智能局部通風成套裝備在山西三元煤業股份有限公司的應用

張斌等

摘要： 本文介紹了礦井智能局部通風成套裝備組成及特點，詳細介紹了該裝備的優點以及達到的效果，并介紹了其使用情況和運行情況。

Abstract： This paper introduces the composition and characteristics of the intelligent mine local ventilation equipment， details the advantages of the system and the effect， and introduces the usage and operation condition of this equipment.

關鍵詞： 智能局部通風成套裝備；三元煤業；運行情況

Key words： intelligent local ventilation equipment；Sanyuan Coal Industry；operation condition

中圖分類號：TD441 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）12-0033-03

1 項目背景

山西三元煤業股份有限公司是晉能集團的大型煤炭生產企業，先后獲得全國煤企百強企業、全國安全高效礦井，全國煤炭工業“雙十佳”煤礦，全國最美礦山等榮譽稱號。三元煤業本部煤礦位于長治市郊區堠北莊鎮南，井田面積為22.9517km2。現生產能力為220t/a。2012年公司根據國家安監總局《關于貫徹落實國務院<通知>精神制定落實“十二五”規劃推動實施科技興安戰略的指導意見》（安監總規劃[2010]194號）：“有條件的煤礦要采用礦井通風成套裝備智能分析技術和礦用局部通風機智能調節成套裝備”要求，為改善井下掘進面供風條件，實現通風智能調節，經公司多方考察，于2012年4月向平安電氣股份有限公司訂購智能局部通風機一套，配套該公司核心技術產品-流道式變頻器（變頻器型號為BPB-132/660F），和智能控制開關（開關型號：QJZ-160/660F）。

同年9月入井使用，迄今為止智能局部通風成套裝備在下井使用一切正常。現公司本部煤礦現購置智能局部通風成套裝備4套。

2 礦井智能局部通風成套裝備組成及特點

2.1 結構和組成（圖1）

2.2 上位機軟件監控（圖2）

2.3 優點（圖3）

2.3.1 智能控制發明專利技術 該成套裝備是以井下掘進面迎頭、掘進巷道回風流、回風巷道混合處的瓦斯濃度和風速為控制變量，以智能開關為控制器，以煤礦風機用隔爆型變頻器為執行器、以局部通風機為被控對象組成的閉環調速控制成套裝備。采用PLC與變頻器組成的控制成套裝備，對風機轉速實時調控，實現實時預警、人機雙控、按需供風、節能運行、防災減災的效果。

2.3.2 領先的井下隔爆變頻器防電磁污染技術 裝備采用屏蔽、濾波、隔離、可靠接地等措施阻斷其電磁輻射和電磁干擾（EMC）的傳播途徑，使井下隔爆變頻器的電磁干擾實測參數低于國家標準值。

2.3.3 首創流道式散熱技術 此臺變頻器采用流道式結構設計，不僅很好地解決了變頻器的散熱問題，而且讓其和風機自成一體，使變頻器朝著小型化邁進了一大步。

2.3.4 一體化設計技術的FBDY局部通風機 通風機因其機殼內筒、電機外殼合二為一，取消了以往電機機殼外部的散熱片，更有效解決了電機散熱的問題，延長了電機使用壽命，同時也減小了風機的噪聲，從通風機整流帽到消聲芯筒，再到電機機座、后消聲錐做到外徑一致，保證了風機內流道的暢通，提高了風機效率、降低了風機噪聲。據測量，FBDY系列風機電機定子溫升降3～5℃，噪聲低2～3dB，效率提高1～3%。

2.4 成套裝備功能特點

2.4.1 風電閉鎖功能 智能開關發生故障時，饋電開關控制的掘進工作面動力電源斷電，從而實現風電閉鎖的

功能。

2.4.2 保護功能 當風機或變頻器發發生故障時，能實現短路、過流、過壓、故障顯示、故障復位等多種保護功。

2.4.3 主、備起動器斷電自動切換功能 當主起動器發生故障時，備用起動器自動切換運行。

2.4.4 報警功能 當出現故障和瓦斯超限時，連接的聲光報警裝備及時自動提醒現場工作的人員。采取相應措，解決異常情況。

2.4.5 成套裝備自動調節風速功能 成套裝備根據現場所接瓦斯傳感器所測的瓦斯濃度，自動調節風速。瓦斯傳感器T1為掘進面迎頭瓦斯濃度值，T2為掘進巷道回風流瓦斯濃度值，T3信號線為回風巷道混合處瓦斯濃度值，F1為掘進面迎頭風速。（圖6）

