cè)萘?×10 000 t)，分別存放原煤和精煤，可實(shí)現(xiàn)不同產(chǎn)品要求的配煤裝車。各煤倉建筑結(jié)構(gòu)不同，其中原煤倉下和精煤倉下的作業(yè)環(huán)境涵蓋地面下方負(fù)二層，通風(fēng)不暢時(shí)更易造成瓦斯積聚空間，成為選煤廠煤倉瓦斯治理的重點(diǎn)區(qū)域。

為有效控制和杜絕瓦斯事故，建廠以來陸續(xù)在所有煤倉上下都配備了5.5 kW、7.5 kW、2×11 kW等不同規(guī)格的風(fēng)機(jī)，強(qiáng)制抽出和稀釋瓦斯，但存在如下問題：原煤倉下251帶式輸送機(jī)頭在夏季、249帶式輸送機(jī)尾在冬季易發(fā)生瓦斯超限報(bào)警現(xiàn)象；精煤倉下瓦斯區(qū)域存在通風(fēng)系統(tǒng)紊亂，空間內(nèi)擴(kuò)散通風(fēng)沒有風(fēng)流導(dǎo)向、新風(fēng)少、漏風(fēng)、風(fēng)流短路、抽放管路工藝設(shè)計(jì)布置不合理，較大程度影響了抽放效能；未實(shí)現(xiàn)雙風(fēng)機(jī)雙電源自動(dòng)切換與閉鎖功能，未從本質(zhì)上提升通風(fēng)系統(tǒng)的可靠連續(xù)性。

2 改造方案

2.1 實(shí)現(xiàn)雙風(fēng)機(jī)雙電源與自動(dòng)切換功能

在每一區(qū)域改造過程中，通風(fēng)主管路配備2臺同等功率的礦用防爆抽出式對旋軸流局部通風(fēng)機(jī)，形成“一用一備”搭配；同時(shí)配備雙電源，分別來自廠變電所一段、二段專用變壓器且同時(shí)帶電的不同電纜與不同母線段的相互獨(dú)立的電源。此外，為了保證供風(fēng)的連續(xù)性設(shè)置了自動(dòng)切換裝置，見圖1，平時(shí)主風(fēng)機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，備用風(fēng)機(jī)處于熱備用狀態(tài)。而當(dāng)主風(fēng)機(jī)有故障處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，備用風(fēng)機(jī)接到主風(fēng)機(jī)停機(jī)信號后，自動(dòng)切換到備用風(fēng)機(jī)，此時(shí)備用風(fēng)機(jī)自動(dòng)開啟。主、副風(fēng)機(jī)的自動(dòng)切換主要依靠控制開關(guān)中加裝信號閉鎖系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。這種模式簡單實(shí)用，便于管理維護(hù)，投資小且供電可靠；同時(shí)在優(yōu)化改造中要使用“三?！?專用開關(guān)、專用電纜、專用變壓器)和加裝不同功能的傳感器實(shí)現(xiàn)區(qū)域瓦斯電、風(fēng)電閉鎖功能。

2.2 運(yùn)用PLC的功能特性實(shí)現(xiàn)智能遠(yuǎn)程監(jiān)控

在廠三號配電室東側(cè)利用原有空余庫房改擴(kuò)建設(shè)計(jì)，建設(shè)了獨(dú)立的風(fēng)機(jī)配電室引入PLC系統(tǒng)，并編程配套相應(yīng)的監(jiān)測控制系統(tǒng)，形成瓦斯區(qū)域基于PLC的智能遠(yuǎn)程監(jiān)控與瓦斯電、風(fēng)電閉鎖聯(lián)動(dòng)控制模塊和現(xiàn)場監(jiān)測裝置，見圖2.

