范 进

（大同煤矿集团马脊梁矿，山西 大同037001）

引言

主通风机是煤矿重要的通风设施，井下生产过程中主要利用主通风机将地面新鲜风流带入采掘工作面内，供施工人员呼吸，同时排除工作面粉尘及有害气体，保证井下安全生产。但是目前多数煤矿风机在检修时倒机过程中需短暂停风，导致井下高瓦斯区域很容易出现瓦斯积聚现象，威胁着煤矿的安全生产。

大同煤矿马脊梁矿主要采用BDK618-8-NO.30型对旋风机，电机型号为YBF630-8，电机电压为6kV，电机功率为500 kW。马脊梁矿传统倒机时需先关闭主通风机以及主通风机闸板风门，然后打开副风机闸板风门，最后开启副风机，整个倒机过程中需用时5～10 min，在此期间矿井停风约3 min左右，在停风期间很容易造成井下瓦斯超限现象；传统倒风机方式需6人配合施工，人工劳动强度大，虽然风机安装了监控系统，但是该监控系统自动化水平只可对风机运行状况、电流、负压、温度等基本参数进行监控，无法实现自动倒机不停风的目的，所以该矿机电科通过技术研究，在矿井主通风机上安装了一套在线监控系统，确保通风机在倒机过程中能够不停风，提高煤矿通风系统稳定性。

1 在线监控系统设计思路

1）在风机系统正常运转时能够确保风机出现故障自动倒机操作及自动不停风倒机。

2）安装的新监控装备能够与原来的系统相互独立，并且操作人员能够在远程或就地对系统进行操控。

3）监控系统能够自动收集设备运行参数并进行故障报警，此外系统中还安装一套专家诊断软件，能够根据参数的变化判断故障类型，将原有的定期人工检修变为系统自动检修，时刻保证系统的安全运行。

4）系统安装有外接网络接口，操作人员能够在调度大厅对风机进行操控，而且系统维护简单，稳定性强，操作简便，能够将风机的各类参数实时显示在大屏上。

2 在线监控系统分析

2.1 系统结构

该监控系统采用工控机与西门子技术作为主要核心，同时与系统安装的专家诊断软件及热备用倒机软件相结合，利用组态软件实现系统的人机交换，将系统的运行参数显示在屏幕上，操作人员能够通过阅读参数了解设备的运行状态。系统远程操控功能主要是通过在线监测装备与自动倒机程序来实现的。为了增加数据的准确性，系统还配备了高精度的传感器、信号监测机构、独立通信系统及显示装备[1-3]。

2.2 系统功能

1）监测功能。监控功能是在线监测系统最主要的功能，能够实时在线监测风机的负压、轴承温度、风量、转速、电机温度、电机负荷、定子温度、正反转、风门的开闭等参数，为了能给诊断软件提供数据，系统还添加了轴承故障敏感振动信号和噪声信号，软件能够通过对信号的数据分析进行故障判断。

2）远程报表功能：为了提高监测数据的准确性，系统选用的压力变送器、温度计、风量表、电流表、电压表均采用性能较为稳定的高精度元件，避免测量装置出现数据误差，影响软件的诊断结果。所有传感器在收集到数据后会将数据传递给PLC进行分析，分析结果与工控机进行交换，最终通过组态软件显示在屏幕上，还可以生成报表并存储，方便操作人员进行历史查询。

3）控制功能。系统控制功能主要是能够实现风机的开机、停机、风门的开闭，还需具备风机在故障状态下备用风机自动投入及正常状态下自动倒机。实时在线诊断软件能够将原来的定期检修变为实时检修，方便操作人员实时了解设备的运行状态，提高了设备的稳定性。

2.3 不停风自动倒机工作原理

为了实现倒机不停风，决定将风机入口处的原风门改为水平对空风门及立式挂网风门两个联动风门。水平对空风门能够降低风机在停机状态下启动时的风阻，降低风机启动的失败率。利用四个百叶窗切换快速灵活的优点在较短的时间联合动作来完成风机的切换，从而实现风机在倒机时通风平稳，避免倒机期间瓦斯超限的发生[4-5]。

2.3.1 原主机通风系统优化改进

通过对现场情况进行研究分析决定，首先改造1号风机风门及监控系统，完成1号的相关改造后再安装2号风机风门及监控系统，如图1所示。

图1 优化改进后风门布置示意图

1）将1号风机水平对空风门位置的基础拆除后安装1套水平对空风门和就地控制装置。

2）将1号风机立式挂网风门处位置的基础拆除后安装1套立式挂网风门和就地控制装置。

3）后续将各类控制单元、控制柜、自动倒机系统进行安装。2号风机与1号风机的安装工艺相同。每台风机的安装时间为20 d，共需40 d完成，安装期间不影响风机的正常运转。

2.3.2 工作原理

1）在1号正常运转的同时将2号风机水平对空短路风门打开后开启风机，这时2号风机的风流是由水平对空短路风门进出，这样就实现了风机开机热备。

2）自动诊断软件在检测到2号风机正常运转后，将1号风机水平对空风门开启，将1号立式挂网风门及2号水平对空风门关闭，将2号立式挂网风门开启，这样就能够使1号风机切换到空转状态、2号风机切换到正常运转状态。系统在检测到2号风机正常挂网运转后，将1号风机关闭。

3 应用效果

2019年2月，马脊梁矿对矿井主通风系统进行优化改进，并安装了在线监控系统，截止2020年2月，通过1年的实际应有效果来看，安装在线监控系统后共计检测到风机7次故障，并通过无线传输及界面显示故障点、故障类型，同时采用该系统后实现了不停风倒主机，解决了传统主通风系统故障检测效果差、无法实现不停风倒机等技术难题，提高了主通风机使用寿命，降低了风机故障率，避免了倒主机时瓦斯积聚现象，大大提高了矿井通风稳定性，保证了煤矿安全高效生产，取得了显著的应用成效。