①自動排瓦斯功能。

②自動通風功能。

2.4.6 手動調節風速功能 可通過變頻器顯示面板或起動器顯示面板的人機界面來設置變頻器的輸出頻率，從而實現手動控制來調節風量。

2.4.7 瓦斯電閉鎖功能

2.5 達到的效果

2.5.1 防止瓦斯超限，實現瓦斯“0”超限目標。該裝備集監測與自動控制為一體，具備局部通風機關聯瓦斯濃度自適應“按需供風”功能、自動排瓦斯功能、瓦斯電閉鎖功能、風電閉鎖功能、雙風機雙電源自動切換功能，從根本上防治瓦斯超限。

2.5.2 降低工耗，提高勞動生產率 智能局部通風成套裝備的運行，有效的減少了井下相關的工作人員，逐步做到“無人則安”，同時，在礦井下監測和排放瓦斯的工作時間大大減少，系統配置一步到位，大風機去換小風機，不需要單級啟動，換風筒，低效的測定工作都不再需要。大大縮短了設備維護、更換時間，節省了煤礦對通風系統的投入，提高了生產效率。

2.5.3 正常情況下節約電能約27%左右。endprint

2.6 顯著特點。①智能局部通風成套裝備主要產品溫升低，可靠性和使用壽命大大提高。風機結構采用電機機座與主機組內筒合二為一的結構與同類產品相比，電動機溫升下降3～5K，提高了電動機的使用壽命；變頻器采用流道式結構設計，很好地解決了變頻器的散熱問題，比采用其它冷卻方式的變頻器溫升低20K以上，主要元器件可靠性和使用壽命大大提高。②衡量變頻器指標的EMC值低，比國家標準低很多，不會對井下設備和通信系統造成干擾。③該裝置自動化程度高，自控能力強。

3 使用情況

3.1 井下掘進工作面使用情況

3.1.1 使用時間：2012年9月4日

3.1.2 使用內容：①系統手動調速狀態，調整變頻風機運行頻率時，工作面傳感器T1、T2、T3的濃度，工作面風速，工作面風量，回風風量，吸入風量的變化情況，以及風機電動機輸出電壓、電流、功率和噪音的變化情況。②系統自動調速狀態，調整工作面傳感器T1、T2、T3的濃度時，工作面風速，工作面風量，回風風量，吸入風量和風機電動機輸出頻率的變化情況。③系統加入差壓傳感器后，系統開關能正確讀出實時風量。

3.2 使用結果

①根據該工作面作業規程規定：風機設定最低頻率為20HZ。②工作面瓦斯傳感器T1、T2在小于0.5%期間，風機輸出設定最低頻率。滿足工作面用風需要。實現了節能運行。③工作面瓦斯傳感器T1、T2在大于0.7%期間，風機輸出頻率迅速增加，直至最高頻率50Hz。確保工作面瓦斯濃度不超過0.7%，并能滿足工作面用風需要。④混合處瓦斯傳感器T3在1.5%或大于1.5%期間，工作面瓦斯傳感器T1、T2無論多少，風機輸出頻率立即降至設定最低頻率。防止混合處瓦斯超過規定要求。避免瞬間排放瓦斯。

4 運行情況

①設備運行期間，變頻器運行平穩，沒有出現任何故障，并且沒有對其它設備造成干擾；②主、副風機切換正常，風電閉鎖靈敏可靠；③工作面瓦斯傳感器T1、回風流瓦斯傳感器T2、混合處的瓦斯傳感器T3的信號可以傳輸到智能控制開關并正常顯示，瓦斯電閉鎖靈敏可靠；④兩個差壓傳感器數據能正確傳入開關，開關能顯示實時風量；⑤通風機、變頻器和控制開關能與其它各種設備兼容；⑥變頻器可以隨著工作面瓦斯濃度的變化而自動調節頻率，從而改變工作面的實際用風需要，保證了瓦斯不超限；⑦智能控制開關顯示屏上能夠顯示運行過程中的電壓、電流、功率、風量、運行頻率、故障狀態等，便于操作人員掌握現場情況，做出合理的操作；⑧相同功率的普通風機（功率：2×45kW）運行一個月消耗電量約為：55080kWh，電費為30294元（三元煤業本部煤礦平均電價：0.55元/kWh）。該變頻風機在不同頻率下各運行一個月，風機耗電及節能情況如表1所示。

