孫艷軍
(冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司,河北 邯鄲 056107)
煤礦井下掘進(jìn)工作面的通風(fēng)主要靠局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng),主要作用就是稀釋和排除掘進(jìn)工作面的有毒有害氣體,并持續(xù)的向掘進(jìn)工作面供給新鮮風(fēng)流。煤礦井下環(huán)境復(fù)雜,供電線路和各種機(jī)電設(shè)備易受到不利因素的影響,一旦出現(xiàn)掘進(jìn)工作面停電停風(fēng),不能持續(xù)向工作面供給新鮮風(fēng)流,就會(huì)造成瓦斯積聚,嚴(yán)重威脅著礦井安全生產(chǎn)[1]?!睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定:高瓦斯、突出礦井的煤巷、半煤巖巷和有瓦斯涌出的巖巷掘進(jìn)工作面正常工作的局部通風(fēng)機(jī)必須配備安裝同等能力的備用局部通風(fēng)機(jī),并能自動(dòng)切換。當(dāng)正常工作的局部通風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時(shí),備用局部通風(fēng)機(jī)能自動(dòng)啟動(dòng),保證掘進(jìn)工作面正常通風(fēng)[2]。因此,保證掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)的供電可靠性、連續(xù)性,對(duì)礦井的安全生產(chǎn)至關(guān)重要[3]。
為進(jìn)一步防范礦井掘進(jìn)工作面因局部通風(fēng)機(jī)停風(fēng),引發(fā)工作面瓦斯超限事故,保障掘進(jìn)工作面供風(fēng)連續(xù)性,在掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)原有“雙風(fēng)機(jī)、雙電源”基礎(chǔ)上,增加1 套局部通風(fēng)機(jī)動(dòng)力源裝置,作為應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)“第3 動(dòng)力源”使用。動(dòng)力源裝置單獨(dú)配備1 套局部通風(fēng)機(jī),作為掘進(jìn)工作面應(yīng)急通風(fēng)使用,以保障掘進(jìn)工作面安全生產(chǎn)。根據(jù)各生產(chǎn)礦井的實(shí)際情況,設(shè)計(jì)了3 種不同方式的應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)動(dòng)力源裝置。
1)第1 種動(dòng)力源裝置。采用蓄電池裝備,作為應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)的動(dòng)力源。
2)第2 種動(dòng)力源裝置。采用風(fēng)動(dòng)局部通風(fēng)機(jī),利用壓風(fēng)動(dòng)力驅(qū)動(dòng),作為應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)的動(dòng)力源。
3)第3 種動(dòng)力源裝置。新敷設(shè)1 路供電電源,作為應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)的動(dòng)力源。電源與現(xiàn)有局部通風(fēng)機(jī)供電電源不在同一回路,可取自35 kV 變電站、中央變電所或采區(qū)變電所,且變電所級(jí)數(shù)不超過2 級(jí)。
峰峰集團(tuán)大淑村礦設(shè)計(jì)開發(fā)了井下“應(yīng)急后備電源蓄電池裝置”,作為應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)的動(dòng)力源,在井下四采區(qū)軌道坡頭專用硐室安裝應(yīng)用,為172401 里下掘進(jìn)工作面的應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)提供動(dòng)力,應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)功率為2×30 kW,風(fēng)筒長(zhǎng)度145 m,供電距離為700 m。
1)第1 種動(dòng)力源裝置設(shè)備布置。該裝置組成部分包括:NJ-90/960f 逆變器1 臺(tái);DXT320/210 防爆特殊型電源裝置1 組;ZJC80/504K(A)充電機(jī)1 臺(tái)。設(shè)備布置如下:①蓄電池裝備安裝在具有獨(dú)立回風(fēng)系統(tǒng)的硐室內(nèi),增加1 臺(tái)逆變器、1 套防爆特殊型電源裝置、充電機(jī)及1 臺(tái)局部通風(fēng)機(jī),作為該掘進(jìn)工作面的1 套應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)裝置;②應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)與原主、備局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)筒使用風(fēng)筒專用三通并聯(lián)連接;③原主、備局部通風(fēng)機(jī)功能及要求不變,應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)只作為主、備局部通風(fēng)機(jī)均異常停運(yùn)后應(yīng)急使用,且具備自動(dòng)切換功能。
