煤礦通風(fēng)機(jī)不停風(fēng)倒機(jī)技術(shù)的研究

◎張永鵬

我國井工煤礦均存在瓦斯，而瓦斯則是影響礦井安全生產(chǎn)的一個(gè)主要的危險(xiǎn)源。礦井通風(fēng)系統(tǒng)承擔(dān)著從井下排出有毒氣體，提供新鮮空氣的重要任務(wù)。現(xiàn)在我國大部分礦井所使用的通風(fēng)設(shè)備都是上世紀(jì)的產(chǎn)品，普遍比較陳舊，存在各種不足，尤其是需要停風(fēng)倒機(jī)，而且停機(jī)時(shí)間過長，從而導(dǎo)致礦井短時(shí)間通風(fēng)能力不足，井下瓦斯?jié)舛人查g集聚超限而增加了發(fā)生重大安全事故的幾率，這種情況隨著礦井開采深度的加大和工作面的延伸，問題更加突出，嚴(yán)重威脅礦井安全生產(chǎn)和煤礦工人的人身安全。

一、邢臺(tái)礦通風(fēng)現(xiàn)狀及存在的問題

邢臺(tái)礦現(xiàn)有礦井配有獨(dú)立完善的通風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)方式為混合式，主要通風(fēng)機(jī)的工作方法為抽出式，而礦井主通風(fēng)機(jī)均需每月主備切換一次，以便對(duì)礦井主通風(fēng)機(jī)機(jī)械和電氣部分進(jìn)行預(yù)防性檢修?，F(xiàn)在主備用礦井主通風(fēng)機(jī)倒機(jī)均由手動(dòng)完成，具體操作程序?yàn)椋和Ｖ黠L(fēng)機(jī)→關(guān)閉主風(fēng)機(jī)風(fēng)門→開啟備用風(fēng)機(jī)風(fēng)門→啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)倒機(jī)完成。由于主備用風(fēng)機(jī)倒機(jī)需要時(shí)間，因此存在如下問題：1.倒機(jī)過程中必然存在井下短暫無風(fēng)，井工礦井容易造成瓦斯超限；2.備用風(fēng)機(jī)冷備用，如果備用風(fēng)機(jī)因某種原因突然無法啟動(dòng)，而運(yùn)行風(fēng)機(jī)已停止，容易引發(fā)事故。3.在備用風(fēng)機(jī)故障情況下，即使迅速恢復(fù)原風(fēng)機(jī)運(yùn)行，也會(huì)造成倒機(jī)時(shí)間較長，是重大安全隱患。如何保證新風(fēng)井在礦井主通風(fēng)機(jī)倒機(jī)過程中風(fēng)量、負(fù)壓的平穩(wěn)過渡，有效的抑制瓦斯超限，從解決倒機(jī)過程中通風(fēng)系統(tǒng)失穩(wěn)的問題入手，設(shè)計(jì)倒機(jī)方案，最終實(shí)現(xiàn)新建的西井礦井主通風(fēng)機(jī)更加優(yōu)秀的倒機(jī)模式，對(duì)礦井安全生產(chǎn)意義重大。

二、通風(fēng)機(jī)不停風(fēng)倒機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程

根據(jù)對(duì)礦井主扇風(fēng)機(jī)倒機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及關(guān)鍵問題的分析，礦井主扇風(fēng)機(jī)倒機(jī)控制系統(tǒng)的核心問題一是控制通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定，以保證井下瓦斯不超限；二是倒機(jī)前確定備用風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)良好，并降低倒機(jī)時(shí)間。對(duì)此，考慮實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)不停風(fēng)倒機(jī)的功能。

（一）技術(shù)要求

通風(fēng)機(jī)不停風(fēng)倒機(jī)技術(shù)要實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)及附屬設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、性能參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)功能，能實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)及其附屬設(shè)備的起?？刂萍氨Ｗo(hù)，能實(shí)現(xiàn)一鍵不停風(fēng)自動(dòng)倒機(jī)功能，并具備主扇故障自動(dòng)判別功能，能在無人值守的主扇故障工況下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)不停風(fēng)倒機(jī)，起機(jī)時(shí)間不超過十分鐘，不能出現(xiàn)井下無風(fēng)情況。

