礦井主扇不停風倒機系統設計與應用

武德峰

（山西新元煤炭有限責任公司， 山西 陽泉 045000）

引言

對于高瓦斯礦為了保證煤礦安全生產，避免瓦斯爆炸事故發生，必須采取合理有效的通風系統，預防瓦斯集聚、降低瓦斯濃度，但是在實際煤礦生產過程中經常需要對礦井主扇進行檢修維護以及主扇倒機切換實驗，造成礦井短暫停風，而高瓦斯礦井在短暫停風時，不僅無法保證礦井采掘工作面正產供風量，而且受礦井巷道不同的斷面規格、彎曲度、以及沿程阻力等影響，很容易出現風流紊亂以及礦井瓦斯集聚現象，嚴重威脅著煤礦安全生產。對此，新元礦通風部通過技術研究，決定對礦井原主扇倒機系統進行優化，提高礦井通風可靠性，保證煤礦安全高效生產。

1 礦井介紹

山西新元煤炭有限責任公司位于陽泉市壽陽縣朝陽鎮草溝村，礦井設計生產能力為5.0 Mt/a，礦井相對瓦斯涌出量為27.21 m3/t，絕對瓦斯涌出量為285.54 m3/min，屬于煤與瓦斯突出礦井。新元礦風機主扇風機采用的是兩臺31號對旋式風機，功率為570 kW，設計風量為254 m3/s，最大負壓為2 721 Pa，分別安裝在主副風道內，并在風道進風口處分別安裝立式主風門和檢修風門，如圖1所示。

圖1 斷元礦原主扇通風系統平面示意圖

由于礦井在生產期間要定期對主扇進行倒機實驗，若供電系統和通風設施故障，主扇停風時無法及時啟動備用主扇，將導致礦井倒扇期間需停風，造成礦井內供風不足、風流紊亂、瓦斯集聚現象。根據數據統計，2016年新元礦共發生三起主扇停風事故，致使礦井內瓦斯濃度集聚升高，采掘工作面內最大瓦斯濃度高達3.4%，礦井被迫停產撤人，造成煤礦經濟損失54余萬元。

2 原主扇倒機系統主要存在的問題

1）主扇倒機期間無法實現不停風：當原通風系統中主扇正常運行時，主風道中檢修風門和立式主風門處于開啟狀態，副風道中檢修風門、立式主風門處于關閉狀態；當主扇倒機時，先關閉主風道通風設施，再打開副風道內通風設備。在此期間，若一旦發生供電系統、通風設備故障，將造成礦井臨時停風，無法實現倒機不停風，導致礦井內瓦斯能有害氣體集聚，威脅礦井安全生產。

2）自動化水平低：原通風系統在自運行狀態下自動化水平相對較低，無法對主扇主要參數進行監測，如風機的電流、電壓、功率、軸承溫度、徑向軸向振動，電機繞組溫度等。一旦主扇發生故障，不能及時發現，將影響風機檢修維護工作。

3）設備陳舊、故障率高：在原系統中，風門主要由鋼架框、木板等構成。風門不僅沉重，而且遇溫差變化、積水時很容易出現變形、斷裂現象，并且原風門采用鋼絲繩斜拉的開啟方式，無任何保護裝置，如限位器、轉軸保護、鋼絲繩監測儀等，易造成鋼絲繩拉斷、風門損壞等事故。

4）通風設施維護困難：一是在正常通風狀態下，風門等設施出現故障時無法及時維修；二是維修難度大，維修效果差。

3 原通風系統優化

為了實現主扇倒機期間不停風，新元礦通風部通過研究決定對原主扇通風系統進行優化，采用ZKKG-1型主扇不停風倒機系統，如下頁圖2所示。

圖2 ZKKC-1主扇倒機不停風系統設備布置平面示意圖

3.1 ZKKG-1型主扇倒機系統組成

ZKKG-1型主要由PLC控制柜、聯鎖開關、對空風門、立式掛網風門、風門聯鎖集控系統、風機性能監控儀等部分組成。

1）PLC控制柜主要是對各種信號進行處理，并下發指令，確保倒機系統能夠及時進行聯鎖作用。該裝置主要由指示燈、信號處理器、顯示屏、接線口以及電源保護裝置等部分組成。

