矿井主扇不停风倒机系统的运用

摘要： 我国大部分煤矿都属于高瓦斯矿井，瓦斯超标是影响矿井安全生产的主要安全隐患之一。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。而目前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，而且倒机时间过长。从而导致矿井短时间通风能力不足，井底瓦斯含量瞬时集聚超标而产生巨大安全隐患，严重威胁矿井安全生产和矿工人身安全。通过运用ZKKG-1型矿井主扇风机不停风倒机系统实现了通风机的快速切换，倒机时间缩短，将原主扇通风机倒机时间由现在的五分钟以上甚至十分钟，缩短到一分钟左右甚至更短。使得主扇通风机倒机这个安全的薄弱环节得到了改善，对矿井的安全生产有着巨大的意义。

Abstract： Most of our coal mines belong to high-gas coal mine. Gas exceeded is one of the security risks for mine safety production. The mine ventilation system undertakes the important task of discharging toxic gases and supplying fresh air from the underground. Most of ventilation systems of mine are the products of the last century， so they are generally older and have various shortcomings， especially they need down machine and the time is too long， which results not enough ventilation capacity in a short period and the instantaneous agglomeration of the gas in the bottom of the well， so it will produce a huge security risk for the safety production and the miners" personal safety. To achieve the rapid switching of the ventilator， this paper used the ZKKG-1 inverted machine system of the main fan ventilator to keep the wind of the mine. This system reduced the time to a minutes or less from more than five minutes to ten minutes， and improved this weak link， so it has great significance for the safety production of the mine.

关键词： 主扇；不停风；倒机

Key words： fan；kept the wind；down machine

中图分类号：TD72 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）31-0028-03

1 ZKKG-1型矿井主扇风机不停风倒机系统的组成及功能

ZKKG-1型矿井主扇风机不停风倒机系统由两大部分组成：

1.1 不停风倒机监控及控制系统 ZKKG-1型矿井主扇风机不停风倒机系统中的核心是高端PLC及工控机，其内部专门设计了为不停风倒机的风机处理故障的专家系统及热备用倒机软件程序，此外还配备传感（变送）器、信号测取装置、通讯装置、输出及显示装置等等。主要功能如下：

①当井下需要不停风时，两台风机能够进行及时切换，达到一键式倒机；②能够满足通风机的风压、风量、轴功率等技术参数的在线监测；③能够观测到风机的电流、电压、功率、功率因数等电气技术参数的变动情况；④能够对风机的轴承温度、径向轴向振动，电机绕组温度等参数、风机振动、风机开停信号、正反风信号、风门开闭信号等进行监测；⑤能够直观地看到风机模拟运行画面；⑥系统具有对监测数据进行实时显示、存储，查询、打印；⑦系统具有报表自动生成、存储至少半年、查询、打印；⑧本系统具有所测参数可现场就地显示、打印之功能，能够向矿井智能调度系统网提供远传数据的标准通讯接口；⑨系统设计的专家系统，可以在当风机运行出现不正常状态下，能进行正确判断，输出报警信号和自动诊断结论；⑩系统能够在设备发生故障停机时，根据故障状态提示司机进行操作处理，应具备故障时自动倒机功能。

1.2 不停风倒机风门系统 不停风倒机执行系统主要由多个功能风门和执行动力单元组成，如图1中的对空短路风门和立式挂网调节风门，为了方便检修，在立式调节风门前靠近风井的一侧还可加上一道常开备用风门，根据系统要求对风门系统有如下功能要求：

①带全开全关限位，带机械限位挡块；电机驱动方式的需带力矩过载和电流保护装置；②能接受控制系统来的开、关、停操作信号；能送出开、关位置反馈信号；③旋叶式测试风门制作强度和刚度须满足矿井通风要求，门板，门框保证在设计工况的长期运行下不变形和翘曲，紧固件不松动；能保证在不拆卸门框情况下进行检修，如换密封条等；④风门和门框之间均采取密封措施，门板两端边密封面应安装弹性密封片，在全关时泄露量不超过1%；开启、关闭时间小于50s；⑤风门及框架表面抛光处理并按船用防锈要求进行纺腐处理，风门工作压力能承受不小于矿井负压的1.3倍。

自密式旋叶风门是为实现不停风倒机而专门研发的快速开闭、断面可调型风门。自密式旋叶风门作为主通风机的调节风门使用，具有自动化程度高、切换速度快和受力均匀、开闭灵活的特点，可以有效地避免风门带压启、闭的卡、阻事故。它主要是由4～6片叶片（根据风道断面尺寸决定）、门框、执行机构组成。叶片内部有轴及钢结构支撑，外部由不锈钢包覆，强度高、耐腐蚀。门框是由高强度合金钢制作，后经热处理、防腐等多道工序，密闭、灵活、抗腐蚀。执行机构可选择液压驱动和电机驱动，特别是液压驱动，执行精度高，系统稳定，可实现自动、手动，有电、无电，就地、远程三种开闭模式，目前为各矿首选方式。

在本系统中首次采用了主扇调节风门专用专利产品气密密封，该技术产品的采用可彻底解决风门漏风问题，提高风机运行效率，节约可观的电费支出。

本系统技术特点如下；

门系统结构紧凑、开闭快捷、自动化程度高；

旋叶式风门受力按比例计算开闭阻力小，可带压工作实现自动调节功能；

采用柔性密封和充气密封减少风门漏风，高效、经济；

采用液压集中双备份动力单元控制，防爆性能好，精准、可靠、没有额外空间要求。

2 ZKKG-1型矿井主扇风机不停风倒机系统技术原理

作为通风主要动力的提供者，主通风机的性能和工作效率与矿井瓦斯含量之间有着紧密的联系，而通风机启动时，其启动电流的大小和持续时间与风阻有关。如图1所示，利用原有通风系统进行改良，重新设计增加了水平对可调空短路风门，使风流在通过该风门，可以降低传统模式下风机挂网启动时的阻力，降低风机启动风阻，提高风机电机启动的成功率。