（二）實(shí)施方案

1.系統(tǒng)構(gòu)成。礦井主扇不停風(fēng)倒機(jī)系統(tǒng)主要包括不停風(fēng)倒機(jī)風(fēng)門系統(tǒng)和不停風(fēng)倒機(jī)在線監(jiān)控系統(tǒng)。不停風(fēng)倒機(jī)風(fēng)門系統(tǒng)由立式掛網(wǎng)主風(fēng)門、對(duì)空短路副風(fēng)門和閘板檢修風(fēng)門組成，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及布置結(jié)構(gòu)滿足不停風(fēng)倒機(jī)的需要，并滿足一風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，另一風(fēng)機(jī)熱備、測(cè)試和進(jìn)行維修維護(hù)的需要。所有風(fēng)門工作壓力能承受不小于礦井負(fù)壓的3倍。不停風(fēng)倒機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)及附屬設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、性能參數(shù)等的實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不停風(fēng)倒機(jī)風(fēng)門系統(tǒng)的自動(dòng)控制。

2.技術(shù)關(guān)鍵。立式掛網(wǎng)主風(fēng)門和對(duì)空短路副風(fēng)門均采用自密式旋葉風(fēng)門，風(fēng)門及門框材質(zhì)應(yīng)滿足設(shè)備使用強(qiáng)度及剛度要求，風(fēng)門關(guān)閉時(shí)應(yīng)保證密閉性好，漏風(fēng)少；該風(fēng)門運(yùn)行采用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其驅(qū)動(dòng)方式應(yīng)為電動(dòng)、手動(dòng)兩用，開閉要靈活、快速、準(zhǔn)確、可靠，且使用方便，開啟/關(guān)閉時(shí)間應(yīng)在40秒內(nèi)，風(fēng)門系統(tǒng)應(yīng)帶傳感器，顯示風(fēng)門啟閉狀態(tài)。監(jiān)控系統(tǒng)能夠完成對(duì)通風(fēng)機(jī)及附屬設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、性能參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)功能，能實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)及其附屬設(shè)備的起?？刂萍氨Ｗo(hù)，能實(shí)現(xiàn)一鍵不停風(fēng)自動(dòng)倒機(jī)功能，并具備主扇故障自動(dòng)判別功能，能在無人值守的主扇故障工況下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)不停風(fēng)倒機(jī)。

3.控制技術(shù)。（1）風(fēng)門規(guī)格尺寸與風(fēng)機(jī)、風(fēng)道尺寸相配套。風(fēng)門承受壓力不得小于礦井負(fù)壓的3倍。（2）立式掛網(wǎng)風(fēng)門和對(duì)空測(cè)試風(fēng)門均采用自密式旋葉風(fēng)門。自密式旋葉風(fēng)門要求齒輪齒條傳動(dòng)，配就地控制箱。（3）備用檢修風(fēng)門應(yīng)采用立式閘板風(fēng)門，閘板風(fēng)門配備就地控制箱。（4）風(fēng)機(jī)監(jiān)控具遠(yuǎn)方、集中和就地控制功能，正常情況下在電腦上自動(dòng)實(shí)現(xiàn)或使用遠(yuǎn)方一鍵控制風(fēng)機(jī)的啟停和切換，使井下風(fēng)量在對(duì)風(fēng)機(jī)操作過程中仍然保持平穩(wěn)過渡；遇到特殊狀況時(shí)，可以人工手動(dòng)方式在監(jiān)控室或者就地實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)、風(fēng)門、高壓柜等設(shè)備的啟、停。（5）系統(tǒng)選用高性能PLC控制，并配備上位機(jī)，通過操作臺(tái)按鈕對(duì)通風(fēng)機(jī)啟、停進(jìn)行操作；計(jì)算機(jī)可對(duì)通風(fēng)機(jī)各種運(yùn)行參數(shù)和信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，儲(chǔ)存、分析和判斷，自動(dòng)對(duì)風(fēng)機(jī)的電氣故障、機(jī)械故障和性能故障的三類故障進(jìn)行分類，針對(duì)致命性故障和非致命性故障給出處理建議，預(yù)先報(bào)警、直至做出相應(yīng)的控制，確保風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更加安全可靠。（6）系統(tǒng)的不停風(fēng)自動(dòng)倒機(jī)功能，由值班人員在集控室內(nèi)，通過監(jiān)控界面或者操作柜上“一鍵操作”啟動(dòng)的倒機(jī)模式，自動(dòng)完成倒機(jī)過程。