圖1 雙風(fēng)機(jī)雙電源及自動(dòng)切換系統(tǒng)示意圖

圖2 基于PLC的智能遠(yuǎn)程監(jiān)控與瓦斯電、風(fēng)電閉鎖控制示意圖

其中，上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)置在廠調(diào)度室，可實(shí)現(xiàn)對雙風(fēng)機(jī)雙電源及自動(dòng)切換系統(tǒng)的控制與監(jiān)測(如風(fēng)機(jī)啟停、自動(dòng)切換、報(bào)警、實(shí)時(shí)電流值、故障信號、現(xiàn)場瓦斯?jié)舛鹊?。PLC控制模塊設(shè)置在配電室，可實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)配電室的控制，其控制方式為遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、就地手動(dòng)控制。與此同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)故障停機(jī)自動(dòng)切換功能、瓦斯超限停機(jī)功能、瓦電(風(fēng)電)閉鎖功能。

現(xiàn)場監(jiān)測裝置主要包括瓦斯傳感器、監(jiān)控分站、風(fēng)機(jī)開停傳感器等，所有的傳感器接入監(jiān)控分站，利用分站的通信模塊完成對風(fēng)機(jī)及控制設(shè)備的監(jiān)控，同時(shí)完成與上位工控機(jī)之間的數(shù)據(jù)上傳與下達(dá)指令。

2.3 風(fēng)機(jī)管路優(yōu)化設(shè)計(jì)

科學(xué)合理布局“一用一備”通風(fēng)機(jī)數(shù)量與安設(shè)地點(diǎn)，盡可能形成通風(fēng)回路體系和集中布置便于遠(yuǎn)程控制管理。風(fēng)機(jī)由改造前分散布置48臺變?yōu)楦脑旌蠹胁贾玫?6臺。

1)原煤倉下(含256帶式輸送機(jī)負(fù)二層空間)管路優(yōu)化設(shè)計(jì)。

a)考慮倉下給煤機(jī)平臺高度與兩倉中間連接梁厚度達(dá)6 m等因素，抽放主管道不宜布置，在倉內(nèi)空間，故設(shè)計(jì)在倉外東西走向，并在筒倉外圍東側(cè)接“一用一備”礦用防爆抽出式對旋軸流局部通風(fēng)機(jī)；一級支管在筒倉內(nèi)南北走向，利用原煤倉北面風(fēng)機(jī)進(jìn)口作為其中1路主支管，另一路需開鑿孔口，二級支管連接兩倉8臺給煤機(jī)簸箕上方的瓦斯積聚罩和帶式輸送機(jī)導(dǎo)料槽瓦斯積聚罩，見圖3.

圖3 原煤倉下通風(fēng)系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)示意圖

b)優(yōu)化改造原煤倉下空間新風(fēng)源和風(fēng)流導(dǎo)向，拆掉一號倉南側(cè)風(fēng)機(jī)，其孔口根據(jù)瓦斯?jié)舛茸兓鳛樽匀贿M(jìn)風(fēng)口，或安設(shè)排風(fēng)扇。根據(jù)選煤廠當(dāng)?shù)氐乩砦恢门c氣候變化規(guī)律可知，屬于季風(fēng)氣候區(qū)域[5-6].冬夏受不同氣團(tuán)的控制，一年中主導(dǎo)季風(fēng)方向?yàn)槲鞅狈较颉⑽髂戏较?、東南方向，風(fēng)向頻率分別占全年風(fēng)向的38.91%、23.56%和20.17%.當(dāng)主導(dǎo)風(fēng)向與自然通風(fēng)窗開口方向一致時(shí)，進(jìn)入煤倉倉下的有效通風(fēng)量就越大，可以依此合理設(shè)置自然通風(fēng)口。

2)精煤倉下(含524帶式輸送機(jī)負(fù)二層空間)管路優(yōu)化設(shè)計(jì)。

a)拆除原有鑄鐵自然通風(fēng)管，封堵導(dǎo)致風(fēng)流短路的倉壁孔，根據(jù)氣候變化規(guī)律，優(yōu)化改造精煤倉下空間新風(fēng)源自然通風(fēng)口位置，必要時(shí)增設(shè)防爆風(fēng)扇，引導(dǎo)空間風(fēng)流排出倉外。

b)結(jié)合兩倉中間連接梁厚度達(dá)6 m且倉下給煤機(jī)平臺高度較高等因素，抽放主管道也不宜布置在倉內(nèi)空間，故設(shè)計(jì)在倉外東西走向，充分利用筒倉南側(cè)原兩風(fēng)機(jī)口作為主支管進(jìn)口管道并在筒倉外圍西側(cè)接“一用一備”礦用防爆抽出式對旋軸流局部通風(fēng)機(jī)。

c)一級支管在筒倉內(nèi)南北走向，二級支管連接兩倉8臺給煤機(jī)簸箕上方的瓦斯積聚罩和皮帶導(dǎo)料槽瓦斯積聚罩，見圖4.

