局部通风机“4321”运行模式在宏远煤矿的应用

崔国宏

（山西煤炭进出口集团，山西 太原 030006）

宏远煤矿矿井通风系统为中央并列式(后期为中央分列式)机械抽出式，矿井绝对瓦斯涌出量247.43 m3/min，相对瓦斯涌出量97.98m3/t，为高瓦斯矿井。主要开采15号煤，开拓胶带下山、轨道下山、排矸大巷、总回风四条大巷，锚网喷支护；掘进方法为掘进机作业，初期局部通风机采用FBD№6.0型2×30 kW风机，实现“双风机、双电源、自动切换”，矿井为双电源（一趟为农电、一趟为动力电源），由于矿井整合后的能力提升，上级变电站动力不足，风机供电与掘进生产供电来自采区同一变压器，有的甚至是同一线路，使其最大的弊端就是风机本身出现故障或其线路出现故障后，双电源经常发生无计划停电现象，导致井下掘进工作面停风，造成瓦斯超限。2011年4月，宏远煤矿在150102运输顺槽掘进工作面实施“4321”局部通风改造措施，这对避免瓦斯超限、减少无计划停风、防止重大事故具有重大意义。

1 “4321”局部通风机运行模式

为了保证掘进期间通风系统的合理安全、有效杜绝掘进工作面的无计划停风，推行了局部通风机“4321”运行模式：使用4台2×15kW的局部通风机（两两互为备用），使用3趟电源，两趟地面专控，一趟动力电源。每组局部通风机接一趟动力一趟专供，两趟风筒同时向一个工作面供风，并配备一个专职风机管理员。宏远煤矿根据掘进通风巷道计算风量满足300～550 m3/min，配备FBD№6.0型 2×30kW风机，风量 420～560 m3/min，风筒直径800mm；配备FBD№6.0型2×15 kW风机，风量260～360 m3/min，风筒直径600 mm，并装变频开关，风筒接头全部使用快速接头，有效减少风筒接头漏风。4321局部通风系统简图，见图1。

图1 4321局部通风系统简图

2 “4321”局部通风机运行试验及效果分析

2.1 国内的同类技术

国内双风机双电源主要情况如下：

1）当工作的局部通风机故障性停风时，备用局部通风机自动切换工作的局部通风机；故障解除时，备用局部通风机停止工作，工作的局部通风机重新启动。

2）当双回路全部停电时，主风机和备用风机均不能启动，必须人工启动。

3）系统的组成：使用QBZ-80开关2台，分别控制工作局部通风机和备用局部通风机。

4）双风机为两组同等功率的对旋式风机组成，正常时主风机运行，风电闭锁、瓦斯电闭锁接入工作的局部通风机开关。

5）工作局部通风机、备用局部通风机电源，分别来自采区变电所不同变压器，主扇因故停电时，备用风机自动投入运行，确保掘进头通风连续[4-6]。

2.2 局部通风机“4321”对比传统双风机双电源的优点

1）单风筒供风风筒脱节或破损后容易造成工作面瓦斯超限，双风筒可解决此问题。

2）局部通风机“4321”改造，是将一台QBZ-80开关更换为变频开关，可以更好地合理控制风量。变频开关可由1～50Hz之间调整，实现智能排放瓦斯，可避免使用风筒三通造成漏风或风流短路的现象。

3）使用三电源可有效避免“双风机、双电源”的顶闸事故。

2.3 变频技术的情况简介

1）电机变频调速的控制原理。目前，我国使用的变频器，普遍采用交流-直流-交流的模式进行电机变频调速，它由滤波器、整流器、控制器、保护电路、驱动电路等组成。图2是PWM型交-直-交变频器原理框图。电机变频调速中，电压型变频调速器使用最广泛，由整流器、滤波系统、逆变器组成。其工作时，先将三相交流电经桥式整流为直流电。脉动的直流电压经平滑滤波后在微处理器的调控下，采用逆变器将直流电再逆变为电压和频率可调的三相交流电源，输出到需要调速的电动机上。电机转速与电源频率成正比，通过变频器调整电源频率从而调节电机转速，实现无级调速。

2）电机变频器的功能特点：①变频调速控制系统采用交-直-交变频模式，可以快速、实时、无间断地实现变频调控，使用方便、节约能源、节电率达20%～50%。②电机变频器体积小，自动化程度高，操作方便省力，降低了工作人员的劳动强度。③变频器既可设定参数自动调节变频器运行频率，也可手动调节原有设备和工作模式，使变频器处于所需工作状态之中。当变频系统出现故障时，变频器可在几秒钟内自动切换到手动控制状态，安全可靠，危险系数低。④电机可由变频器控制实现软启软停，避免了工频启动对电网和电机的冲击，降低设备损耗，延长使用寿命。⑤系统不仅有完善的电气安全保护及电机故障自跨越功能，并把异常状态内容存储起来，以便检修分析；而且有多种保护和报警功能，能对过压、欠压、过流、过载、变频器故障等非正常情况发出报警信号，有利于施工人员及时察觉，降低事故率[7-8]。

图2 PWM型交-直-交变频器原理框图

2.4 局部通风机试验效果

2012年4月，在150102运输顺槽工作面实施了“4321”局部通风机改造，一季度共停风2次，二季度以来未发生停风，有效杜绝了工作面无计划停电停风。

3 结束语

采用“4321”局部通风机运行模式，2台2×15 kW风机与一台2×30kW风机功率相同，配备变频调速开关后更能节能；一台风机正常运行时，工作面只要停止掘进，就不会造成瓦斯超限，而且风机功率变小，使用直径600 mm的风筒；方便工人拆接风筒，减小了工人的劳动强度。这种运行模式能够有效降低高瓦斯矿井基建期间煤巷掘进工作面的无计划停风和瓦斯超限事故的发生，这对新建高瓦斯矿井的煤巷掘进局部通风具有很好借鉴意义。

[1]周福宝,王德明,陈开岩.矿井通风与空气调节[M].徐州：中国矿业大学出版社，2008.

[2]张铁岗,周福宝,陈重新.高产高效矿井智能局部通风机系统的研制[J].西北煤炭,2008,6(3):3-6.

[3]商坤,王建军.变频调速在煤矿矿井通风机上的应用[J].煤炭安全,2006,7(4):16-20.

[4]况世华,何丽华.矿用通风机发展概述[J].云南冶金，2008(12):3-7.