（三）系統(tǒng)不停風(fēng)倒機(jī)過程

1#風(fēng)機(jī)運(yùn)行，2#風(fēng)機(jī)備用，1#→2#風(fēng)機(jī)進(jìn)行不停風(fēng)倒機(jī)，全程均由PLC自動(dòng)控制。首先，開啟2#對(duì)空副風(fēng)門，待全開后（31s時(shí)），2#風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行穩(wěn)定；接下來停1#風(fēng)機(jī)（45s時(shí)），緊接著同時(shí)開啟2#主風(fēng)門和1#對(duì)空副風(fēng)門，關(guān)閉1#主風(fēng)門；再下來關(guān)閉2#對(duì)空副風(fēng)門（60s時(shí)），1min19s時(shí)2#主風(fēng)門和1#對(duì)空副門開度100%，1#主風(fēng)門完全關(guān)閉；最后，關(guān)閉1#對(duì)空副風(fēng)門，1min30s時(shí)完全關(guān)閉，倒機(jī)成功。

三、研究結(jié)果與礦井原倒機(jī)技術(shù)比較

將老回風(fēng)井停風(fēng)倒機(jī)技術(shù)與新建的新風(fēng)井不停風(fēng)倒機(jī)技術(shù)進(jìn)行比較，新倒機(jī)技術(shù)具有較大優(yōu)勢(shì)：不停風(fēng)倒機(jī)技術(shù)在倒機(jī)過程中不停風(fēng)，杜絕了井下因停風(fēng)而導(dǎo)致瓦斯積聚的重大安全隱患；該技術(shù)將原來“停機(jī)倒機(jī)”模式下的備用風(fēng)機(jī)冷備用狀態(tài)變?yōu)槭紫葐?dòng)的熱備用，克服了原倒機(jī)模式中備用風(fēng)機(jī)冷備用狀態(tài)下因某種原因突然無法啟動(dòng)的安全隱患；不停風(fēng)倒機(jī)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了礦井主通風(fēng)機(jī)倒機(jī)過程中井下風(fēng)量波動(dòng)時(shí)間不超過40s，倒機(jī)過程中最低通風(fēng)量不低于正常通風(fēng)量的40%，最低供風(fēng)量持續(xù)時(shí)間不超過10秒，倒機(jī)時(shí)間大大縮短，技術(shù)改進(jìn)后的倒機(jī)時(shí)間縮短為傳統(tǒng)“停風(fēng)倒機(jī)”所需時(shí)間的1/5。此外，該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)等功能實(shí)現(xiàn)了對(duì)主通風(fēng)機(jī)及其配套設(shè)備的主要性能參數(shù)的監(jiān)控，并能夠在監(jiān)控中心同步顯示風(fēng)機(jī)及風(fēng)門系統(tǒng)的模擬運(yùn)行畫面，監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)開停信號(hào)、正反風(fēng)信號(hào)、風(fēng)門啟閉信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示、存儲(chǔ)、查詢、打印等功能，方便了人員的監(jiān)控管理和操作；特別是通過系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一鍵倒機(jī)、一鍵啟機(jī)，操作簡單，安全可靠。

四、結(jié)語

2019年不停風(fēng)倒機(jī)技術(shù)在邢臺(tái)礦新井主扇通風(fēng)機(jī)的應(yīng)用，運(yùn)行至今運(yùn)行一切正常，不停風(fēng)倒機(jī)技術(shù)的應(yīng)用縮短了倒機(jī)時(shí)間，同時(shí)克服了傳統(tǒng)倒機(jī)方式下倒機(jī)過程中井下無風(fēng)的技術(shù)難題，對(duì)于高瓦斯礦井和深部開采礦井在倒機(jī)過程中常見的瓦斯超限的安全隱患治理具有重要意義；一鍵啟機(jī)、一鍵倒機(jī)簡化了操作流程，提高了倒機(jī)速度，保障了倒機(jī)過程中的可靠性；通風(fēng)機(jī)熱備用的思想，提高了通風(fēng)機(jī)倒機(jī)的成功率；在線監(jiān)控改變通風(fēng)設(shè)備原有定期檢修為狀態(tài)檢修，提高了通風(fēng)設(shè)備的安全性，保證了通風(fēng)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行。