巷道排瓦斯自動調速裝置的設計與應用

姚斌重

（霍州煤電集團有限責任公司通風部，山西 霍州 031400）

1 工程概況

煤礦井下局部通風機的恒速運轉帶來的“一風吹”現象是導致瓦斯爆炸事故的主要因素，因此霍州煤電集團通風部根據李雅莊煤礦井下局部通風機的現狀，與煤科院重慶研究院聯合開發了基于變頻調速技術的“巷道排瓦斯自動調速裝置”，來解決李雅莊礦井下通風安全問題。

該裝置可以對該地點的瓦斯濃度進行實時的監測，同時基于變頻調速器和自動控制系統實現自動調節通風機輸入電源的頻率，自動控制局部通風機轉速及瓦斯排放量，從而達到按需求進行通風的目的，實現了煤礦井下瓦斯的智能安全排放，消除了因“一風吹”造成的安全隱患。在正常通風情況下，根據所需風量可自動或手動調節，無需風機長期滿負荷運行，達到節能的理想效果。在局部通風機供電線停電時，本裝置可自動切換到正常線路上保障運行，同樣在主用通風機與備用通風機之間也可以實現故障時自動切換。本裝置具備瓦斯電閉鎖、風電閉鎖功能，可以簡化煤礦相關其他配置所需（如饋電開關、軟啟動器等），達到集成化，EMC設計能與監控系統等完全兼容，具有良好的匹配性。

2 主要技術原理及特點

2.1 系統工作原理

巷道排瓦斯自動調速裝置是根據掘進巷道瓦斯濃度的大小采用模糊控制技術自動調節局部通風機風量的一種專用變頻器。調速裝置依據3只瓦斯傳感器（分別放置于工作面、回風處和全風壓混合口）所檢測的瓦斯濃度，通過自控排瓦斯和自控通風兩種工作模式來調節局部通風機的轉速。

該裝置井下布置示意圖見圖1所示。裝置的調速系統啟動后，系統自動進到自控排放狀態，利用傳感器T3對全風壓混合口瓦斯濃度進行檢測，通過檢測數據來自動調節局部通風機F的轉速，從而實現瓦斯排放的高效性和安全性。當傳感器T3檢測到的瓦斯濃度低于安全值時，裝置會自動進入到自控通風模式。通過T1、T2處的瓦斯濃度，共同完成局部通風機F轉速的自動調節，保障井下供風的要求。在自控通風模式下，如果T3濃度超過設定值，又自動進入自控排瓦斯模式，將全內壓混合口處瓦斯濃度控制在《煤礦安全規程》規定的安全值以下，避免瓦斯超限，減少瓦斯事故，徹底杜絕了“一風吹”。

圖1 巷道排瓦斯自動調速裝置井下布置示意圖

2.2 主要技術參數

該裝置的主要技術參數見表1。

表1 主要技術參數

2.3 關鍵技術及特點

巷道排瓦斯自動調速裝置的設計采用了模糊控制理論、SVPWM變頻調速技術、高效熱管自冷散熱技術等關鍵技術。針對煤礦井下通風因“一風吹”而形成的瓦斯濃度超限問題設計的自動排放裝置，取代了以往需要人工輔助控制的模式，實現了煤礦瓦斯排放自動化，避免瓦斯濃度超限，降低瓦斯爆炸事故率，徹底解決了因通風機恒速運轉而造成的“一風吹”排放瓦斯問題。

該裝置具有雙電源雙變頻自動切換、局部通風機軟啟動、手動控制頻率、節能環保、安全可靠、功能齊全、人機界面友好、保護完善等特點，避免“一風吹”，安全高效排放瓦斯，自動化程度高，技術領先。

2.4 該裝置的技術適用性分析

該裝置是一種雙電源雙變頻煤礦排瓦斯專用設備，適用于各大中型煤礦井下控制分巷道掘進工作面的局部通風機（功率≤110kW），通過對各關鍵點瓦斯濃度的自動檢測來對局部通風機進行智能風量調節。而且一臺該設備可控制兩臺通風機，實現安全、高效、自動排放瓦斯的目的，不但減少了設備投入，還保障了煤礦安全生產，同時節省能源。

3 應用情況及其效果

2015 年“巷道排瓦斯自動調速裝置”設計研制成功，在霍州煤電集團李雅莊煤礦進行了工業性試驗和現場運行。經過對該裝置的自控通風狀態、自控排瓦斯狀態、雙機切換功能、整機長期運行等性能的工業性試驗，表明該產品已經達到設計要求。該煤礦各井應用裝置的數據情況如表2所示。

表2 巷道排瓦斯自動調速裝置應用數量情況

該裝置自控排瓦斯過程示意圖如圖2所示。

圖2 自控排瓦斯過程示意圖

從以上分析可知，巷道排瓦斯自動調速裝置在霍州煤電集團李雅莊煤礦的實踐應用效果良好。該裝置能改善井下通風環境，實現了安全高效瓦斯自動排放。

巷道排瓦斯自動調速裝置與傳統工作方式性能對比如表3所示。

表3 性能對比表

此后該礦陸續采購了50余套該設備并進行了應用，解決了困擾煤礦的安全生產問題，同時為企業年節約電能1000余萬千瓦時，使煤礦轉變為高效節能型企業。