筒倉瓦斯抽放系統優化改造

李育峰

(西山煤電集團 西銘礦選煤廠，山西 太原 030052)

隨著礦井裝備的機械化水平不斷提高，工作面推進速度以及煤炭產量得到大幅提高，受其影響毛煤外運速度加快，煤體中的吸附瓦斯在轉運過程中來不及釋放，就以游離狀態進入選煤廠封閉式筒倉儲存[1].如倉下通風不暢，給煤機工作的落煤口、倉下空間的上隅角等地極易造成瓦斯積聚[2]，若遇火源會發生燃燒和瓦斯爆炸事故，給安全生產帶來隱患，因此，對選煤廠瓦斯的治理研究受到重視。王兵建等[3]依據能量守恒定律建立數學模型，對長平煤礦圓筒煤倉倉下進行了瓦斯積聚分布的規律研究；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。晉城煤業集團成莊煤礦通過采用倉壁開孔和增設自然通風管以及倉下口給煤機加裝瓦斯積聚罩的措施，對煤倉瓦斯進行抽排，取得了良好效果。晉城煤業集團寺河礦通過安設局部通風機對煤倉進行強制通風，利用局扇對瓦斯進行強制抽排，效果良好。西銘礦選煤廠采用局部通風機對瓦斯進行強制抽排，但效果不佳。

1 筒倉通風現狀及存在問題

西銘礦選煤廠為礦井型選煤廠，設計年入洗原煤210萬t.入洗煤種主要是礦井下組8#、9#貧煤。現有儲裝系統主要包括，兩個原煤倉(d=15 m，h=20 m，總容量2×3 000 t)，兩個精煤倉(d=18 m，h=20 m，總容量2×4 000 t)以及3個新原煤萬噸倉(d=21 m，h=35 m,總容量3×10 000 t)，分別存放原煤和精煤，可實現不同產品要求的配煤裝車。各煤倉建筑結構不同，其中原煤倉下和精煤倉下的作業環境涵蓋地面下方負二層，通風不暢時更易造成瓦斯積聚空間，成為選煤廠煤倉瓦斯治理的重點區域。

為有效控制和杜絕瓦斯事故，建廠以來陸續在所有煤倉上下都配備了5.5 kW、7.5 kW、2×11 kW等不同規格的風機，強制抽出和稀釋瓦斯，但存在如下問題：原煤倉下251帶式輸送機頭在夏季、249帶式輸送機尾在冬季易發生瓦斯超限報警現象；精煤倉下瓦斯區域存在通風系統紊亂，空間內擴散通風沒有風流導向、新風少、漏風、風流短路、抽放管路工藝設計布置不合理，較大程度影響了抽放效能；未實現雙風機雙電源自動切換與閉鎖功能，未從本質上提升通風系統的可靠連續性。

2 改造方案

2.1 實現雙風機雙電源與自動切換功能

在每一區域改造過程中，通風主管路配備2臺同等功率的礦用防爆抽出式對旋軸流局部通風機，形成“一用一備”搭配；同時配備雙電源，分別來自廠變電所一段、二段專用變壓器且同時帶電的不同電纜與不同母線段的相互獨立的電源。此外，為了保證供風的連續性設置了自動切換裝置，見圖1，平時主風機處于運行狀態時，備用風機處于熱備用狀態。而當主風機有故障處于停止狀態時，備用風機接到主風機停機信號后，自動切換到備用風機，此時備用風機自動開啟。主、副風機的自動切換主要依靠控制開關中加裝信號閉鎖系統來實現。這種模式簡單實用，便于管理維護，投資小且供電可靠；同時在優化改造中要使用“三專”(專用開關、專用電纜、專用變壓器)和加裝不同功能的傳感器實現區域瓦斯電、風電閉鎖功能。

2.2 運用PLC的功能特性實現智能遠程監控

在廠三號配電室東側利用原有空余庫房改擴建設計，建設了獨立的風機配電室引入PLC系統，并編程配套相應的監測控制系統，形成瓦斯區域基于PLC的智能遠程監控與瓦斯電、風電閉鎖聯動控制模塊和現場監測裝置，見圖2.