2)第1 種動(dòng)力源裝置工作原理。采用3 個(gè)隔爆特殊型電源裝置串聯(lián)輸出直流960 V 電源給逆變器供電,智能監(jiān)測(cè)主、備局部通風(fēng)機(jī)饋電開關(guān)帶電合閘運(yùn)行情況。當(dāng)主、備局部通風(fēng)機(jī)饋電開關(guān)分別都失電掉閘后,逆變器自動(dòng)切換投入運(yùn)行輸出交流660 V電源向備用局部通風(fēng)機(jī)備供電,在任意1 路主、備局部通風(fēng)機(jī)饋電開關(guān)恢復(fù)供電時(shí),逆變器由運(yùn)行自動(dòng)切換至備用。為了防止監(jiān)測(cè)回路故障,在逆變器運(yùn)行期間與備用局部通風(fēng)機(jī)饋電開關(guān)形成閉鎖控制,逆變器運(yùn)行期間備用局部通風(fēng)機(jī)饋電開關(guān)報(bào)風(fēng)電閉鎖故障不能復(fù)位合閘,形成控制回路互鎖保護(hù)[4-6]。172401 局部通風(fēng)機(jī)后備電源供電系統(tǒng)圖如圖1。
圖1 172401 局部通風(fēng)機(jī)后備電源供電系統(tǒng)圖Fig.1 172401 power supply system diagram of backup power supply for local fan
3)第1 種動(dòng)力源裝置運(yùn)行方式。①正常情況下逆變器處于熱備狀態(tài);②3 臺(tái)局部通風(fēng)機(jī)啟停順序:主局部通風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間因高壓“1 路”掉閘造成主局部通風(fēng)機(jī)停機(jī),備用局部通風(fēng)機(jī)自動(dòng)切換啟動(dòng),在發(fā)生高壓“2 路”同時(shí)掉閘后,(此時(shí)主、備局部通風(fēng)機(jī)饋電開關(guān)分別全部失電掉閘,主、備局部通風(fēng)機(jī)全部停運(yùn)),逆變器自動(dòng)由備用切換至運(yùn)行,15 s 后輸出交流660 V 電源向應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)供電,應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn),在任意1 路主、備局部通風(fēng)機(jī)饋電開關(guān)恢復(fù)供電時(shí),逆變器由運(yùn)行自動(dòng)切換至備用,逆變器停止輸出,應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn);③主局部通風(fēng)機(jī)檢修時(shí)風(fēng)電閉鎖切斷動(dòng)力負(fù)荷,備用局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行與應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)1 用1 備,當(dāng)備用局部通風(fēng)機(jī)故障時(shí),應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)啟動(dòng);④備用局部通風(fēng)機(jī)檢修時(shí),主局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行,與應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)1 用1 備,當(dāng)主局部通風(fēng)機(jī)故障時(shí),應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)啟動(dòng),同時(shí)風(fēng)電閉鎖切斷動(dòng)力負(fù)荷;⑤應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)檢修時(shí),主局部通風(fēng)機(jī)與備用局部通風(fēng)機(jī)1 用1 備。
4)第1 種動(dòng)力源裝置應(yīng)用效果。2021 年07 月31 日17 時(shí)30 分,大淑村礦當(dāng)?shù)爻霈F(xiàn)37.4 m/s 的13級(jí)瞬時(shí)大風(fēng),通往礦井的高壓線鐵塔多處刮倒,造成礦井大面積停電。礦172401 里下掘進(jìn)工作面的主局部通風(fēng)機(jī)、備局部通風(fēng)機(jī)同時(shí)停電停風(fēng),應(yīng)急后備電源蓄電池裝置在監(jiān)測(cè)到采區(qū)變電所高壓雙回路停電后,自動(dòng)切換運(yùn)行,保證了所供地區(qū)應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn),確保了該地區(qū)正常通風(fēng)。
