3 种动力源应急局部通风机在矿井掘进工作面的应用

2022-08-16孙艳军

煤矿安全 2022年8期

孙艳军

（冀中能源峰峰集团有限公司，河北邯郸 056107）

煤矿井下掘进工作面的通风主要靠局部通风机供风，主要作用就是稀释和排除掘进工作面的有毒有害气体，并持续的向掘进工作面供给新鲜风流。煤矿井下环境复杂，供电线路和各种机电设备易受到不利因素的影响，一旦出现掘进工作面停电停风，不能持续向工作面供给新鲜风流，就会造成瓦斯积聚，严重威胁着矿井安全生产[1]。《煤矿安全规程》规定:高瓦斯、突出矿井的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面正常工作的局部通风机必须配备安装同等能力的备用局部通风机，并能自动切换。当正常工作的局部通风机发生故障时，备用局部通风机能自动启动，保证掘进工作面正常通风[2]。因此，保证掘进工作面局部通风机的供电可靠性、连续性，对矿井的安全生产至关重要[3]。

1 第3 动力源概述

为进一步防范矿井掘进工作面因局部通风机停风，引发工作面瓦斯超限事故，保障掘进工作面供风连续性，在掘进工作面局部通风机原有“双风机、双电源”基础上，增加1 套局部通风机动力源装置，作为应急局部通风机“第3 动力源”使用。动力源装置单独配备1 套局部通风机，作为掘进工作面应急通风使用，以保障掘进工作面安全生产。根据各生产矿井的实际情况，设计了3 种不同方式的应急局部通风机动力源装置。

1）第1 种动力源装置。采用蓄电池装备，作为应急局部通风机的动力源。

2）第2 种动力源装置。采用风动局部通风机，利用压风动力驱动，作为应急局部通风机的动力源。

3）第3 种动力源装置。新敷设1 路供电电源，作为应急局部通风机的动力源。电源与现有局部通风机供电电源不在同一回路，可取自35 kV 变电站、中央变电所或采区变电所，且变电所级数不超过2 级。

2 第1 种动力源装置

峰峰集团大淑村矿设计开发了井下“应急后备电源蓄电池装置”，作为应急局部通风机的动力源，在井下四采区轨道坡头专用硐室安装应用，为172401 里下掘进工作面的应急局部通风机提供动力，应急局部通风机功率为2×30 kW，风筒长度145 m，供电距离为700 m。

1）第1 种动力源装置设备布置。该装置组成部分包括：NJ-90/960f 逆变器1 台；DXT320/210 防爆特殊型电源装置1 组；ZJC80/504K（A）充电机1 台。设备布置如下：①蓄电池装备安装在具有独立回风系统的硐室内，增加1 台逆变器、1 套防爆特殊型电源装置、充电机及1 台局部通风机，作为该掘进工作面的1 套应急局部通风机装置；②应急局部通风机与原主、备局部通风机风筒使用风筒专用三通并联连接；③原主、备局部通风机功能及要求不变，应急局部通风机只作为主、备局部通风机均异常停运后应急使用，且具备自动切换功能。

2）第1 种动力源装置工作原理。采用3 个隔爆特殊型电源装置串联输出直流960 V 电源给逆变器供电，智能监测主、备局部通风机馈电开关带电合闸运行情况。当主、备局部通风机馈电开关分别都失电掉闸后，逆变器自动切换投入运行输出交流660 V电源向备用局部通风机备供电，在任意1 路主、备局部通风机馈电开关恢复供电时，逆变器由运行自动切换至备用。为了防止监测回路故障，在逆变器运行期间与备用局部通风机馈电开关形成闭锁控制，逆变器运行期间备用局部通风机馈电开关报风电闭锁故障不能复位合闸，形成控制回路互锁保护[4-6]。172401 局部通风机后备电源供电系统图如图1。

图1 172401 局部通风机后备电源供电系统图Fig.1 172401 power supply system diagram of backup power supply for local fan

