官生花

（晋能控股煤业集团燕子山矿 山西 大同 037037）

0 引言

燕子山矿掘进工作使用的局部通风机目前仍配套使用QBZ-80SF 型磁力启动器，这类磁力启动器为大负载的电动机提供了一种安全的启动方法，具有欠压和过载保护等功能，在断电时能够自动切断电源，工作的安全性和可靠性较高，等缺点是通风机提供的风量无法根据工作现场实际进行动态调整，且工作频率固定为50 Hz，耗电量较大，不符合当前煤矿节能化生产的趋势和需求[1-3]。为了解决矿井局部通风机工作的节能化和自动化控制问题，同时还要提高工作的安全性和可靠性，决定对局部通风机的控制系统进行智能化改造，从而推动矿井机电设备的更新换代进程。

1 概况

燕子山矿302盘区5218巷掘进工作面，巷道计划掘进2 515 m，巷道断面为矩形，巷道通风断面尺寸为5 000 mm×3 500 mm；该掘进工作面使用两台FBD№7.1/2×45(660/1140)型矿用隔爆型压入式对旋轴流局部通风机，一台使用，一台备用，具有结构合理、噪音低、送风距离远等特点，巷道长度在2 000 m以内可不移动通风机正常送风，适用性较强；最大额定吸风量为：650 m3/min，实际所需风量482.7 m3/min，风筒末端实际出风量大于等于244.8 m3/min可满足要求。

局部通风机使用常规的磁力启动器进行启停控制，能够满足日常工作需要，但最大的缺点是启动后以恒定的工作功率运行，工作频率固定为50 Hz，无论工作面需风量大小，风机的送风量均保持不变，能耗一直在处在高位，节能性及经济性较差，需要进行节能化及智能化改造。

2 局部通风机控制系统改造

2.1 控制系统改造需求

设计改造方案之前，需要对改造的目的及需求进行明确，主要包括以下几个方面：

（1）保障运行的可靠性。通过方案设计及应用试验，考核控制系统的运行状况、故障状况，局部通风机电机的运行状况、绝缘状况、发热状况等。

（2）实现自动化控制。能够根据掘进迎头和回风巷混合处的瓦斯浓度变化、巷道内风速变化自动调风量，局部通风机能够自动调速运转，使局部通风机始终满足供风要求。

（3）实现节能化目的。根据所需风量调节变频器输出频率，在满足工作面供风的前提下，变频器降低输出频率可降低电能消耗，达到节能效果。

（4）实现在线实时监控。局部通风机变频智能控制系统可实时监控并记录设备运行信息、故障信息，对异常情况报警，形成日报表可打印输出。

（5）具备控制及保护功能。系统具备局部通风机控制及保护功能基本要求，两部风机可按周期切换轮流工作，各项控制及保护功能符合相关标准、规范及规程要求。

2.2 控制系统改造方案设计

设计基于燕子山矿当前使用的660 V 局部通风机，配套使用BPJ2-110/660SF型通风机用隔爆兼本安双电源双变频调速器进行改造，建成“局部通风机变频智能控制系统”，使局部通风机在使用过程中可靠性、自动化控制效果、节能效果、监控效果及各种保护功能均得到提升[4]。系统的整体设计方案如图1所示，系统配件的型号及数量如表1所示。

图1 局部通风机变频智能控制系统方案设计

表1 局部通风机变频智能控制系统配置表

3 应用效果

在经过为期46天的地面试验后，接续进行了为期7个月的井下工业性试验，运行效果分析如下：

（1）系统可靠性。从2021 年2 月4 日投入使用以来，至 2021 年 9 月 27 日，系统已累计运行 7 个月之多(约235 天)，掘进进尺达到782 m，变频器运行稳定，无故障；电机运行正常，无绝缘降低及异常发热现象。

（2）自动化控制。系统可依据掘进迎头和回风巷混合处的瓦斯浓度和风速变化，控制局部通风机的转速，实现了按瓦斯浓度和风速要求自动调风。在瓦斯浓度控制方面，瓦斯浓度为1.80%时，变频调速上限为50 Hz，下限为20 Hz，当瓦斯浓度由1.80%至0.00%变化时，变频器输出频率由50 Hz 至20 Hz 变化，对应风机电机转速由 2 900 rpm 至 1 740 rpm 变化，如图 2 所示。

图2 瓦斯浓度与系统运行频率关系图

（3）节能效果。在保持一个掘进进尺（715 m）的前提下，使通风机以不同的频率均运行20 min，节能测试情况如表2所示。

表2 局部通风机变频智能控制系统相同进尺节能测试

在满足通风要求的前提下，30 Hz 运行相对50 Hz运行可以节电79%；35 Hz运行相对50 Hz运行可以节电66%；40 Hz 运行相对50 Hz 运行可以节电52%；45 Hz 运行相对50 Hz 运行可以节电29%；同时，低频时降噪效果非常明显。因此，局部通风机变频智能控制系统可依据掘进瓦斯浓度和风速变化自动调节输出频率及运行功率，实现按需供风，避免不必要的能源消耗，实现节能改造目的。

（4）在线监控。对风机变频器设定参数、运行数据、故障信息及工作面瓦斯浓度、风速均可进行实时监控，并在瓦斯浓度和风速异常时进行报警，可分权限进行应急远程控制。

（5）控制及保护。两部局部通风机能够按周期利用专用电源轮换工作；在自动切换模式下，切断正在运行的主风机电源、人为使正在运行的主风机故障，均自动切换至副风机运行；在自动切换模式下，切断正在运行的副风机电源、人为使正在运行的副风机故障，均自动切换至主风机运行。验证了局部通风机变频智能控制系统符合井下局部通风机各种控制及切换要求，具备各种保护，符合《煤矿安全规程》规定的井下局部通风机使用要求及用户的特殊使用要求。

4 结束语

经过7个多月(约235天)的使用，局部通风机变频智能控制系统的各项功能均得到充分试验和验证，控制系统及设备运行正常、可靠，功能齐全，实现了减小煤尘飞扬、降低噪音、改善工作面工作环境、延长了风机、风筒的使用寿命以及节能降耗的目的，满足井下实际使用要求，可以进一步在更多设备中研发并增加使用数量。