5 結論

①智能局部通風成套裝備能現實各種基本功能，運行安全穩定；②自動工作狀態下，瓦斯濃度變化時，能實現風機自動調整頻率及調節風量的閉環控制；③智能局部通風成套裝備節能效果明顯；④設備運行期間，噪音略低于普通風機。

參考文獻：

[1]張振華.掘進工作面局部通風安全保障系統設計及應用[J].河北煤炭，2009（05）.

[2]梁濤，侯友夫，吳楠楠.掘進工作面局部通風智能監控系統的研究[J].礦山機械，2008（01）.

[3]姜勇國.談局部通風方法[J].煤炭技術，2008（07）.endprint

2.6 顯著特點。①智能局部通風成套裝備主要產品溫升低，可靠性和使用壽命大大提高。風機結構采用電機機座與主機組內筒合二為一的結構與同類產品相比，電動機溫升下降3～5K，提高了電動機的使用壽命；變頻器采用流道式結構設計，很好地解決了變頻器的散熱問題，比采用其它冷卻方式的變頻器溫升低20K以上，主要元器件可靠性和使用壽命大大提高。②衡量變頻器指標的EMC值低，比國家標準低很多，不會對井下設備和通信系統造成干擾。③該裝置自動化程度高，自控能力強。

3 使用情況

3.1 井下掘進工作面使用情況

3.1.1 使用時間：2012年9月4日

3.1.2 使用內容：①系統手動調速狀態，調整變頻風機運行頻率時，工作面傳感器T1、T2、T3的濃度，工作面風速，工作面風量，回風風量，吸入風量的變化情況，以及風機電動機輸出電壓、電流、功率和噪音的變化情況。②系統自動調速狀態，調整工作面傳感器T1、T2、T3的濃度時，工作面風速，工作面風量，回風風量，吸入風量和風機電動機輸出頻率的變化情況。③系統加入差壓傳感器后，系統開關能正確讀出實時風量。

3.2 使用結果

①根據該工作面作業規程規定：風機設定最低頻率為20HZ。②工作面瓦斯傳感器T1、T2在小于0.5%期間，風機輸出設定最低頻率。滿足工作面用風需要。實現了節能運行。③工作面瓦斯傳感器T1、T2在大于0.7%期間，風機輸出頻率迅速增加，直至最高頻率50Hz。確保工作面瓦斯濃度不超過0.7%，并能滿足工作面用風需要。④混合處瓦斯傳感器T3在1.5%或大于1.5%期間，工作面瓦斯傳感器T1、T2無論多少，風機輸出頻率立即降至設定最低頻率。防止混合處瓦斯超過規定要求。避免瞬間排放瓦斯。

4 運行情況

①設備運行期間，變頻器運行平穩，沒有出現任何故障，并且沒有對其它設備造成干擾；②主、副風機切換正常，風電閉鎖靈敏可靠；③工作面瓦斯傳感器T1、回風流瓦斯傳感器T2、混合處的瓦斯傳感器T3的信號可以傳輸到智能控制開關并正常顯示，瓦斯電閉鎖靈敏可靠；④兩個差壓傳感器數據能正確傳入開關，開關能顯示實時風量；⑤通風機、變頻器和控制開關能與其它各種設備兼容；⑥變頻器可以隨著工作面瓦斯濃度的變化而自動調節頻率，從而改變工作面的實際用風需要，保證了瓦斯不超限；⑦智能控制開關顯示屏上能夠顯示運行過程中的電壓、電流、功率、風量、運行頻率、故障狀態等，便于操作人員掌握現場情況，做出合理的操作；⑧相同功率的普通風機（功率：2×45kW）運行一個月消耗電量約為：55080kWh，電費為30294元（三元煤業本部煤礦平均電價：0.55元/kWh）。該變頻風機在不同頻率下各運行一個月，風機耗電及節能情況如表1所示。

5 結論

①智能局部通風成套裝備能現實各種基本功能，運行安全穩定；②自動工作狀態下，瓦斯濃度變化時，能實現風機自動調整頻率及調節風量的閉環控制；③智能局部通風成套裝備節能效果明顯；④設備運行期間，噪音略低于普通風機。

參考文獻：

[1]張振華.掘進工作面局部通風安全保障系統設計及應用[J].河北煤炭，2009（05）.

