智能局部通风成套装备在山西三元煤业股份有限公司的应用

张斌等

摘要： 本文介绍了矿井智能局部通风成套装备组成及特点，详细介绍了该装备的优点以及达到的效果，并介绍了其使用情况和运行情况。

Abstract： This paper introduces the composition and characteristics of the intelligent mine local ventilation equipment， details the advantages of the system and the effect， and introduces the usage and operation condition of this equipment.

关键词： 智能局部通风成套装备；三元煤业；运行情况

Key words： intelligent local ventilation equipment；Sanyuan Coal Industry；operation condition

中图分类号：TD441 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）12-0033-03

1 项目背景

山西三元煤业股份有限公司是晋能集团的大型煤炭生产企业，先后获得全国煤企百强企业、全国安全高效矿井，全国煤炭工业“双十佳”煤矿，全国最美矿山等荣誉称号。三元煤业本部煤矿位于长治市郊区堠北庄镇南，井田面积为22.9517km2。现生产能力为220t/a。2012年公司根据国家安监总局《关于贯彻落实国务院<通知>精神制定落实“十二五”规划推动实施科技兴安战略的指导意见》（安监总规划[2010]194号）：“有条件的煤矿要采用矿井通风成套装备智能分析技术和矿用局部通风机智能调节成套装备”要求，为改善井下掘进面供风条件，实现通风智能调节，经公司多方考察，于2012年4月向平安电气股份有限公司订购智能局部通风机一套，配套该公司核心技术产品-流道式变频器（变频器型号为BPB-132/660F），和智能控制开关（开关型号：QJZ-160/660F）。

同年9月入井使用，迄今为止智能局部通风成套装备在下井使用一切正常。现公司本部煤矿现购置智能局部通风成套装备4套。

2 矿井智能局部通风成套装备组成及特点

2.1 结构和组成（图1）

2.2 上位机软件监控（图2）

2.3 优点（图3）

2.3.1 智能控制发明专利技术 该成套装备是以井下掘进面迎头、掘进巷道回风流、回风巷道混合处的瓦斯浓度和风速为控制变量，以智能开关为控制器，以煤矿风机用隔爆型变频器为执行器、以局部通风机为被控对象组成的闭环调速控制成套装备。采用PLC与变频器组成的控制成套装备，对风机转速实时调控，实现实时预警、人机双控、按需供风、节能运行、防灾减灾的效果。

2.3.2 领先的井下隔爆变频器防电磁污染技术 装备采用屏蔽、滤波、隔离、可靠接地等措施阻断其电磁辐射和电磁干扰（EMC）的传播途径，使井下隔爆变频器的电磁干扰实测参数低于国家标准值。

2.3.3 首创流道式散热技术 此台变频器采用流道式结构设计，不仅很好地解决了变频器的散热问题，而且让其和风机自成一体，使变频器朝着小型化迈进了一大步。

2.3.4 一体化设计技术的FBDY局部通风机 通风机因其机壳内筒、电机外壳合二为一，取消了以往电机机壳外部的散热片，更有效解决了电机散热的问题，延长了电机使用寿命，同时也减小了风机的噪声，从通风机整流帽到消声芯筒，再到电机机座、后消声锥做到外径一致，保证了风机内流道的畅通，提高了风机效率、降低了风机噪声。据测量，FBDY系列风机电机定子温升降3～5℃，噪声低2～3dB，效率提高1～3%。

2.4 成套装备功能特点

2.4.1 风电闭锁功能 智能开关发生故障时，馈电开关控制的掘进工作面动力电源断电，从而实现风电闭锁的

功能。

2.4.2 保护功能 当风机或变频器发发生故障时，能实现短路、过流、过压、故障显示、故障复位等多种保护功。

2.4.3 主、备起动器断电自动切换功能 当主起动器发生故障时，备用起动器自动切换运行。

2.4.4 报警功能 当出现故障和瓦斯超限时，连接的声光报警装备及时自动提醒现场工作的人员。采取相应措，解决异常情况。

2.4.5 成套装备自动调节风速功能 成套装备根据现场所接瓦斯传感器所测的瓦斯浓度，自动调节风速。瓦斯传感器T1为掘进面迎头瓦斯浓度值，T2为掘进巷道回风流瓦斯浓度值，T3信号线为回风巷道混合处瓦斯浓度值，F1为掘进面迎头风速。（图6）