目前井下通风机倒机，能否正常启动，存在不确定性。为了解决这个不确定性，ZKKG-1型矿井主扇风机不停风倒机系统采用先将一台通风机倒机进行热备用的方式，就是在一台通风机不停机时，先启动备用风机；如果此台通风机有问题无法启动时，则可以暂停倒机操作，仔细检查、分析进行故障的排查和检修，这样进一步提高了通风机倒机的成功率。

目前井下 “停机倒机”模式，在通风机倒机过程中，风流系统存在重大安全隐患，ZKKG-1型矿井主扇风机不停风倒机系统使用的新型煤矿主通风机“不停风倒机”模式，此模式能够满足井下通风机倒机过程中风量的需求，系统结合了目前国内矿井使用的主扇通风机的特点，专门设计了不停风倒机流程，并通过自动控制执行系统予以实现（结合图1）：

①1号通风机在正常运转中，打开2号水平对空短路风门，开启2号备用通风机。（此时通风机处于空运转状态，所谓空运转是指风流从水平短路百叶窗进，出风口出，实现开机前热备用。）

②经系统设计的专家系统自检，备用2号通风机运转正常后，打开1号水平对空短路风门，同时关闭1号立式挂网风门，使原运行风机1号过渡到空运转状态。

③打开已运转备用2号旁的2号立式挂网风门，同时关闭2号水平对空短路风门，使之过渡到正常带井下通风网络运转状态。

④经过仔细检查备用风机挂网状况，确定通风机运转正常后，停下原运转风机，倒机完成。

另外，由于煤矿主通风机运行过程中容易出现突然停转现象以及由此引发的各种严重问题，系统设计了通风机运行故障的自动识别功能，并保证在一分钟时间内完成向备用风机的切换，可以有效的遏制通风机引发的通风系统事故的扩大。

3 ZKKG-1型矿井主扇风机不停风倒机系统应用实况

ZKKG-1型矿井主扇风机不停风倒机系统在各大煤矿应用后，运行性能可靠，监测数据精度高，系统的监控、控制功能都得到很好的实际检验，功能可靠、稳定。使通风机在正常的定期倒机和故障倒机时由于系统停风造成的瓦斯超限问题得到彻底解决，提高了井下通风机倒机功效，避免了井下瓦斯超限等安全隐患的发生，使矿井安全效益和社会效益有显著呈现，具体情况如下：

3.1 系统设计的监控系统能够满足现场各技术参数的实时监测，数据测量及时、准确、精度高。经现场实测，其中：风量：2.5级，压力：0.5级，电参数：0.25级，温度：0.5级。

3.2 ZKKG-1型矿井主扇风机不停风倒机系统，以“一键自动倒机方式”进行全过程的完成。在井下实际工作环境中进行了多次倒机操作，系统设计的监控系统均能及时、准确地完成预定的倒机任务。主要通风机自动倒机过程只需要45秒，风量波动的最低点可以维持正常情况下的40%，风量波动时间为30秒，从根本上解决了矿井主通风机倒机过程中停风所造成的瓦斯超限的安全隐患问题。

3.3 在井下实际工作现场，对ZKKG-1型矿井主扇风机不停风倒机系统进行人为设置主通风机故障，系统的监控系统立即进行识别风机故障并自动执行故障倒机功能，整个自动倒机过程小于1分钟。

良好的功能效果得到各大煤矿机电部门认可，现在ZKKG-1型矿井主扇风机不停风倒机系统在平局四、五、八、九、十、平禹二、六各矿都进行了系统改造，效果良好。

4 ZKKG-1型矿井主扇风机不停风倒机系统发展前景

煤矿井下通风系统的安全可靠运行，是保证煤矿安全生产、矿工人身安全的重要手段。长期以来，对于煤矿井下通风方面问题进行过大量探讨和研究，主要是在通风机风量的合理分配、通风系统网络优化、巷道风路的合理布置等方面。但是，针对煤矿井下通风机倒机过程中，巷道风流系统停风从而可能造成瓦斯浓度超限的问题，在国内煤炭行业还没有引起足够的重视，其主要原因是目前通风机倒机工作过程中，瓦斯浓度能够满足煤炭安全规程的低于10分钟上限的最低要求。国外进口风机以豪顿风机为代表，对旋风机采用动叶可调技术，通过叶片零角度启动，可以降低启动阻力，提高风机启动的成功率，可以实现定期和故障情况下的通风机自动倒机。而国内在用的风机，大部分不具备动叶可调技术，基于风叶零角度启动自动倒机的技术无法照搬。ZKKG-1型矿井主扇风机不停风倒机系统采用通风机热备用方法以及百叶窗调节风门风路切换方式等先进技术，弥补了目前传统井下通风机倒机带来的缺陷，降低了倒机费用。

随着ZKKG-1型矿井主扇风机不停风倒机系统的推广应用，它呈现出的良好结果势必将会对井下通风系统进行改革性影响，而对于井下通风机倒机过程中的通风稳定性问题的解决也逐渐会更加成熟，对井下安全生产的隐患将消除更加彻底。而我公司将进一步加强对自动倒机系统中故障诊断专家系统的完善，以及对系统本身的升级，进而达到全自动化定期倒机及故障自我诊断自动倒机的功能。

参考文献：

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