峰峰集團(tuán)牛兒莊礦將風(fēng)動(dòng)壓入式軸流局部通風(fēng)機(jī)(簡(jiǎn)稱風(fēng)動(dòng)風(fēng)機(jī))與掘進(jìn)工作面主、備局部通風(fēng)機(jī)并聯(lián)相接,利用風(fēng)動(dòng)風(fēng)機(jī)動(dòng)力源為壓縮空氣的工作原理,研制了掘進(jìn)工作面“三風(fēng)機(jī)、雙動(dòng)力源”局部通風(fēng)裝置,實(shí)現(xiàn)了井下掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)“3 臺(tái)風(fēng)機(jī)”、“2 種動(dòng)力源”、“智能切換”,在發(fā)生掘進(jìn)工作面主、副風(fēng)機(jī)同時(shí)停止運(yùn)轉(zhuǎn)后,保證能夠自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)動(dòng)風(fēng)機(jī),實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面連續(xù)供風(fēng)。
1)第2 種動(dòng)力源裝置設(shè)備布置。該裝置組成部分包括:FQNo5.0 礦用氣動(dòng)壓入式風(fēng)機(jī)1 臺(tái),KXJ127礦用隔爆兼本安型PLC 控制箱1 臺(tái),F(xiàn)QNo-2 礦用自動(dòng)軸流氣動(dòng)風(fēng)機(jī)專用控制箱1 臺(tái),礦用風(fēng)筒風(fēng)量開關(guān)傳感器。設(shè)備布置如下:①在掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)“雙風(fēng)機(jī)、雙電源”基礎(chǔ)上,新增1 套風(fēng)動(dòng)壓入式軸流局部通風(fēng)機(jī)作為應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī);②新增1套風(fēng)筒傳感器安裝于風(fēng)筒上,新增1 套風(fēng)動(dòng)壓入式軸流局部通風(fēng)機(jī)專用控制箱及礦用隔爆兼本安型PLC 控制箱,作為應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)切換控制系統(tǒng);③在風(fēng)筒上新增1 套鐵質(zhì)三通風(fēng)筒,實(shí)現(xiàn)應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)與原主、備局部通風(fēng)機(jī)的連接和轉(zhuǎn)換。
2)第2 種動(dòng)力源裝置工作原理。掘進(jìn)工作面“三風(fēng)機(jī)雙動(dòng)力源”局部通風(fēng)裝置主要包括現(xiàn)有的局部通風(fēng)機(jī)“三專兩閉鎖”、“雙風(fēng)機(jī)、雙電源”及自動(dòng)切換裝置,和風(fēng)動(dòng)風(fēng)機(jī)、PLC 控制箱、氣動(dòng)風(fēng)機(jī)專用控制箱、礦用風(fēng)筒風(fēng)量開關(guān)傳感器等。主、備局部通風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí), 風(fēng)動(dòng)風(fēng)機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)。當(dāng)主、備局部通風(fēng)機(jī)同時(shí)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),安裝于風(fēng)筒上的風(fēng)筒開停傳感器將信號(hào)傳輸給礦用隔爆兼本安型PLC 控制箱,PLC 控制風(fēng)動(dòng)風(fēng)機(jī)專用控制箱內(nèi)的電磁閥自動(dòng)打開,從而使風(fēng)動(dòng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng),實(shí)現(xiàn)了與主、副局部通風(fēng)機(jī)開停的無縫銜接, 保證了井下掘進(jìn)面正常供風(fēng),從根本上杜絕了掘進(jìn)工作面由于主、備局部通風(fēng)機(jī)停運(yùn)造成的瓦斯超限。風(fēng)動(dòng)風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中,主、備局部通風(fēng)機(jī)中的任意1 臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí),風(fēng)筒上的風(fēng)筒開停傳感器檢測(cè)到信號(hào)并將信號(hào)傳輸給PLC觸發(fā)信號(hào),此時(shí),控制箱中的電磁閥自動(dòng)關(guān)閉,風(fēng)動(dòng)風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行。
3)第2 種動(dòng)力源裝置運(yùn)行方式。①3 臺(tái)局部通風(fēng)機(jī)啟停順序:主局部通風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間因故停機(jī),備用局部通風(fēng)機(jī)啟動(dòng);當(dāng)主、備局部通風(fēng)機(jī)同時(shí)停止運(yùn)行后,風(fēng)筒開停傳感器將信號(hào)傳輸給PLC 控制箱,PLC 控制應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)專用控制箱內(nèi)的氣動(dòng)閥門自動(dòng)打開, 應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)啟動(dòng);②主局部通風(fēng)機(jī)檢修時(shí),風(fēng)電閉鎖切斷動(dòng)力負(fù)荷,備用局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行,備用局部通風(fēng)機(jī)與應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)1 