①自动排瓦斯功能。

②自动通风功能。

2.4.6 手动调节风速功能 可通过变频器显示面板或起动器显示面板的人机界面来设置变频器的输出频率，从而实现手动控制来调节风量。

2.4.7 瓦斯电闭锁功能

2.5 达到的效果

2.5.1 防止瓦斯超限，实现瓦斯“0”超限目标。该装备集监测与自动控制为一体，具备局部通风机关联瓦斯浓度自适应“按需供风”功能、自动排瓦斯功能、瓦斯电闭锁功能、风电闭锁功能、双风机双电源自动切换功能，从根本上防治瓦斯超限。

2.5.2 降低工耗，提高劳动生产率 智能局部通风成套装备的运行，有效的减少了井下相关的工作人员，逐步做到“无人则安”，同时，在矿井下监测和排放瓦斯的工作时间大大减少，系统配置一步到位，大风机去换小风机，不需要单级启动，换风筒，低效的测定工作都不再需要。大大缩短了设备维护、更换时间，节省了煤矿对通风系统的投入，提高了生产效率。

2.5.3 正常情况下节约电能约27%左右。endprint

2.6 显著特点。①智能局部通风成套装备主要产品温升低，可靠性和使用寿命大大提高。风机结构采用电机机座与主机组内筒合二为一的结构与同类产品相比，电动机温升下降3～5K，提高了电动机的使用寿命；变频器采用流道式结构设计，很好地解决了变频器的散热问题，比采用其它冷却方式的变频器温升低20K以上，主要元器件可靠性和使用寿命大大提高。②衡量变频器指标的EMC值低，比国家标准低很多，不会对井下设备和通信系统造成干扰。③该装置自动化程度高，自控能力强。

3 使用情况

3.1 井下掘进工作面使用情况

3.1.1 使用时间：2012年9月4日

3.1.2 使用内容：①系统手动调速状态，调整变频风机运行频率时，工作面传感器T1、T2、T3的浓度，工作面风速，工作面风量，回风风量，吸入风量的变化情况，以及风机电动机输出电压、电流、功率和噪音的变化情况。②系统自动调速状态，调整工作面传感器T1、T2、T3的浓度时，工作面风速，工作面风量，回风风量，吸入风量和风机电动机输出频率的变化情况。③系统加入差压传感器后，系统开关能正确读出实时风量。

3.2 使用结果

①根据该工作面作业规程规定：风机设定最低频率为20HZ。②工作面瓦斯传感器T1、T2在小于0.5%期间，风机输出设定最低频率。满足工作面用风需要。实现了节能运行。③工作面瓦斯传感器T1、T2在大于0.7%期间，风机输出频率迅速增加，直至最高频率50Hz。确保工作面瓦斯浓度不超过0.7%，并能满足工作面用风需要。④混合处瓦斯传感器T3在1.5%或大于1.5%期间，工作面瓦斯传感器T1、T2无论多少，风机输出频率立即降至设定最低频率。防止混合处瓦斯超过规定要求。避免瞬间排放瓦斯。

4 运行情况

①设备运行期间，变频器运行平稳，没有出现任何故障，并且没有对其它设备造成干扰；②主、副风机切换正常，风电闭锁灵敏可靠；③工作面瓦斯传感器T1、回风流瓦斯传感器T2、混合处的瓦斯传感器T3的信号可以传输到智能控制开关并正常显示，瓦斯电闭锁灵敏可靠；④两个差压传感器数据能正确传入开关，开关能显示实时风量；⑤通风机、变频器和控制开关能与其它各种设备兼容；⑥变频器可以随着工作面瓦斯浓度的变化而自动调节频率，从而改变工作面的实际用风需要，保证了瓦斯不超限；⑦智能控制开关显示屏上能够显示运行过程中的电压、电流、功率、风量、运行频率、故障状态等，便于操作人员掌握现场情况，做出合理的操作；⑧相同功率的普通风机（功率：2×45kW）运行一个月消耗电量约为：55080kWh，电费为30294元（三元煤业本部煤矿平均电价：0.55元/kWh）。该变频风机在不同频率下各运行一个月，风机耗电及节能情况如表1所示。

