煤矿通风机不停风倒机技术的研究

◎张永鹏

我国井工煤矿均存在瓦斯，而瓦斯则是影响矿井安全生产的一个主要的危险源。矿井通风系统承担着从井下排出有毒气体，提供新鲜空气的重要任务。现在我国大部分矿井所使用的通风设备都是上世纪的产品，普遍比较陈旧，存在各种不足，尤其是需要停风倒机，而且停机时间过长，从而导致矿井短时间通风能力不足，井下瓦斯浓度瞬间集聚超限而增加了发生重大安全事故的几率，这种情况随着矿井开采深度的加大和工作面的延伸，问题更加突出，严重威胁矿井安全生产和煤矿工人的人身安全。

一、邢台矿通风现状及存在的问题

邢台矿现有矿井配有独立完善的通风系统，通风方式为混合式，主要通风机的工作方法为抽出式，而矿井主通风机均需每月主备切换一次，以便对矿井主通风机机械和电气部分进行预防性检修。现在主备用矿井主通风机倒机均由手动完成，具体操作程序为：停主风机→关闭主风机风门→开启备用风机风门→启动备用风机，风机倒机完成。由于主备用风机倒机需要时间，因此存在如下问题：1.倒机过程中必然存在井下短暂无风，井工矿井容易造成瓦斯超限；2.备用风机冷备用，如果备用风机因某种原因突然无法启动，而运行风机已停止，容易引发事故。3.在备用风机故障情况下，即使迅速恢复原风机运行，也会造成倒机时间较长，是重大安全隐患。如何保证新风井在矿井主通风机倒机过程中风量、负压的平稳过渡，有效的抑制瓦斯超限，从解决倒机过程中通风系统失稳的问题入手，设计倒机方案，最终实现新建的西井矿井主通风机更加优秀的倒机模式，对矿井安全生产意义重大。

二、通风机不停风倒机技术实现过程

根据对矿井主扇风机倒机控制系统设计要求及关键问题的分析，矿井主扇风机倒机控制系统的核心问题一是控制通风系统稳定，以保证井下瓦斯不超限；二是倒机前确定备用风机运行状态良好，并降低倒机时间。对此，考虑实现通风机不停风倒机的功能。

（一）技术要求

通风机不停风倒机技术要实现对通风机及附属设备运行状态、性能参数的在线监测功能，能实现对通风机及其附属设备的起停控制及保护，能实现一键不停风自动倒机功能，并具备主扇故障自动判别功能，能在无人值守的主扇故障工况下实现自动不停风倒机，起机时间不超过十分钟，不能出现井下无风情况。

（二）实施方案

1.系统构成。矿井主扇不停风倒机系统主要包括不停风倒机风门系统和不停风倒机在线监控系统。不停风倒机风门系统由立式挂网主风门、对空短路副风门和闸板检修风门组成，其设计结构及布置结构满足不停风倒机的需要，并满足一风机正常运转，另一风机热备、测试和进行维修维护的需要。所有风门工作压力能承受不小于矿井负压的3倍。不停风倒机监控系统，能够实现对通风机及附属设备运行状态、性能参数等的实时监控，能够实现对不停风倒机风门系统的自动控制。

2.技术关键。立式挂网主风门和对空短路副风门均采用自密式旋叶风门，风门及门框材质应满足设备使用强度及刚度要求，风门关闭时应保证密闭性好，漏风少；该风门运行采用电动执行机构，其驱动方式应为电动、手动两用，开闭要灵活、快速、准确、可靠，且使用方便，开启/关闭时间应在40秒内，风门系统应带传感器，显示风门启闭状态。监控系统能够完成对通风机及附属设备运行状态、性能参数的在线监测功能，能实现对通风机及其附属设备的起停控制及保护，能实现一键不停风自动倒机功能，并具备主扇故障自动判别功能，能在无人值守的主扇故障工况下实现自动不停风倒机。

3.控制技术。（1）风门规格尺寸与风机、风道尺寸相配套。风门承受压力不得小于矿井负压的3倍。（2）立式挂网风门和对空测试风门均采用自密式旋叶风门。自密式旋叶风门要求齿轮齿条传动，配就地控制箱。（3）备用检修风门应采用立式闸板风门，闸板风门配备就地控制箱。（4）风机监控具远方、集中和就地控制功能，正常情况下在电脑上自动实现或使用远方一键控制风机的启停和切换，使井下风量在对风机操作过程中仍然保持平稳过渡；遇到特殊状况时，可以人工手动方式在监控室或者就地实现风机、风门、高压柜等设备的启、停。（5）系统选用高性能PLC控制，并配备上位机，通过操作台按钮对通风机启、停进行操作；计算机可对通风机各种运行参数和信号的数据采集，储存、分析和判断，自动对风机的电气故障、机械故障和性能故障的三类故障进行分类，针对致命性故障和非致命性故障给出处理建议，预先报警、直至做出相应的控制，确保风机运转更加安全可靠。（6）系统的不停风自动倒机功能，由值班人员在集控室内，通过监控界面或者操作柜上“一键操作”启动的倒机模式，自动完成倒机过程。

（三）系统不停风倒机过程

1#风机运行，2#风机备用，1#→2#风机进行不停风倒机，全程均由PLC自动控制。首先，开启2#对空副风门，待全开后（31s时），2#风机启动，风机启动运行稳定；接下来停1#风机（45s时），紧接着同时开启2#主风门和1#对空副风门，关闭1#主风门；再下来关闭2#对空副风门（60s时），1min19s时2#主风门和1#对空副门开度100%，1#主风门完全关闭；最后，关闭1#对空副风门，1min30s时完全关闭，倒机成功。

三、研究结果与矿井原倒机技术比较

将老回风井停风倒机技术与新建的新风井不停风倒机技术进行比较，新倒机技术具有较大优势：不停风倒机技术在倒机过程中不停风，杜绝了井下因停风而导致瓦斯积聚的重大安全隐患；该技术将原来“停机倒机”模式下的备用风机冷备用状态变为首先启动的热备用，克服了原倒机模式中备用风机冷备用状态下因某种原因突然无法启动的安全隐患；不停风倒机技术的应用实现了矿井主通风机倒机过程中井下风量波动时间不超过40s，倒机过程中最低通风量不低于正常通风量的40%，最低供风量持续时间不超过10秒，倒机时间大大缩短，技术改进后的倒机时间缩短为传统“停风倒机”所需时间的1/5。此外，该系统的实时在线监测等功能实现了对主通风机及其配套设备的主要性能参数的监控，并能够在监控中心同步显示风机及风门系统的模拟运行画面，监测风机开停信号、正反风信号、风门启闭信号，实现了对监测数据的实时动态显示、存储、查询、打印等功能，方便了人员的监控管理和操作；特别是通过系统实现了一键倒机、一键启机，操作简单，安全可靠。

四、结语

2019年不停风倒机技术在邢台矿新井主扇通风机的应用，运行至今运行一切正常，不停风倒机技术的应用缩短了倒机时间，同时克服了传统倒机方式下倒机过程中井下无风的技术难题，对于高瓦斯矿井和深部开采矿井在倒机过程中常见的瓦斯超限的安全隐患治理具有重要意义；一键启机、一键倒机简化了操作流程，提高了倒机速度，保障了倒机过程中的可靠性；通风机热备用的思想，提高了通风机倒机的成功率；在线监控改变通风设备原有定期检修为状态检修，提高了通风设备的安全性，保证了通风设备的经济、可靠运行。