2）該系統中聯鎖開關共計兩臺，分別用于主扇真空磁力啟動器以及控制柜進行連接，主要是對供電開關進行聯鎖作用。

3）風門聯鎖集控系統主要包括信號處理系統和風門聯鎖控制系統，主要控制風門液壓轉動軸，確保風門能夠自動關閉、開啟。

4）風機性能監控儀主要由信號傳感器和故障傳感器組成。監控儀主要與主扇及PLC控制柜進行連接，能夠及時監視主扇運行狀態，并具有自動故障檢測功能。

5）將原通風系統中立式主風門和檢修風門更換為對空風門和立式掛網風門，風門主要由鋁合金構成，質量輕且不易變形。

3.2 ZKKG-1型主扇倒機系統工作原理

1）當1號主扇開啟時，主風道內對空風門關閉，立式掛網風門處于開啟狀態，此時副風道內所有通風設施及設備處于關閉狀態。

2）在進行主扇倒機時，通過PLC控制柜信號輸入，使副風道2號主扇開啟預熱，并打開副風道對開風門，立式掛網風門關閉。此時主風道內主扇處于正產運轉狀態，對空風門和立式掛網風門都處于開啟狀態。

3）待2號主扇預熱10 min后且經監測儀檢測風機各項運行參數安全穩定后，及時將信號傳遞至PLC控制柜，控制柜接收信號且處理后將“關閉”指令分別傳遞至主風道內聯鎖開關及風門聯鎖集控系統。此時1號主扇電源關閉停止運轉，對空風門及立掛式風門關閉。同時控制柜將副風道對空風門“關閉”指令和立掛式風門“開啟”指令傳遞至副風道風門聯鎖集控系統內，副風道對開風門關閉、立式掛網風門開啟，完成主扇倒機工序。

4）在倒機期間一旦副風道內通風設施及設備出現故障且無法及時開啟時，經2號主扇風機性能監控儀監測后及時將故障信號傳遞至PLC控制柜，控制柜接收信號后將故障點及故障類型直觀顯示在顯示屏上，并對主風道內通風設施及設備不下發倒機指令；當15 min后2號主扇故障仍未處理，通過PLC控制柜及副風道內聯鎖開關作用及時關閉2號主扇電源以及主副風道內對開風門。

4 ZKKG-1型主扇倒機系統優點

1）與傳統主扇通風系統相比，ZKKG-1型主扇倒機系統實現了在通風動力及供風量不變的情況下，對兩臺主扇進行切換控制，達到一鍵式倒機的目的。2017年2月，新元礦安裝該系統后運行至今，共進行了5次主扇倒機實驗。經檢測，倒機期間最大時長為3 min，平均時長為87 s，即可完成整個倒機工序，而且倒機期間礦井內未發生一起瓦斯超限斷電現象，最大瓦斯集聚濃度僅為0.7%，與傳統系統相比大大降低了倒機時間，避免了傳統倒機停風時所造成的礦井內瓦斯集聚現象。

2）ZKKG-1型主扇倒機系統具有故障監測功能。在倒機期間，一旦主扇及通風設施出現故障，能夠及時進行反饋，在PLC控制柜作用下終止倒機，并對故障進行自動識別監測。解決了傳統倒機出現故障時，倒機周期長、故障南翼排除等技術難題，大大降低了人工檢修勞動強度。

3）ZKKG-1型主扇倒機系統智能自動化水平高，成本費用低，整套系統僅需成本費用3.5萬元，而且各個元件動作靈敏度高，受施工條件及環境影響小。

5 結論

優化后的ZKKG-1型主扇倒機不停風系統，實現了一鍵啟動不停風的倒機目的，其自動化水平顯著提高，降低了檢修勞動強度，解決了倒機停風造成礦井瓦斯集聚等難題。