5 结论

①智能局部通风成套装备能现实各种基本功能，运行安全稳定；②自动工作状态下，瓦斯浓度变化时，能实现风机自动调整频率及调节风量的闭环控制；③智能局部通风成套装备节能效果明显；④设备运行期间，噪音略低于普通风机。

参考文献：

[1]张振华.掘进工作面局部通风安全保障系统设计及应用[J].河北煤炭，2009（05）.

[2]梁涛，侯友夫，吴楠楠.掘进工作面局部通风智能监控系统的研究[J].矿山机械，2008（01）.

[3]姜勇国.谈局部通风方法[J].煤炭技术，2008（07）.endprint

2.6 显著特点。①智能局部通风成套装备主要产品温升低，可靠性和使用寿命大大提高。风机结构采用电机机座与主机组内筒合二为一的结构与同类产品相比，电动机温升下降3～5K，提高了电动机的使用寿命；变频器采用流道式结构设计，很好地解决了变频器的散热问题，比采用其它冷却方式的变频器温升低20K以上，主要元器件可靠性和使用寿命大大提高。②衡量变频器指标的EMC值低，比国家标准低很多，不会对井下设备和通信系统造成干扰。③该装置自动化程度高，自控能力强。

3 使用情况

3.1 井下掘进工作面使用情况

3.1.1 使用时间：2012年9月4日

3.1.2 使用内容：①系统手动调速状态，调整变频风机运行频率时，工作面传感器T1、T2、T3的浓度，工作面风速，工作面风量，回风风量，吸入风量的变化情况，以及风机电动机输出电压、电流、功率和噪音的变化情况。②系统自动调速状态，调整工作面传感器T1、T2、T3的浓度时，工作面风速，工作面风量，回风风量，吸入风量和风机电动机输出频率的变化情况。③系统加入差压传感器后，系统开关能正确读出实时风量。

3.2 使用结果

①根据该工作面作业规程规定：风机设定最低频率为20HZ。②工作面瓦斯传感器T1、T2在小于0.5%期间，风机输出设定最低频率。满足工作面用风需要。实现了节能运行。③工作面瓦斯传感器T1、T2在大于0.7%期间，风机输出频率迅速增加，直至最高频率50Hz。确保工作面瓦斯浓度不超过0.7%，并能满足工作面用风需要。④混合处瓦斯传感器T3在1.5%或大于1.5%期间，工作面瓦斯传感器T1、T2无论多少，风机输出频率立即降至设定最低频率。防止混合处瓦斯超过规定要求。避免瞬间排放瓦斯。

4 运行情况

①设备运行期间，变频器运行平稳，没有出现任何故障，并且没有对其它设备造成干扰；②主、副风机切换正常，风电闭锁灵敏可靠；③工作面瓦斯传感器T1、回风流瓦斯传感器T2、混合处的瓦斯传感器T3的信号可以传输到智能控制开关并正常显示，瓦斯电闭锁灵敏可靠；④两个差压传感器数据能正确传入开关，开关能显示实时风量；⑤通风机、变频器和控制开关能与其它各种设备兼容；⑥变频器可以随着工作面瓦斯浓度的变化而自动调节频率，从而改变工作面的实际用风需要，保证了瓦斯不超限；⑦智能控制开关显示屏上能够显示运行过程中的电压、电流、功率、风量、运行频率、故障状态等，便于操作人员掌握现场情况，做出合理的操作；⑧相同功率的普通风机（功率：2×45kW）运行一个月消耗电量约为：55080kWh，电费为30294元（三元煤业本部煤矿平均电价：0.55元/kWh）。该变频风机在不同频率下各运行一个月，风机耗电及节能情况如表1所示。

5 结论

①智能局部通风成套装备能现实各种基本功能，运行安全稳定；②自动工作状态下，瓦斯浓度变化时，能实现风机自动调整频率及调节风量的闭环控制；③智能局部通风成套装备节能效果明显；④设备运行期间，噪音略低于普通风机。

参考文献：

[1]张振华.掘进工作面局部通风安全保障系统设计及应用[J].河北煤炭，2009（05）.