[2]梁濤，侯友夫，吳楠楠.掘進工作面局部通風智能監控系統的研究[J].礦山機械，2008（01）.

[3]姜勇國.談局部通風方法[J].煤炭技術，2008（07）.endprint

2.6 顯著特點。①智能局部通風成套裝備主要產品溫升低，可靠性和使用壽命大大提高。風機結構采用電機機座與主機組內筒合二為一的結構與同類產品相比，電動機溫升下降3～5K，提高了電動機的使用壽命；變頻器采用流道式結構設計，很好地解決了變頻器的散熱問題，比采用其它冷卻方式的變頻器溫升低20K以上，主要元器件可靠性和使用壽命大大提高。②衡量變頻器指標的EMC值低，比國家標準低很多，不會對井下設備和通信系統造成干擾。③該裝置自動化程度高，自控能力強。

3 使用情況

3.1 井下掘進工作面使用情況

3.1.1 使用時間：2012年9月4日

3.1.2 使用內容：①系統手動調速狀態，調整變頻風機運行頻率時，工作面傳感器T1、T2、T3的濃度，工作面風速，工作面風量，回風風量，吸入風量的變化情況，以及風機電動機輸出電壓、電流、功率和噪音的變化情況。②系統自動調速狀態，調整工作面傳感器T1、T2、T3的濃度時，工作面風速，工作面風量，回風風量，吸入風量和風機電動機輸出頻率的變化情況。③系統加入差壓傳感器后，系統開關能正確讀出實時風量。

3.2 使用結果

①根據該工作面作業規程規定：風機設定最低頻率為20HZ。②工作面瓦斯傳感器T1、T2在小于0.5%期間，風機輸出設定最低頻率。滿足工作面用風需要。實現了節能運行。③工作面瓦斯傳感器T1、T2在大于0.7%期間，風機輸出頻率迅速增加，直至最高頻率50Hz。確保工作面瓦斯濃度不超過0.7%，并能滿足工作面用風需要。④混合處瓦斯傳感器T3在1.5%或大于1.5%期間，工作面瓦斯傳感器T1、T2無論多少，風機輸出頻率立即降至設定最低頻率。防止混合處瓦斯超過規定要求。避免瞬間排放瓦斯。

4 運行情況

①設備運行期間，變頻器運行平穩，沒有出現任何故障，并且沒有對其它設備造成干擾；②主、副風機切換正常，風電閉鎖靈敏可靠；③工作面瓦斯傳感器T1、回風流瓦斯傳感器T2、混合處的瓦斯傳感器T3的信號可以傳輸到智能控制開關并正常顯示，瓦斯電閉鎖靈敏可靠；④兩個差壓傳感器數據能正確傳入開關，開關能顯示實時風量；⑤通風機、變頻器和控制開關能與其它各種設備兼容；⑥變頻器可以隨著工作面瓦斯濃度的變化而自動調節頻率，從而改變工作面的實際用風需要，保證了瓦斯不超限；⑦智能控制開關顯示屏上能夠顯示運行過程中的電壓、電流、功率、風量、運行頻率、故障狀態等，便于操作人員掌握現場情況，做出合理的操作；⑧相同功率的普通風機（功率：2×45kW）運行一個月消耗電量約為：55080kWh，電費為30294元（三元煤業本部煤礦平均電價：0.55元/kWh）。該變頻風機在不同頻率下各運行一個月，風機耗電及節能情況如表1所示。

5 結論

①智能局部通風成套裝備能現實各種基本功能，運行安全穩定；②自動工作狀態下，瓦斯濃度變化時，能實現風機自動調整頻率及調節風量的閉環控制；③智能局部通風成套裝備節能效果明顯；④設備運行期間，噪音略低于普通風機。

參考文獻：

[1]張振華.掘進工作面局部通風安全保障系統設計及應用[J].河北煤炭，2009（05）.

[2]梁濤，侯友夫，吳楠楠.掘進工作面局部通風智能監控系統的研究[J].礦山機械，2008（01）.

[3]姜勇國.談局部通風方法[J].煤炭技術，2008（07）.endprint