煤礦主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

范 進(jìn)

（大同煤礦集團(tuán)馬脊梁礦，山西 大同037001）

引言

主通風(fēng)機(jī)是煤礦重要的通風(fēng)設(shè)施，井下生產(chǎn)過程中主要利用主通風(fēng)機(jī)將地面新鮮風(fēng)流帶入采掘工作面內(nèi)，供施工人員呼吸，同時(shí)排除工作面粉塵及有害氣體，保證井下安全生產(chǎn)。但是目前多數(shù)煤礦風(fēng)機(jī)在檢修時(shí)倒機(jī)過程中需短暫停風(fēng)，導(dǎo)致井下高瓦斯區(qū)域很容易出現(xiàn)瓦斯積聚現(xiàn)象，威脅著煤礦的安全生產(chǎn)。

大同煤礦馬脊梁礦主要采用BDK618-8-NO.30型對旋風(fēng)機(jī)，電機(jī)型號為YBF630-8，電機(jī)電壓為6kV，電機(jī)功率為500 kW。馬脊梁礦傳統(tǒng)倒機(jī)時(shí)需先關(guān)閉主通風(fēng)機(jī)以及主通風(fēng)機(jī)閘板風(fēng)門，然后打開副風(fēng)機(jī)閘板風(fēng)門，最后開啟副風(fēng)機(jī)，整個(gè)倒機(jī)過程中需用時(shí)5～10 min，在此期間礦井停風(fēng)約3 min左右，在停風(fēng)期間很容易造成井下瓦斯超限現(xiàn)象；傳統(tǒng)倒風(fēng)機(jī)方式需6人配合施工，人工勞動強(qiáng)度大，雖然風(fēng)機(jī)安裝了監(jiān)控系統(tǒng)，但是該監(jiān)控系統(tǒng)自動化水平只可對風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況、電流、負(fù)壓、溫度等基本參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，無法實(shí)現(xiàn)自動倒機(jī)不停風(fēng)的目的，所以該礦機(jī)電科通過技術(shù)研究，在礦井主通風(fēng)機(jī)上安裝了一套在線監(jiān)控系統(tǒng)，確保通風(fēng)機(jī)在倒機(jī)過程中能夠不停風(fēng)，提高煤礦通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

1 在線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

1）在風(fēng)機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能夠確保風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障自動倒機(jī)操作及自動不停風(fēng)倒機(jī)。

2）安裝的新監(jiān)控裝備能夠與原來的系統(tǒng)相互獨(dú)立，并且操作人員能夠在遠(yuǎn)程或就地對系統(tǒng)進(jìn)行操控。

3）監(jiān)控系統(tǒng)能夠自動收集設(shè)備運(yùn)行參數(shù)并進(jìn)行故障報(bào)警，此外系統(tǒng)中還安裝一套專家診斷軟件，能夠根據(jù)參數(shù)的變化判斷故障類型，將原有的定期人工檢修變?yōu)橄到y(tǒng)自動檢修，時(shí)刻保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

4）系統(tǒng)安裝有外接網(wǎng)絡(luò)接口，操作人員能夠在調(diào)度大廳對風(fēng)機(jī)進(jìn)行操控，而且系統(tǒng)維護(hù)簡單，穩(wěn)定性強(qiáng)，操作簡便，能夠?qū)L(fēng)機(jī)的各類參數(shù)實(shí)時(shí)顯示在大屏上。

2 在線監(jiān)控系統(tǒng)分析

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該監(jiān)控系統(tǒng)采用工控機(jī)與西門子技術(shù)作為主要核心，同時(shí)與系統(tǒng)安裝的專家診斷軟件及熱備用倒機(jī)軟件相結(jié)合，利用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的人機(jī)交換，將系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)顯示在屏幕上，操作人員能夠通過閱讀參數(shù)了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)遠(yuǎn)程操控功能主要是通過在線監(jiān)測裝備與自動倒機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)的。為了增加數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)還配備了高精度的傳感器、信號監(jiān)測機(jī)構(gòu)、獨(dú)立通信系統(tǒng)及顯示裝備[1-3]。

2.2 系統(tǒng)功能

1）監(jiān)測功能。監(jiān)控功能是在線監(jiān)測系統(tǒng)最主要的功能，能夠?qū)崟r(shí)在線監(jiān)測風(fēng)機(jī)的負(fù)壓、軸承溫度、風(fēng)量、轉(zhuǎn)速、電機(jī)溫度、電機(jī)負(fù)荷、定子溫度、正反轉(zhuǎn)、風(fēng)門的開閉等參數(shù)，為了能給診斷軟件提供數(shù)據(jù)，系統(tǒng)還添加了軸承故障敏感振動信號和噪聲信號，軟件能夠通過對信號的數(shù)據(jù)分析進(jìn)行故障判斷。

