高壓變頻器在煤礦瓦斯抽放泵中的應用

韓三彩

（陽煤集團一礦，山西 陽泉 045008）

引言

隨著社會經濟的飛速發展，工業生產對煤礦資源的需求量逐漸增大。在煤礦開采的過程中，人們難以忽視的一個問題就是瓦斯泄露導致的安全事故?？梢哉f，伴隨著煤礦產量的逐漸增多、開采水平的持續蔓延，礦井煤礦層及巖石層的瓦斯涌出量、礦井采空區域的瓦斯涌出量也逐漸增多，給煤礦安全生產帶來了極大的威脅與制約。通常來說，一旦礦井的采空區域大量涌出瓦斯，單純的依靠通風很難將其稀釋并排出。此時，就需要在采空區域的周圍插上密集的鋼管，或者是從巷道往采空區域的方向打孔，對涌出的瓦斯實施抽放，達到確保瓦斯含量、避免安全事故的目的。但是，如果一味地強調對瓦斯進行抽放，很有可能會造成抽放量過大的現象，使得工作面新鮮的風六道踩空層造成自然發火事故。因此，如何將高壓變頻器引入到煤礦瓦斯抽放泵中對瓦斯進行有效控制就成了煤礦行業需要著重考慮的問題。

1 高壓變頻器的應用

1.1 高壓變頻器

高壓變頻器是變頻器的一種，變頻器通常是指借助電力半導體的通斷作用，把共頻電源變換成另一種頻率的控制裝置，主要對電能進行控制。而高壓變頻器則是對高壓電能實施控制的一種變頻器，主要是通過器件串聯或者是單元串聯達到高壓控制的效果。該裝置往往被運用與大型煤礦生產、石油化工、能源電力行業的水泵、壓縮機等部位。在硬件結構方面，高壓變頻器有低壓串聯型、高壓器件型，兩者之間價格差別比較大。我國當前主要使用的大多為低壓串聯型，該類型的優點體現在輸出波形的諧波含量很低，能夠在電磁兼容方面有很好的表現，不會在使用過程中對其他電子、電氣設備造成影響。

1.2 瓦斯抽放泵

瓦斯抽放泵是確保煤礦順利開采的重要零部件，其主要目的就是為了將煤礦開采過程中井下瓦斯抽掉，順利排出井外，不造成安全事故，是治理煤礦瓦斯的有效措施。在使用瓦斯抽放泵的過程中需要注意對其進行定期的保養及檢修。例如，對于瓦斯抽放泵內部，應當要保持15d清洗一次的頻率，并且應當在每運轉80d的時候對軸承體內的黃油進行更換。

2 煤礦實例簡介

本文選擇陽煤一礦維運區陽坡堰為實例，針對礦井瓦斯涌出量和回采后的瓦斯涌出量逐漸增大這一現狀，提出將高壓變頻器利用于煤礦瓦斯抽放泵中這一建議，并對這一建議的可行性進行分析，希望有助于陽煤一礦維運區陽坡堰安全生產。

3 瓦斯抽放系統及設備主要參數

3.1 瓦斯抽放系統

煤礦瓦斯抽放系統設計需要集合煤礦所處的交通位置、井田地形與氣候、井田地質構造情況、煤層賦存、礦井開拓方式、礦井通風方式以及鄰近礦井瓦斯涌出等情況來進行設計。在設計瓦斯抽放系統的過程中，必須要對瓦斯抽放的必要性及可行性進行分析，對礦井瓦斯涌出量、涌出構成及來源進行精確的計算和和確定，方能設計出符合實際卓有成效的瓦斯抽放系統。

在本礦井中，在采空區域的底板瓦斯通道巷內安裝入一節直徑為1 000mm 的瓦斯抽放管道，并將該管道引出到地面采用區抽放泵房，選取的抽放泵為水環式真空泵，一般需準備2臺抽放泵，1臺正常使用1臺備用，具體如圖1所示。

圖1 瓦斯抽放系統

瓦斯抽放泵應用的高壓變頻器為HARSVERT－A 系列，通過高壓變頻器對水環式瓦斯抽放真空泵進行控制，一方面讓瓦斯抽放達到最佳效果，另一方面確保瓦斯抽放、節約能耗的需求［1］。

3.2 設備主要參數

選取的瓦斯抽放泵為水環式真空泵，型號為SKA－720，能夠達到的最大抽速是635m3／min，額定的轉速是340r／min，極限真空度是160 MPa。為其配用的電動機型號是YB63052－4，額定的功率是900kW，額定的電壓是6kV，額定的電流則是104.2A，功率因數是0.87［2］。

4 變頻器調速方式比較及選擇

1）變頻器調速方式比較，如表1所示。

2）變頻器調速方式選擇。通過上述表格可以看出，與其他變頻器相比，高壓變頻器有著比較明顯的節能效果，并且調速范圍更寬，簡單保養維護即可。因此，無論是在國內還是在國外，高壓異步電機調速都是使用較多的方案。

表1 變頻器調速方式比較

5 高壓變頻器的應用效果

將高壓變頻器使用于陽煤一礦維運區陽坡堰瓦斯抽放泵中，效果明顯，主要體現在以下幾個方面：

1）應用高壓變頻器能夠較好地滿足工況運行的需要。煤礦采空區瓦斯抽放泵是抽放系統的組成部分，該系統的存在主要是出于滿足采煤工作面在回采的過程中不出現瓦斯超標的現象，達到安全生產的目的。通過對陽煤一礦維運區陽坡堰采空區的實際情況進行考察，再將高壓變頻器應用于煤礦瓦斯抽放泵之后，瓦斯抽放系統能夠很好地滿足煤礦生產運行的需求。煤礦瓦斯抽放泵的運用通常保持在35Hz～45Hz之間，通過對瓦斯抽放參數進行定期測量，來確定瓦斯抽放泵的運行頻率，確保滿足采空區瓦斯抽放的需求，以此達到既確?；夭晒ぷ鲄^域瓦斯不超標，又不會發生工作區域新鮮風流入到采空區造成發火事故［3］。

2）應用高壓變頻器能夠較好地實現節約能耗的效果。通過上文論述已經得知，瓦斯抽放泵的運行頻率一般保持在35Hz～45Hz之間，以該設備平均運行350d為例，選取瓦斯抽放泵運行頻率為45Hz進行計算，瓦斯抽放泵一年的耗電量可以計算出來。通過計算可得，運用高壓變頻器之后瓦斯抽放泵一年大約能夠節約的電費可達70多萬元（每度電按照0.5元來計算）。

［1］丁斗章.變頻調速技術與系統應用［M］.北京：機械工業出版社，2005.

［2］張燕賓.SPWM 變頻調速應用技術［M］.北京：機械工業出版設，2002.

［3］王杰，許長志.大容量高壓變頻器在大型礦井主扇風機中的應用［J］.煤炭技術，2009（12）：90.