3）第1 种动力源装置运行方式。①正常情况下逆变器处于热备状态；②3 台局部通风机启停顺序：主局部通风机正常运转期间因高压“1 路”掉闸造成主局部通风机停机，备用局部通风机自动切换启动，在发生高压“2 路”同时掉闸后，（此时主、备局部通风机馈电开关分别全部失电掉闸，主、备局部通风机全部停运），逆变器自动由备用切换至运行，15 s 后输出交流660 V 电源向应急局部通风机供电，应急局部通风机启动运转，在任意1 路主、备局部通风机馈电开关恢复供电时，逆变器由运行自动切换至备用，逆变器停止输出，应急局部通风机停止运转；③主局部通风机检修时风电闭锁切断动力负荷，备用局部通风机运行与应急局部通风机1 用1 备，当备用局部通风机故障时，应急局部通风机启动；④备用局部通风机检修时，主局部通风机运行，与应急局部通风机1 用1 备，当主局部通风机故障时，应急局部通风机启动，同时风电闭锁切断动力负荷；⑤应急局部通风机检修时，主局部通风机与备用局部通风机1 用1 备。

4）第1 种动力源装置应用效果。2021 年07 月31 日17 时30 分，大淑村矿当地出现37.4 m/s 的13级瞬时大风，通往矿井的高压线铁塔多处刮倒，造成矿井大面积停电。矿172401 里下掘进工作面的主局部通风机、备局部通风机同时停电停风，应急后备电源蓄电池装置在监测到采区变电所高压双回路停电后，自动切换运行，保证了所供地区应急局部通风机正常运转，确保了该地区正常通风。

3 第2 种动力源装置

峰峰集团牛儿庄矿将风动压入式轴流局部通风机（简称风动风机）与掘进工作面主、备局部通风机并联相接，利用风动风机动力源为压缩空气的工作原理，研制了掘进工作面“三风机、双动力源”局部通风装置，实现了井下掘进工作面局部通风机“3 台风机”、“2 种动力源”、“智能切换”，在发生掘进工作面主、副风机同时停止运转后，保证能够自动启动风动风机，实现掘进工作面连续供风。

1）第2 种动力源装置设备布置。该装置组成部分包括：FQNo5.0 矿用气动压入式风机1 台，KXJ127矿用隔爆兼本安型PLC 控制箱1 台，FQNo-2 矿用自动轴流气动风机专用控制箱1 台，矿用风筒风量开关传感器。设备布置如下：①在掘进工作面局部通风机“双风机、双电源”基础上，新增1 套风动压入式轴流局部通风机作为应急局部通风机；②新增1套风筒传感器安装于风筒上，新增1 套风动压入式轴流局部通风机专用控制箱及矿用隔爆兼本安型PLC 控制箱，作为应急局部通风机切换控制系统；③在风筒上新增1 套铁质三通风筒，实现应急局部通风机与原主、备局部通风机的连接和转换。

2）第2 种动力源装置工作原理。掘进工作面“三风机双动力源”局部通风装置主要包括现有的局部通风机“三专两闭锁”、“双风机、双电源”及自动切换装置，和风动风机、PLC 控制箱、气动风机专用控制箱、矿用风筒风量开关传感器等。主、备局部通风机正常运转时, 风动风机处于停机状态。当主、备局部通风机同时停止运转时，安装于风筒上的风筒开停传感器将信号传输给矿用隔爆兼本安型PLC 控制箱，PLC 控制风动风机专用控制箱内的电磁阀自动打开,从而使风动风机启动,实现了与主、副局部通风机开停的无缝衔接, 保证了井下掘进面正常供风，从根本上杜绝了掘进工作面由于主、备局部通风机停运造成的瓦斯超限。风动风机在运行过程中，主、备局部通风机中的任意1 台风机运行时，风筒上的风筒开停传感器检测到信号并将信号传输给PLC触发信号，此时，控制箱中的电磁阀自动关闭，风动风机停止运行。

3）第2 种动力源装置运行方式。①3 台局部通风机启停顺序：主局部通风机正常运转期间因故停机，备用局部通风机启动；当主、备局部通风机同时停止运行后，风筒开停传感器将信号传输给PLC 控制箱，PLC 控制应急局部通风机专用控制箱内的气动阀门自动打开, 应急局部通风机启动；②主局部通风机检修时，风电闭锁切断动力负荷，备用局部通风机运行，备用局部通风机与应急局部通风机1 用1 备，备用局部通风机因故停机时，应急局部通风机启动；③备用局部通风机检修时，主局部通风机与应急局部通风机1 用1 备，主局部通风机因故停机，应急局部通风机启动，同时风电闭锁切断动力负荷；④应急局部通风机检修时，主局部通风机与备用局部通风机1 用1 备。

