矿井主扇不停风倒机系统设计与应用

2018-11-28武德峰

机械管理开发 2018年11期

武德峰

（山西新元煤炭有限责任公司，山西阳泉 045000）

引言

对于高瓦斯矿为了保证煤矿安全生产，避免瓦斯爆炸事故发生，必须采取合理有效的通风系统，预防瓦斯集聚、降低瓦斯浓度，但是在实际煤矿生产过程中经常需要对矿井主扇进行检修维护以及主扇倒机切换实验，造成矿井短暂停风，而高瓦斯矿井在短暂停风时，不仅无法保证矿井采掘工作面正产供风量，而且受矿井巷道不同的断面规格、弯曲度、以及沿程阻力等影响，很容易出现风流紊乱以及矿井瓦斯集聚现象，严重威胁着煤矿安全生产。对此，新元矿通风部通过技术研究，决定对矿井原主扇倒机系统进行优化，提高矿井通风可靠性，保证煤矿安全高效生产。

1 矿井介绍

山西新元煤炭有限责任公司位于阳泉市寿阳县朝阳镇草沟村，矿井设计生产能力为5.0 Mt/a，矿井相对瓦斯涌出量为27.21 m3/t，绝对瓦斯涌出量为285.54 m3/min，属于煤与瓦斯突出矿井。新元矿风机主扇风机采用的是两台31号对旋式风机，功率为570 kW，设计风量为254 m3/s，最大负压为2 721 Pa，分别安装在主副风道内，并在风道进风口处分别安装立式主风门和检修风门，如图1所示。

图1 断元矿原主扇通风系统平面示意图

由于矿井在生产期间要定期对主扇进行倒机实验，若供电系统和通风设施故障，主扇停风时无法及时启动备用主扇，将导致矿井倒扇期间需停风，造成矿井内供风不足、风流紊乱、瓦斯集聚现象。根据数据统计，2016年新元矿共发生三起主扇停风事故，致使矿井内瓦斯浓度集聚升高，采掘工作面内最大瓦斯浓度高达3.4%，矿井被迫停产撤人，造成煤矿经济损失54余万元。

2 原主扇倒机系统主要存在的问题

1）主扇倒机期间无法实现不停风：当原通风系统中主扇正常运行时，主风道中检修风门和立式主风门处于开启状态，副风道中检修风门、立式主风门处于关闭状态；当主扇倒机时，先关闭主风道通风设施，再打开副风道内通风设备。在此期间，若一旦发生供电系统、通风设备故障，将造成矿井临时停风，无法实现倒机不停风，导致矿井内瓦斯能有害气体集聚，威胁矿井安全生产。

2）自动化水平低：原通风系统在自运行状态下自动化水平相对较低，无法对主扇主要参数进行监测，如风机的电流、电压、功率、轴承温度、径向轴向振动，电机绕组温度等。一旦主扇发生故障，不能及时发现，将影响风机检修维护工作。

3）设备陈旧、故障率高：在原系统中，风门主要由钢架框、木板等构成。风门不仅沉重，而且遇温差变化、积水时很容易出现变形、断裂现象，并且原风门采用钢丝绳斜拉的开启方式，无任何保护装置，如限位器、转轴保护、钢丝绳监测仪等，易造成钢丝绳拉断、风门损坏等事故。

4）通风设施维护困难：一是在正常通风状态下，风门等设施出现故障时无法及时维修；二是维修难度大，维修效果差。

3 原通风系统优化

为了实现主扇倒机期间不停风，新元矿通风部通过研究决定对原主扇通风系统进行优化，采用ZKKG-1型主扇不停风倒机系统，如下页图2所示。

图2 ZKKC-1主扇倒机不停风系统设备布置平面示意图

3.1 ZKKG-1型主扇倒机系统组成

ZKKG-1型主要由PLC控制柜、联锁开关、对空风门、立式挂网风门、风门联锁集控系统、风机性能监控仪等部分组成。

1）PLC控制柜主要是对各种信号进行处理，并下发指令，确保倒机系统能够及时进行联锁作用。该装置主要由指示灯、信号处理器、显示屏、接线口以及电源保护装置等部分组成。

2）该系统中联锁开关共计两台，分别用于主扇真空磁力启动器以及控制柜进行连接，主要是对供电开关进行联锁作用。

3）风门联锁集控系统主要包括信号处理系统和风门联锁控制系统，主要控制风门液压转动轴，确保风门能够自动关闭、开启。

4）风机性能监控仪主要由信号传感器和故障传感器组成。监控仪主要与主扇及PLC控制柜进行连接，能够及时监视主扇运行状态，并具有自动故障检测功能。

5）将原通风系统中立式主风门和检修风门更换为对空风门和立式挂网风门，风门主要由铝合金构成，质量轻且不易变形。

3.2 ZKKG-1型主扇倒机系统工作原理

1）当1号主扇开启时，主风道内对空风门关闭，立式挂网风门处于开启状态，此时副风道内所有通风设施及设备处于关闭状态。

2）在进行主扇倒机时，通过PLC控制柜信号输入，使副风道2号主扇开启预热，并打开副风道对开风门，立式挂网风门关闭。此时主风道内主扇处于正产运转状态，对空风门和立式挂网风门都处于开启状态。

3）待2号主扇预热10 min后且经监测仪检测风机各项运行参数安全稳定后，及时将信号传递至PLC控制柜，控制柜接收信号且处理后将“关闭”指令分别传递至主风道内联锁开关及风门联锁集控系统。此时1号主扇电源关闭停止运转，对空风门及立挂式风门关闭。同时控制柜将副风道对空风门“关闭”指令和立挂式风门“开启”指令传递至副风道风门联锁集控系统内，副风道对开风门关闭、立式挂网风门开启，完成主扇倒机工序。

4）在倒机期间一旦副风道内通风设施及设备出现故障且无法及时开启时，经2号主扇风机性能监控仪监测后及时将故障信号传递至PLC控制柜，控制柜接收信号后将故障点及故障类型直观显示在显示屏上，并对主风道内通风设施及设备不下发倒机指令；当15 min后2号主扇故障仍未处理，通过PLC控制柜及副风道内联锁开关作用及时关闭2号主扇电源以及主副风道内对开风门。

4 ZKKG-1型主扇倒机系统优点

1）与传统主扇通风系统相比，ZKKG-1型主扇倒机系统实现了在通风动力及供风量不变的情况下，对两台主扇进行切换控制，达到一键式倒机的目的。2017年2月，新元矿安装该系统后运行至今，共进行了5次主扇倒机实验。经检测，倒机期间最大时长为3 min，平均时长为87 s，即可完成整个倒机工序，而且倒机期间矿井内未发生一起瓦斯超限断电现象，最大瓦斯集聚浓度仅为0.7%，与传统系统相比大大降低了倒机时间，避免了传统倒机停风时所造成的矿井内瓦斯集聚现象。

2）ZKKG-1型主扇倒机系统具有故障监测功能。在倒机期间，一旦主扇及通风设施出现故障，能够及时进行反馈，在PLC控制柜作用下终止倒机，并对故障进行自动识别监测。解决了传统倒机出现故障时，倒机周期长、故障南翼排除等技术难题，大大降低了人工检修劳动强度。

3）ZKKG-1型主扇倒机系统智能自动化水平高，成本费用低，整套系统仅需成本费用3.5万元，而且各个元件动作灵敏度高，受施工条件及环境影响小。