[2]梁涛，侯友夫，吴楠楠.掘进工作面局部通风智能监控系统的研究[J].矿山机械，2008（01）.

[3]姜勇国.谈局部通风方法[J].煤炭技术，2008（07）.endprint

2.6 显著特点。①智能局部通风成套装备主要产品温升低，可靠性和使用寿命大大提高。风机结构采用电机机座与主机组内筒合二为一的结构与同类产品相比，电动机温升下降3～5K，提高了电动机的使用寿命；变频器采用流道式结构设计，很好地解决了变频器的散热问题，比采用其它冷却方式的变频器温升低20K以上，主要元器件可靠性和使用寿命大大提高。②衡量变频器指标的EMC值低，比国家标准低很多，不会对井下设备和通信系统造成干扰。③该装置自动化程度高，自控能力强。

3 使用情况

3.1 井下掘进工作面使用情况

3.1.1 使用时间：2012年9月4日

3.1.2 使用内容：①系统手动调速状态，调整变频风机运行频率时，工作面传感器T1、T2、T3的浓度，工作面风速，工作面风量，回风风量，吸入风量的变化情况，以及风机电动机输出电压、电流、功率和噪音的变化情况。②系统自动调速状态，调整工作面传感器T1、T2、T3的浓度时，工作面风速，工作面风量，回风风量，吸入风量和风机电动机输出频率的变化情况。③系统加入差压传感器后，系统开关能正确读出实时风量。

3.2 使用结果

①根据该工作面作业规程规定：风机设定最低频率为20HZ。②工作面瓦斯传感器T1、T2在小于0.5%期间，风机输出设定最低频率。满足工作面用风需要。实现了节能运行。③工作面瓦斯传感器T1、T2在大于0.7%期间，风机输出频率迅速增加，直至最高频率50Hz。确保工作面瓦斯浓度不超过0.7%，并能满足工作面用风需要。④混合处瓦斯传感器T3在1.5%或大于1.5%期间，工作面瓦斯传感器T1、T2无论多少，风机输出频率立即降至设定最低频率。防止混合处瓦斯超过规定要求。避免瞬间排放瓦斯。

4 运行情况

①设备运行期间，变频器运行平稳，没有出现任何故障，并且没有对其它设备造成干扰；②主、副风机切换正常，风电闭锁灵敏可靠；③工作面瓦斯传感器T1、回风流瓦斯传感器T2、混合处的瓦斯传感器T3的信号可以传输到智能控制开关并正常显示，瓦斯电闭锁灵敏可靠；④两个差压传感器数据能正确传入开关，开关能显示实时风量；⑤通风机、变频器和控制开关能与其它各种设备兼容；⑥变频器可以随着工作面瓦斯浓度的变化而自动调节频率，从而改变工作面的实际用风需要，保证了瓦斯不超限；⑦智能控制开关显示屏上能够显示运行过程中的电压、电流、功率、风量、运行频率、故障状态等，便于操作人员掌握现场情况，做出合理的操作；⑧相同功率的普通风机（功率：2×45kW）运行一个月消耗电量约为：55080kWh，电费为30294元（三元煤业本部煤矿平均电价：0.55元/kWh）。该变频风机在不同频率下各运行一个月，风机耗电及节能情况如表1所示。

5 结论

①智能局部通风成套装备能现实各种基本功能，运行安全稳定；②自动工作状态下，瓦斯浓度变化时，能实现风机自动调整频率及调节风量的闭环控制；③智能局部通风成套装备节能效果明显；④设备运行期间，噪音略低于普通风机。

参考文献：

[1]张振华.掘进工作面局部通风安全保障系统设计及应用[J].河北煤炭，2009（05）.

[2]梁涛，侯友夫，吴楠楠.掘进工作面局部通风智能监控系统的研究[J].矿山机械，2008（01）.

[3]姜勇国.谈局部通风方法[J].煤炭技术，2008（07）.endprint