2）遠(yuǎn)程報(bào)表功能：為了提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)選用的壓力變送器、溫度計(jì)、風(fēng)量表、電流表、電壓表均采用性能較為穩(wěn)定的高精度元件，避免測量裝置出現(xiàn)數(shù)據(jù)誤差，影響軟件的診斷結(jié)果。所有傳感器在收集到數(shù)據(jù)后會將數(shù)據(jù)傳遞給PLC進(jìn)行分析，分析結(jié)果與工控機(jī)進(jìn)行交換，最終通過組態(tài)軟件顯示在屏幕上，還可以生成報(bào)表并存儲，方便操作人員進(jìn)行歷史查詢。

3）控制功能。系統(tǒng)控制功能主要是能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)機(jī)的開機(jī)、停機(jī)、風(fēng)門的開閉，還需具備風(fēng)機(jī)在故障狀態(tài)下備用風(fēng)機(jī)自動投入及正常狀態(tài)下自動倒機(jī)。實(shí)時(shí)在線診斷軟件能夠?qū)⒃瓉淼亩ㄆ跈z修變?yōu)閷?shí)時(shí)檢修，方便操作人員實(shí)時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性。

2.3 不停風(fēng)自動倒機(jī)工作原理

為了實(shí)現(xiàn)倒機(jī)不停風(fēng)，決定將風(fēng)機(jī)入口處的原風(fēng)門改為水平對空風(fēng)門及立式掛網(wǎng)風(fēng)門兩個(gè)聯(lián)動風(fēng)門。水平對空風(fēng)門能夠降低風(fēng)機(jī)在停機(jī)狀態(tài)下啟動時(shí)的風(fēng)阻，降低風(fēng)機(jī)啟動的失敗率。利用四個(gè)百葉窗切換快速靈活的優(yōu)點(diǎn)在較短的時(shí)間聯(lián)合動作來完成風(fēng)機(jī)的切換，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)在倒機(jī)時(shí)通風(fēng)平穩(wěn)，避免倒機(jī)期間瓦斯超限的發(fā)生[4-5]。

2.3.1 原主機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)

通過對現(xiàn)場情況進(jìn)行研究分析決定，首先改造1號風(fēng)機(jī)風(fēng)門及監(jiān)控系統(tǒng)，完成1號的相關(guān)改造后再安裝2號風(fēng)機(jī)風(fēng)門及監(jiān)控系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 優(yōu)化改進(jìn)后風(fēng)門布置示意圖

1）將1號風(fēng)機(jī)水平對空風(fēng)門位置的基礎(chǔ)拆除后安裝1套水平對空風(fēng)門和就地控制裝置。

2）將1號風(fēng)機(jī)立式掛網(wǎng)風(fēng)門處位置的基礎(chǔ)拆除后安裝1套立式掛網(wǎng)風(fēng)門和就地控制裝置。

3）后續(xù)將各類控制單元、控制柜、自動倒機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行安裝。2號風(fēng)機(jī)與1號風(fēng)機(jī)的安裝工藝相同。每臺風(fēng)機(jī)的安裝時(shí)間為20 d，共需40 d完成，安裝期間不影響風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.3.2 工作原理

1）在1號正常運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)將2號風(fēng)機(jī)水平對空短路風(fēng)門打開后開啟風(fēng)機(jī)，這時(shí)2號風(fēng)機(jī)的風(fēng)流是由水平對空短路風(fēng)門進(jìn)出，這樣就實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)開機(jī)熱備。

2）自動診斷軟件在檢測到2號風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，將1號風(fēng)機(jī)水平對空風(fēng)門開啟，將1號立式掛網(wǎng)風(fēng)門及2號水平對空風(fēng)門關(guān)閉，將2號立式掛網(wǎng)風(fēng)門開啟，這樣就能夠使1號風(fēng)機(jī)切換到空轉(zhuǎn)狀態(tài)、2號風(fēng)機(jī)切換到正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。系統(tǒng)在檢測到2號風(fēng)機(jī)正常掛網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)后，將1號風(fēng)機(jī)關(guān)閉。

3 應(yīng)用效果

2019年2月，馬脊梁礦對礦井主通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，并安裝了在線監(jiān)控系統(tǒng)，截止2020年2月，通過1年的實(shí)際應(yīng)有效果來看，安裝在線監(jiān)控系統(tǒng)后共計(jì)檢測到風(fēng)機(jī)7次故障，并通過無線傳輸及界面顯示故障點(diǎn)、故障類型，同時(shí)采用該系統(tǒng)后實(shí)現(xiàn)了不停風(fēng)倒主機(jī)，解決了傳統(tǒng)主通風(fēng)系統(tǒng)故障檢測效果差、無法實(shí)現(xiàn)不停風(fēng)倒機(jī)等技術(shù)難題，提高了主通風(fēng)機(jī)使用壽命，降低了風(fēng)機(jī)故障率，避免了倒主機(jī)時(shí)瓦斯積聚現(xiàn)象，大大提高了礦井通風(fēng)穩(wěn)定性，保證了煤礦安全高效生產(chǎn)，取得了顯著的應(yīng)用成效。