用1 備,備用局部通風(fēng)機(jī)因故停機(jī)時(shí),應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)啟動(dòng);③備用局部通風(fēng)機(jī)檢修時(shí),主局部通風(fēng)機(jī)與應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)1 用1 備,主局部通風(fēng)機(jī)因故停機(jī),應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)啟動(dòng),同時(shí)風(fēng)電閉鎖切斷動(dòng)力負(fù)荷;④應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)檢修時(shí),主局部通風(fēng)機(jī)與備用局部通風(fēng)機(jī)1 用1 備。
4)第2 種動(dòng)力源裝置試驗(yàn)效果。氣動(dòng)風(fēng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、安全性能好等特點(diǎn)。風(fēng)動(dòng)風(fēng)機(jī)采用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)馬達(dá),從而帶動(dòng)葉輪,其適用于煤礦井下局部瓦斯體積分?jǐn)?shù)較高的環(huán)境下使用。該裝置通過礦用風(fēng)筒風(fēng)量開關(guān)傳感器監(jiān)測(cè)主、備局部通風(fēng)機(jī)開停情況,反饋到PLC 控制箱,控制電磁閥動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)主、備局部通風(fēng)機(jī)與風(fēng)動(dòng)風(fēng)機(jī)的智能切換,全程無人操作,性能穩(wěn)定可靠。在主、備局部通風(fēng)機(jī)同時(shí)出現(xiàn)故障時(shí),該裝置自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)動(dòng)風(fēng)機(jī),做到與原有主、備局部通風(fēng)機(jī)無縫銜接,保證井下掘進(jìn)面連續(xù)供風(fēng),從根本上杜絕了掘進(jìn)工作面由于主、備局部通風(fēng)機(jī)同時(shí)停運(yùn)而造成的瓦斯超限事故[7-8]。
峰峰集團(tuán)萬年礦-240 泵房變電所有3 趟電源來自35 kV 變電站,為提高局部通風(fēng)機(jī)供電可靠性,杜絕主備風(fēng)機(jī)同時(shí)停電停機(jī),從該變電所向掘進(jìn)工作面引入第3 趟局部通風(fēng)機(jī)專用電源,增加1 臺(tái)局部應(yīng)急通風(fēng)機(jī),提高局部通風(fēng)機(jī)可靠性。
1)第3 種動(dòng)力源裝置設(shè)備布置。設(shè)備布置如下:①新增1 趟專用供電線路作為應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)的供電電源,該電源可取自35 kV 變電站、中央變電所或采區(qū)變電所,且變電所不超過2 級(jí),與原主、備局部通風(fēng)機(jī)供電電源處于不同的下井回路[9];②新增1 套應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)及專用控制設(shè)備及線路。
2)第3 種動(dòng)力源裝置工作原理?,F(xiàn)有的局部通風(fēng)機(jī)雙電源開關(guān)型號(hào)為QBZ-2×120SF(1#),增加1臺(tái)QBZ 80、120/1140(660)(2#)雙電源開關(guān),控制第3 臺(tái)應(yīng)急風(fēng)機(jī),利用QBZ-2×120SF 雙電源切換開關(guān)接主機(jī)、備機(jī)。QBZ80、120/1140(660)開關(guān)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,控制回路簡(jiǎn)單,擴(kuò)展改造方便,利用QBZ80、120/1140(660)開關(guān)接應(yīng)急風(fēng)機(jī),在不增加任何控制元件破壞開關(guān)防爆性能的前提下,使用2 臺(tái)開關(guān)內(nèi)部本身的控制元件實(shí)現(xiàn)局部通風(fēng)機(jī)切換。通過對(duì)2 種開關(guān)的控制線路進(jìn)行設(shè)計(jì)改造,當(dāng)主機(jī)啟動(dòng)后,應(yīng)急風(fēng)機(jī)為實(shí)現(xiàn)待轉(zhuǎn)狀態(tài),將主機(jī)輔助觸點(diǎn)常開點(diǎn)KM1-1作為應(yīng)急風(fēng)機(jī)待轉(zhuǎn)狀態(tài)的啟動(dòng)信號(hào),此觸點(diǎn)與應(yīng)急風(fēng)機(jī)的10、11 號(hào)線串聯(lián)后達(dá)到應(yīng)急風(fēng)機(jī)待轉(zhuǎn)功能;此外,將備機(jī)輔助觸點(diǎn)常閉點(diǎn)KM3-2 引出后與應(yīng)急風(fēng)機(jī)KA 繼電器控制回路串聯(lián),實(shí)現(xiàn)備機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)應(yīng)急風(fēng)機(jī)的功能。