4）第2 种动力源装置试验效果。气动风机具有结构紧凑、体积小、质量轻、操作简单、维护方便、安全性能好等特点。风动风机采用压缩空气驱动马达，从而带动叶轮，其适用于煤矿井下局部瓦斯体积分数较高的环境下使用。该装置通过矿用风筒风量开关传感器监测主、备局部通风机开停情况，反馈到PLC 控制箱，控制电磁阀动作，实现主、备局部通风机与风动风机的智能切换，全程无人操作，性能稳定可靠。在主、备局部通风机同时出现故障时，该装置自动启动风动风机，做到与原有主、备局部通风机无缝衔接,保证井下掘进面连续供风，从根本上杜绝了掘进工作面由于主、备局部通风机同时停运而造成的瓦斯超限事故[7-8]。

4 第3 种动力源装置

峰峰集团万年矿-240 泵房变电所有3 趟电源来自35 kV 变电站，为提高局部通风机供电可靠性，杜绝主备风机同时停电停机，从该变电所向掘进工作面引入第3 趟局部通风机专用电源，增加1 台局部应急通风机，提高局部通风机可靠性。

1）第3 种动力源装置设备布置。设备布置如下：①新增1 趟专用供电线路作为应急局部通风机的供电电源，该电源可取自35 kV 变电站、中央变电所或采区变电所，且变电所不超过2 级，与原主、备局部通风机供电电源处于不同的下井回路[9]；②新增1 套应急局部通风机及专用控制设备及线路。

2）第3 种动力源装置工作原理。现有的局部通风机双电源开关型号为QBZ-2×120SF（1#），增加1台QBZ 80、120/1140（660）（2#）双电源开关，控制第3 台应急风机，利用QBZ-2×120SF 双电源切换开关接主机、备机。QBZ80、120/1140（660）开关结构简单，控制回路简单，扩展改造方便，利用QBZ80、120/1140（660）开关接应急风机，在不增加任何控制元件破坏开关防爆性能的前提下，使用2 台开关内部本身的控制元件实现局部通风机切换。通过对2 种开关的控制线路进行设计改造，当主机启动后，应急风机为实现待转状态，将主机辅助触点常开点KM1-1作为应急风机待转状态的启动信号，此触点与应急风机的10、11 号线串联后达到应急风机待转功能；此外，将备机辅助触点常闭点KM3-2 引出后与应急风机KA 继电器控制回路串联，实现备机自动转应急风机的功能。在实现3 台局部通风机自动切换功能的过程中，关键设置是调节好转换时间，主机转备机的时间T1为开关保护器设定，使用中设定为0 s，应急风机QJ 时间继电器的延时时间T2设定为4 s（为保证正常切换，时间T1＜T2，目的就是保证在T2时间内，备机正常情况下启动而应急风机不得启动，同时备机故障情况下应急风机正常启动）。3 风机第3 趟电源接线示意图如图2。

图2 3 风机第3 趟电源接线示意图Fig.2 Schematic diagram of the third power connection of the third fan

3）第3 种动力源装置运行方式。①3 台局部通风机启停顺序：主局部通风机正常运转期间因故停机，备用局部通风机启动，当备用局部通风机停止运行后，应急局部通风机启动；②主局部通风机检修时，风电闭锁切断动力负荷，备用局部通风机运行，备用局部通风机与应急局部通风机1 用1 备，备用局部通风机因故停机时，应急局部通风机启动；③备用局部通风机检修时，主局部通风机与应急局部通风机1 用1 备，主局部通风机因故停机，应急局部通风机启动，同时风电闭锁切断动力负荷；④应急局部通风机检修时，主局部通风机与备扇局部通风机1用1 备。

4）第3 种动力源装置取得效果。使用2 台双电源切换开关控制3 台局部通风机自动切换，实现了局部通风机运行不间断、风流不间断，提高了局部通风机供风可靠性。3 台局部通风机的供电方式、风机型号、性能完全相同，供风量基本相同，完全满足现场生产需求。3 台局部通风机自动切换过程中，延时均为0 s（备机电源停电情况下主机直接切换应急风机延时时间为4 s），实现了风机切换过程中供风不间断的功能，尤其是主机启动应急风机自动停机，主机不启动应急风机不停机的功能，实现了应急风机恢复主机运行过程中不间断供风[10]。