燕子山礦局部通風機控制系統改造

官生花

（晉能控股煤業集團燕子山礦 山西 大同 037037）

0 引言

燕子山礦掘進工作使用的局部通風機目前仍配套使用QBZ-80SF 型磁力啟動器，這類磁力啟動器為大負載的電動機提供了一種安全的啟動方法，具有欠壓和過載保護等功能，在斷電時能夠自動切斷電源，工作的安全性和可靠性較高，等缺點是通風機提供的風量無法根據工作現場實際進行動態調整，且工作頻率固定為50 Hz，耗電量較大，不符合當前煤礦節能化生產的趨勢和需求[1-3]。為了解決礦井局部通風機工作的節能化和自動化控制問題，同時還要提高工作的安全性和可靠性，決定對局部通風機的控制系統進行智能化改造，從而推動礦井機電設備的更新換代進程。

1 概況

燕子山礦302盤區5218巷掘進工作面，巷道計劃掘進2 515 m，巷道斷面為矩形，巷道通風斷面尺寸為5 000 mm×3 500 mm；該掘進工作面使用兩臺FBD№7.1/2×45(660/1140)型礦用隔爆型壓入式對旋軸流局部通風機，一臺使用，一臺備用，具有結構合理、噪音低、送風距離遠等特點，巷道長度在2 000 m以內可不移動通風機正常送風，適用性較強；最大額定吸風量為：650 m3/min，實際所需風量482.7 m3/min，風筒末端實際出風量大于等于244.8 m3/min可滿足要求。

局部通風機使用常規的磁力啟動器進行啟停控制，能夠滿足日常工作需要，但最大的缺點是啟動后以恒定的工作功率運行，工作頻率固定為50 Hz，無論工作面需風量大小，風機的送風量均保持不變，能耗一直在處在高位，節能性及經濟性較差，需要進行節能化及智能化改造。

2 局部通風機控制系統改造

2.1 控制系統改造需求

設計改造方案之前，需要對改造的目的及需求進行明確，主要包括以下幾個方面：

（1）保障運行的可靠性。通過方案設計及應用試驗，考核控制系統的運行狀況、故障狀況，局部通風機電機的運行狀況、絕緣狀況、發熱狀況等。

（2）實現自動化控制。能夠根據掘進迎頭和回風巷混合處的瓦斯濃度變化、巷道內風速變化自動調風量，局部通風機能夠自動調速運轉，使局部通風機始終滿足供風要求。

（3）實現節能化目的。根據所需風量調節變頻器輸出頻率，在滿足工作面供風的前提下，變頻器降低輸出頻率可降低電能消耗，達到節能效果。

（4）實現在線實時監控。局部通風機變頻智能控制系統可實時監控并記錄設備運行信息、故障信息，對異常情況報警，形成日報表可打印輸出。

（5）具備控制及保護功能。系統具備局部通風機控制及保護功能基本要求，兩部風機可按周期切換輪流工作，各項控制及保護功能符合相關標準、規范及規程要求。

2.2 控制系統改造方案設計

設計基于燕子山礦當前使用的660 V 局部通風機，配套使用BPJ2-110/660SF型通風機用隔爆兼本安雙電源雙變頻調速器進行改造，建成“局部通風機變頻智能控制系統”，使局部通風機在使用過程中可靠性、自動化控制效果、節能效果、監控效果及各種保護功能均得到提升[4]。系統的整體設計方案如圖1所示，系統配件的型號及數量如表1所示。

圖1 局部通風機變頻智能控制系統方案設計

表1 局部通風機變頻智能控制系統配置表

3 應用效果

在經過為期46天的地面試驗后，接續進行了為期7個月的井下工業性試驗，運行效果分析如下：

（1）系統可靠性。從2021 年2 月4 日投入使用以來，至 2021 年 9 月 27 日，系統已累計運行 7 個月之多(約235 天)，掘進進尺達到782 m，變頻器運行穩定，無故障；電機運行正常，無絕緣降低及異常發熱現象。

（2）自動化控制。系統可依據掘進迎頭和回風巷混合處的瓦斯濃度和風速變化，控制局部通風機的轉速，實現了按瓦斯濃度和風速要求自動調風。在瓦斯濃度控制方面，瓦斯濃度為1.80%時，變頻調速上限為50 Hz，下限為20 Hz，當瓦斯濃度由1.80%至0.00%變化時，變頻器輸出頻率由50 Hz 至20 Hz 變化，對應風機電機轉速由 2 900 rpm 至 1 740 rpm 變化，如圖 2 所示。

圖2 瓦斯濃度與系統運行頻率關系圖

（3）節能效果。在保持一個掘進進尺（715 m）的前提下，使通風機以不同的頻率均運行20 min，節能測試情況如表2所示。

表2 局部通風機變頻智能控制系統相同進尺節能測試

在滿足通風要求的前提下，30 Hz 運行相對50 Hz運行可以節電79%；35 Hz運行相對50 Hz運行可以節電66%；40 Hz 運行相對50 Hz 運行可以節電52%；45 Hz 運行相對50 Hz 運行可以節電29%；同時，低頻時降噪效果非常明顯。因此，局部通風機變頻智能控制系統可依據掘進瓦斯濃度和風速變化自動調節輸出頻率及運行功率，實現按需供風，避免不必要的能源消耗，實現節能改造目的。

（4）在線監控。對風機變頻器設定參數、運行數據、故障信息及工作面瓦斯濃度、風速均可進行實時監控，并在瓦斯濃度和風速異常時進行報警，可分權限進行應急遠程控制。

（5）控制及保護。兩部局部通風機能夠按周期利用專用電源輪換工作；在自動切換模式下，切斷正在運行的主風機電源、人為使正在運行的主風機故障，均自動切換至副風機運行；在自動切換模式下，切斷正在運行的副風機電源、人為使正在運行的副風機故障，均自動切換至主風機運行。驗證了局部通風機變頻智能控制系統符合井下局部通風機各種控制及切換要求，具備各種保護，符合《煤礦安全規程》規定的井下局部通風機使用要求及用戶的特殊使用要求。

4 結束語

經過7個多月(約235天)的使用，局部通風機變頻智能控制系統的各項功能均得到充分試驗和驗證，控制系統及設備運行正常、可靠，功能齊全，實現了減小煤塵飛揚、降低噪音、改善工作面工作環境、延長了風機、風筒的使用壽命以及節能降耗的目的，滿足井下實際使用要求，可以進一步在更多設備中研發并增加使用數量。