煤矿主通风机不停风倒机系统优化

煤矿主通风机不停风倒机系统优化

刘金虎  ,叶红波 ,穆景峰

（徐矿能源股份有限公司庞庄分公司芦家窑项目部  山西  朔州 036000）

摘  要：由主通风机造成的“通风失稳”若得不到及时处理，会引发瓦斯积聚、超限，甚至瓦斯爆炸事故，对煤矿安全生产的影响将是灾难性的。尤其是需要停风倒机，而且倒机时间过长。在此期间，主通风风机倒机期间通风动力的不能持续供应，导致矿井短时间通风能力不足，造成瓦斯含量瞬时超标，威胁到矿井的安全生产和工人的生命安全。对现有的矿井通风系统进行改进和革新，结束主扇倒机需要停风的历史，在矿井生产中持续为井下提供足够的风量，控制瓦斯含量，排除通风不畅导致的安全隐患。

关键词：矿井通风；通风能力；瓦斯；安全隐患

1、主扇风机不停风倒机系统的作用及影响

因为主通风机在定期倒机过程中的“短时停风”以及由于传统的“停机倒机”模式中备用风机为冷备用方式，一旦备用风机因为故障无法启动，主通风机在短时间内将难以恢复，对于“高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井”，很容易引发瓦斯超限事故，影响煤矿的生产安全。为此将通风机热备用，可以保证在主通风机倒机期间通风的持续供应，具备主通风机不停风自动倒机、“一键式”操作和自动识别故障的功能，通过自动控制快速开启或闭合自密型新式风门，实现通风机的快速切换，使倒机过程中对通风系统的影响变为“风量波动”，倒机时间缩短，使得主扇通风机倒机这个安全的薄弱环节得到了解决，对矿井的安全生产有重大意义。

2、主扇风机不停风倒机系统倒机过程

根据通风机的启动特点，持续时间与风阻和启动电流的大小有关。不停风倒机系统的风路切换是由4个自密式旋叶风门联合完成，通过一定的控制策略，实现了通风机倒机期间的通风稳定，进一步解决了倒机期间的瓦斯超限问题，并通过自动控制系统予以实现：

① 1号风机正常运转中，倒机开始，先打开2号水平对空短路风门，开启备用2号风机。

② 备用风机2号运转正常后，打开1号水平对空短路风门，同时关闭1号立式挂网风门，1号风机过渡到空运转状态。

③ 打开已运转2号备用旁的2号立式挂网风门，关闭2号水平对空短路风门，进入正常通风网络运转状态。

④ 2号备用风机挂网运转正常后，停下原运转1号风机，倒机过程完成。

此外，针对由于风机故障导致停机而由此引发的井下停风和瓦斯超限的严重后果，成功实现了风机故障自动识别倒机，有效遏制通风机引发的通风系统事故扩大，实现煤矿主通风机无人值守。其识别倒机过程如下：

① 设1号风机在运转中出现故障，系统通过在线监测单元检测对其进行检测并发现故障，先打开2号水平对空短路风门，开启2号备用风机，同时将1号风机故障所产生的电信号发送到风机故障数据库进行数据比对，判定此故障是否可以自我恢复或为短时故障。

② 2号备用风机运转正常，同时系统不断对原1号风机进行检测。当判定此故障为可恢复故障或短时故障时，继续对1号风机进行检测，不实施倒机；当判定此故障不可以自我恢复或非短时故障时，立即实施倒机，将1号风机转为备用。

③ 系统对1号风机实施报警，记录风机故障数据，并显示风机故障数据比对结果，方便风机的故障排查。

3、矿井主扇风机不停风倒机系统的优化技术方案

3.1 通风机故障预警和故障诊断

将主通风机故障划分为电气故障、机械故障、性能故障的传统分类方法，将通风机故障分为致命性故障和非致命性故障两大类，前者直接导致通风失稳，立即采取应对措施；后者则是可以允许通风机带病运行一段时间。