d)圍繞給煤機(jī)帶式輸送機(jī)落料點(diǎn)實(shí)施523、524負(fù)二層空間的抽放管路的改造，一方面增加帶式輸送機(jī)導(dǎo)料槽密閉長度；另一方面在溜槽前后合理布點(diǎn)增設(shè)瓦斯積聚罩。

3 實(shí)施效果及效益分析

3.1 實(shí)施效果

1)結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，由于通風(fēng)管道的重新合理設(shè)計(jì)布局，最大程度降低了管道風(fēng)阻，提升了通風(fēng)效能。

2)風(fēng)機(jī)數(shù)量的減少(48臺減為26臺)和集中布置，一方面節(jié)約了風(fēng)機(jī)投入成本和電耗生產(chǎn)成本；另一方面降低了生產(chǎn)現(xiàn)場的風(fēng)機(jī)噪音，改善了工作環(huán)境。此外，集中布置方便了維護(hù)，使管理簡單化。

3)雙風(fēng)機(jī)雙電源及自動(dòng)切換裝置和基于PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控閉鎖系統(tǒng)從根本上保障了風(fēng)機(jī)運(yùn)行的可靠性和連續(xù)性。一方面對局部通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)參數(shù)(開關(guān)狀態(tài)、事件記錄、電壓、電流等)的實(shí)時(shí)監(jiān)測監(jiān)控，可以降低排查故障時(shí)間；另一方面操作人員可遠(yuǎn)程操作，完成通風(fēng)和監(jiān)測參數(shù)的設(shè)定與調(diào)整、完成設(shè)備的啟停。

圖4 精煤倉下通風(fēng)系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)示意圖

此外，該系統(tǒng)具備傳感器自檢功能，能夠自動(dòng)檢測傳感器的斷線和斷電等故障，降低維護(hù)檢修的人力、物力成本投入，同時(shí)也降低了檢修維護(hù)時(shí)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 效益分析

1)風(fēng)機(jī)數(shù)量減少48-26=22(臺)，以每臺風(fēng)機(jī)至少3萬元計(jì)算可節(jié)約66萬元。

2)改造前48臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行總功率348.9 kW，改造后總功率310 kW，約下降10%.每年可節(jié)約電耗費(fèi)用：(348.9-310)kW×24 h×0.6元/kWh×30天×12月≈20.17萬元。

3)設(shè)備監(jiān)測自動(dòng)化程度較高，減少了日常的維護(hù)成本和人力投入管理成本。隨著風(fēng)機(jī)設(shè)備的減少，至少可減少4名維護(hù)工人的投入。按每人每月工資3 500元算，每年可節(jié)約人員工資3 500元/人·月4人×12月=16.8萬元。

4)抽放系統(tǒng)改造后，從2019年10月—2019年12月，3個(gè)月的運(yùn)行情況看未發(fā)生故障，杜絕了局部通風(fēng)機(jī)的無計(jì)劃停電停風(fēng)，提高了生產(chǎn)效率。

以上3項(xiàng)本年度共計(jì)可節(jié)約102.97萬元。

4 結(jié) 語

通過筒倉瓦斯抽放系統(tǒng)優(yōu)化改造的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，在風(fēng)機(jī)“一用一備”與“三專兩閉鎖”的基礎(chǔ)上增加了基于PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，全方位確保了通風(fēng)的連續(xù)性、可靠性，同時(shí)重新設(shè)計(jì)了系統(tǒng)管路布局，提升了通風(fēng)效果，為選煤廠的安全生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。