西坡煤业井下通风系统的优化分析

2020-03-05王山河

山东煤炭科技 2020年2期

王山河

（西山矿业管理有限公司西坡分公司，山西太原 030000）

西坡煤业是山西省兼并重组整合单独保留矿井，井田面积36.8956km2，现采5#煤层，设计生产能力120万t/a，核定生产能力210万t/a。5109工作面倾向长度为154m，可采走向长度1438m，已推进998m，现剩余走向长度440m。矿井通风方式为中央分列式，通风方法为机械抽出式，采用“三进一回”通风系统，主斜井、副斜井及进风立井进风，回风立井回风，回风立井安装两台FBCDZ-№37防爆型对旋轴流式风机，电机功率2×710kW。综采工作面采用U型通风方式，掘进工作面采用局部通风机通风，目前矿井总进风量为14019m3/min，矿井总回风量为14143m3/min。在实际应用过程中，在进行风机切换时需对系统进行倒机处理，但经常出现风机的失稳现象，给煤矿井下的通风安全造成了巨大的影响，因此成立了专门的技术攻关小组，对风机失稳原因进行研究，提出了通风系统优化方案。根据对优化后通风系统工作情况的监测，该系统稳定性高，可靠性好，能够实现不停风倒机，极大地提升了煤矿井下综采作业的安全性和风机运行的稳定性。

1 西坡煤业通风机非稳定性原因分析

为了更好地对井下通风系统进行优化，实现通风机在运行过程中的高稳定性，技改小组首先对西坡煤业近3年来通风机运行失稳的原因进行了分析，采用分类汇总的方法，提取出了对通风机通风稳定性影响最大的几类因素，主要包括以下几个方面：

（1）风机运行过程中的电机故障。由于煤矿井下工作环境较为恶劣，风机长期处于高湿、高尘的复杂环境中，导致风机的驱动电机在长期工作后极易出现主轴磨损，导致风机在运行过程中出现异响、抖动等，严重的时候甚至出现整体风机的剧烈抖动。

（2）通风机系统风机切换过程中的通风失稳。由于西坡煤业的矿井通风系统在工作过程中进行风机切换时采用了先将主通风机完全停止运行后再将备用风机打开的切换方案，且风机在启动过程中的启动负载和电流均较大，因此导致风机驱动电机在实际运行过程中具有较大的惯性力，导致风机在启动最初阶段会出现较大的震荡。

（3）风机在小流量运行情况下的失稳。由于最初设计风机时考虑紧急供风时候的需求，因此在风机选择时，风机功率选择了大功率风机，而在实际应用中，风机90%以上的时间是处于小流量工况下运行的。当煤矿井下气流出现变化时，导致风机运行时出现供风失稳和运行时的喘振现象，进一步加剧风机在运行过程中的抖动情况，出现风机运行过程中的失稳现象。

以上3种影响通风机运行稳定性的因素中，风机在运行过程中的停机切换不稳定性和风机在小流量运行工况下的不稳定性是导致风机运行失稳的最主要因素，因此技改小组有针对性的开展了井下通风系统的优化研究，提升风机运行稳定性。

2 不停风倒机稳定性优化

风机切换时采用先将主通风机完全停止运行后再将备用风机打开的切换方案不仅会导致风机在运行过程中的震荡，而且会导致煤矿井下空气流通的暂时性中断[1]，导致巷道内的瓦斯和粉尘浓度急剧升高，因此存在着较大的安全隐患。在对目前先进通风方式进行分析的基础上，结合西坡煤业的实际情况，选择了不停风倒机改善方案[2]。

该方案是指当主通风机尚未停止运行时就启动备用风机进行预热运行，当备用风机和主通风机的转速达到各自的临界点后就控制通风系统的风门实现对风路的切换。该方案既解决了风机在紧急启动情况下启动冲击大的难题，又解决了风机停止运行后导致的井下气流停止、影响井下通风安全的难题。

在该方案中，当打开备用风机使其开始运行时，由于风门没有打开，因此其处在空载运行的状态，即风机的风量从风门处流入，直接从风口处流出，不对井下供风。当主风机和备用风机达到转速临界点后，控制系统控制巷道内的水平风门打开，原有主风机的供风风门关闭，实现风量的不间断供风。在该系统中，重点是对风机切换过程的控制，将风门打开时启闭的速度由快入慢，避免两股风流交汇后产生的气流干扰，影响风机的正常运行。为了确保对风机切换过程中控制的精确性，本文采用了模糊控制方案[3]，通过传感器对巷道内风量进行监测，自动根据风量的变化对风门的开启、闭合速度进行调整，从而实现对风机切换过程的平稳控制。模糊控制系统原理如图1所示[4]。

图1 不停风倒机模糊控制系统结构示意图

3 改造后的实际应用分析

对5#煤层的通风系统改造后，为了对其实际运行效果进行分析，技改小组在通风系统和煤矿井下设置了一系列的传感器设备，对风机的运行效果进行分析。优化前后风机工作时的风速波动情况如图2所示。

图2 优化前后风机运行时的风速变化曲线

由实际监测结果可知，优化前风机在切换过程中风速会出现一段时间的停滞现象，而优化后风速仅在风门闭合前后会出现轻微的波动，波动量约±0.5m/s，极大地提升了风机系统在工作过程中的稳定性和可靠性，同时也大幅降低了井下综采作业过程中出现瓦斯事故的概率。该井下通风系统优化方案在西坡煤业应用，取得了较好的效果。