3.2 基于备用通风机热备用提高通风机倒机的成功率

如图3-1和3-2所示，在地面风道顶部安装“水平对空自密式旋叶风门（简称：水平对空短路风门）”和在风道内布置“立式挂网自密式旋叶风门（简称：立式挂网风门）。当该风机挂网运行时，两个自密式旋叶风门分别处于图3-1所示的运行状态。

图3-1 风机挂网运行时风门位置示意图

当备用风机需要由冷备用改变成热备用状态倒机时，两个自密式旋叶风门将分别切换到图3-2所示位置，这样可以解决原“停机倒机”模式下备用风机无法提前启动进入热备用的弊病，实现备用风机的倒机前热备用。另外，根据轴流式通风机的启动特点，备用风机启动电流的大小和持续时间与等效到该通风机侧的风阻有关；这样在原通风系统增加水平对空短路风门，降低启动时的通风阻力，还可以提高备用风机电机启动的成功率。

图3-2 风机热备用运转时风门位置示意图

3.3基于“风门顺序控制”和“通风机热备用”的“不停风倒机”过程设计

在主通风机倒机过程中，四个自密式旋叶风门联合动作需要精确的时序配合，需要首先实测风机性能曲线和风门的风阻特性曲线，并利用通风机并联运行的分风理论对倒机过程的动作时序反复进行数值模拟后，优选效果最佳的控制策略后实现的，控制策略优选过程中既要保证使风机并联运行风路切换过程中通风机的工况点不会落入喘振区危及设备的安全，又要保证通风的稳定（防止风量骤减陷入原“停机倒机”的故有缺陷和风量剧增造成井下扬尘），以确保实现风门动作时序的准确配合。

4、矿井主扇风机不停风倒机系统的组成及功能

4.1 不停风倒机监控系统

不停风倒机监控系统，能够完成对通风机及附属设备运行状态、性能参数的在线监测功能，并能实现对通风机的起停控制及保护，能实现正常和风机故障下的倒机功能。正常情况下在电脑上自动实现或使用远方一键控制风机的启停和切换，使井下风量在对风机操作过程中仍然保持平稳过渡；遇到特殊状况时，可以人工手动方式在监控室或者就地实现控制液压站、润滑站、风门、高压柜、软启动，叶片、风门等设备的启、停。

4.2 不停风倒机风门系统

不停风倒机风门是由自密式旋叶风门构成，此外还根据现场工况需要，配合立式闸板检修风门同时使用。自密式旋叶风门主要是由叶片、门框、执行机构构成，有两种开启模式（有电开启、无电手动），目前在一些矿井也开始应用。此外，风门的电控部分安装在风道附近，可以实现就地开关执行，是远程自动倒机系统的备用。

5、矿井主扇风机不停风倒机系统展望

煤矿通风机不停风倒机运行后，避免了因倒机过程中通风中断造成的瓦斯积聚、超限现象，消除安全隐患，提高通风系统的安全可靠性，保障了煤矿的安全生产，具有良好的社会效益；主通风机倒机期间瓦斯超限问题的消除，减少了原来倒机造成瓦斯超限排放的时间，为煤矿提供时间保证，可以提高煤炭的产量。

作者：刘金虎，男，1987年10月生，2010年7月毕业于中北大学，徐矿能源股份有限公司庞庄分公司芦家窑项目部技术科副科长，机电工程师。

参考文献：

[1]于励民，马小平，任中华.矿井主通风机不停风倒机控制的研究与实现《工矿自动化》.2010

[2]陈东海，赵梦坡，赵营.矿井主通风机不停风自动倒台风门的设计.《煤矿机械》.2015

[3]盛团秀，王韬.矿井主通风机不停风切换方案研究.《工矿自动化》.2011

[4]孟琳山，马小平，李全保.矿井主通风机不停风倒机控制系统改进方案.《工矿自动化》.2012