在實(shí)現(xiàn)3 臺(tái)局部通風(fēng)機(jī)自動(dòng)切換功能的過程中,關(guān)鍵設(shè)置是調(diào)節(jié)好轉(zhuǎn)換時(shí)間,主機(jī)轉(zhuǎn)備機(jī)的時(shí)間T1為開關(guān)保護(hù)器設(shè)定,使用中設(shè)定為0 s,應(yīng)急風(fēng)機(jī)QJ 時(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間T2設(shè)定為4 s(為保證正常切換,時(shí)間T1<T2,目的就是保證在T2時(shí)間內(nèi),備機(jī)正常情況下啟動(dòng)而應(yīng)急風(fēng)機(jī)不得啟動(dòng),同時(shí)備機(jī)故障情況下應(yīng)急風(fēng)機(jī)正常啟動(dòng))。3 風(fēng)機(jī)第3 趟電源接線示意圖如圖2。
圖2 3 風(fēng)機(jī)第3 趟電源接線示意圖Fig.2 Schematic diagram of the third power connection of the third fan
3)第3 種動(dòng)力源裝置運(yùn)行方式。①3 臺(tái)局部通風(fēng)機(jī)啟停順序:主局部通風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間因故停機(jī),備用局部通風(fēng)機(jī)啟動(dòng),當(dāng)備用局部通風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行后,應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)啟動(dòng);②主局部通風(fēng)機(jī)檢修時(shí),風(fēng)電閉鎖切斷動(dòng)力負(fù)荷,備用局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行,備用局部通風(fēng)機(jī)與應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)1 用1 備,備用局部通風(fēng)機(jī)因故停機(jī)時(shí),應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)啟動(dòng);③備用局部通風(fēng)機(jī)檢修時(shí),主局部通風(fēng)機(jī)與應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)1 用1 備,主局部通風(fēng)機(jī)因故停機(jī),應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)啟動(dòng),同時(shí)風(fēng)電閉鎖切斷動(dòng)力負(fù)荷;④應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)檢修時(shí),主局部通風(fēng)機(jī)與備扇局部通風(fēng)機(jī)1用1 備。
4)第3 種動(dòng)力源裝置取得效果。使用2 臺(tái)雙電源切換開關(guān)控制3 臺(tái)局部通風(fēng)機(jī)自動(dòng)切換,實(shí)現(xiàn)了局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行不間斷、風(fēng)流不間斷,提高了局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)可靠性。3 臺(tái)局部通風(fēng)機(jī)的供電方式、風(fēng)機(jī)型號(hào)、性能完全相同,供風(fēng)量基本相同,完全滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需求。3 臺(tái)局部通風(fēng)機(jī)自動(dòng)切換過程中,延時(shí)均為0 s(備機(jī)電源停電情況下主機(jī)直接切換應(yīng)急風(fēng)機(jī)延時(shí)時(shí)間為4 s),實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)切換過程中供風(fēng)不間斷的功能,尤其是主機(jī)啟動(dòng)應(yīng)急風(fēng)機(jī)自動(dòng)停機(jī),主機(jī)不啟動(dòng)應(yīng)急風(fēng)機(jī)不停機(jī)的功能,實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急風(fēng)機(jī)恢復(fù)主機(jī)運(yùn)行過程中不間斷供風(fēng)[10]。
峰峰集團(tuán)針對(duì)煤礦井下掘進(jìn)工作面連續(xù)通風(fēng)的特殊需求,在掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)原有“雙風(fēng)機(jī)、雙電源”基礎(chǔ)上,從提高風(fēng)機(jī)供電可靠性的實(shí)際出發(fā),設(shè)計(jì)采用了3 種不同形式的應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)動(dòng)力源裝置在各生產(chǎn)礦井應(yīng)用,取得了良好的使用效果,確保了掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)安全可靠。