圖1 雙風機雙電源及自動切換系統示意圖

圖2 基于PLC的智能遠程監控與瓦斯電、風電閉鎖控制示意圖

其中，上位機系統設置在廠調度室，可實現對雙風機雙電源及自動切換系統的控制與監測(如風機啟停、自動切換、報警、實時電流值、故障信號、現場瓦斯濃度等)。PLC控制模塊設置在配電室，可實現對風機配電室的控制，其控制方式為遠程自動控制、就地手動控制。與此同時，可實現故障停機自動切換功能、瓦斯超限停機功能、瓦電(風電)閉鎖功能。

現場監測裝置主要包括瓦斯傳感器、監控分站、風機開停傳感器等，所有的傳感器接入監控分站，利用分站的通信模塊完成對風機及控制設備的監控，同時完成與上位工控機之間的數據上傳與下達指令。

2.3 風機管路優化設計

科學合理布局“一用一備”通風機數量與安設地點，盡可能形成通風回路體系和集中布置便于遠程控制管理。風機由改造前分散布置48臺變為改造后集中布置的26臺。

1)原煤倉下(含256帶式輸送機負二層空間)管路優化設計。

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

圖3 原煤倉下通風系統改造設計示意圖

b)優化改造原煤倉下空間新風源和風流導向，拆掉一號倉南側風機，其孔口根據瓦斯濃度變化作為自然進風口，或安設排風扇。根據選煤廠當地地理位置與氣候變化規律可知，屬于季風氣候區域[5-6].冬夏受不同氣團的控制，一年中主導季風方向為西北方向、西南方向、東南方向，風向頻率分別占全年風向的38.91%、23.56%和20.17%.當主導風向與自然通風窗開口方向一致時，進入煤倉倉下的有效通風量就越大，可以依此合理設置自然通風口。

2)精煤倉下(含524帶式輸送機負二層空間)管路優化設計。

a)拆除原有鑄鐵自然通風管，封堵導致風流短路的倉壁孔，根據氣候變化規律，優化改造精煤倉下空間新風源自然通風口位置，必要時增設防爆風扇，引導空間風流排出倉外。

b)結合兩倉中間連接梁厚度達6 m且倉下給煤機平臺高度較高等因素，抽放主管道也不宜布置在倉內空間，故設計在倉外東西走向，充分利用筒倉南側原兩風機口作為主支管進口管道并在筒倉外圍西側接“一用一備”礦用防爆抽出式對旋軸流局部通風機。

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

d)圍繞給煤機帶式輸送機落料點實施523、524負二層空間的抽放管路的改造，一方面增加帶式輸送機導料槽密閉長度；另一方面在溜槽前后合理布點增設瓦斯積聚罩。

3 實施效果及效益分析

3.1 實施效果

1)結合現場實際，由于通風管道的重新合理設計布局，最大程度降低了管道風阻，提升了通風效能。

2)風機數量的減少(48臺減為26臺)和集中布置，一方面節約了風機投入成本和電耗生產成本；另一方面降低了生產現場的風機噪音，改善了工作環境。此外，集中布置方便了維護，使管理簡單化。

3)雙風機雙電源及自動切換裝置和基于PLC的遠程監控閉鎖系統從根本上保障了風機運行的可靠性和連續性。一方面對局部通風機系統參數(開關狀態、事件記錄、電壓、電流等)的實時監測監控，可以降低排查故障時間；另一方面操作人員可遠程操作，完成通風和監測參數的設定與調整、完成設備的啟停。

圖4 精煤倉下通風系統改造設計示意圖

此外，該系統具備傳感器自檢功能，能夠自動檢測傳感器的斷線和斷電等故障，降低維護檢修的人力、物力成本投入，同時也降低了檢修維護時的安全風險。

3.2 效益分析

1)風機數量減少48-26=22(臺)，以每臺風機至少3萬元計算可節約66萬元。

2)改造前48臺風機運行總功率348.9 kW，改造后總功率310 kW，約下降10%.每年可節約電耗費用：(348.9-310)kW×24 h×0.6元/kWh×30天×12月≈20.17萬元。

3)設備監測自動化程度較高，減少了日常的維護成本和人力投入管理成本。隨著風機設備的減少，至少可減少4名維護工人的投入。按每人每月工資3 500元算，每年可節約人員工資3 500元/人·月4人×12月=16.8萬元。

4)抽放系統改造后，從2019年10月—2019年12月，3個月的運行情況看未發生故障，杜絕了局部通風機的無計劃停電停風，提高了生產效率。

以上3項本年度共計可節約102.97萬元。

4 結 語

通過筒倉瓦斯抽放系統優化改造的設計與應用，在風機“一用一備”與“三專兩閉鎖”的基礎上增加了基于PLC的遠程監控系統，全方位確保了通風的連續性、可靠性，同時重新設計了系統管路布局，提升了通風效果，為選煤廠的安全生產奠定了基礎。