王山河

（西山礦業(yè)管理有限公司西坡分公司，山西 太原 030000）

西坡煤業(yè)是山西省兼并重組整合單獨(dú)保留礦井，井田面積36.8956km2，現(xiàn)采5#煤層，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力120萬(wàn)t/a，核定生產(chǎn)能力210萬(wàn)t/a。5109工作面傾向長(zhǎng)度為154m，可采走向長(zhǎng)度1438m，已推進(jìn)998m，現(xiàn)剩余走向長(zhǎng)度440m。礦井通風(fēng)方式為中央分列式，通風(fēng)方法為機(jī)械抽出式，采用“三進(jìn)一回”通風(fēng)系統(tǒng)，主斜井、副斜井及進(jìn)風(fēng)立井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)立井回風(fēng)，回風(fēng)立井安裝兩臺(tái)FBCDZ-№37防爆型對(duì)旋軸流式風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率2×710kW。綜采工作面采用U型通風(fēng)方式，掘進(jìn)工作面采用局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)，目前礦井總進(jìn)風(fēng)量為14019m3/min，礦井總回風(fēng)量為14143m3/min。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，在進(jìn)行風(fēng)機(jī)切換時(shí)需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行倒機(jī)處理，但經(jīng)常出現(xiàn)風(fēng)機(jī)的失穩(wěn)現(xiàn)象，給煤礦井下的通風(fēng)安全造成了巨大的影響，因此成立了專(zhuān)門(mén)的技術(shù)攻關(guān)小組，對(duì)風(fēng)機(jī)失穩(wěn)原因進(jìn)行研究，提出了通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案。根據(jù)對(duì)優(yōu)化后通風(fēng)系統(tǒng)工作情況的監(jiān)測(cè)，該系統(tǒng)穩(wěn)定性高，可靠性好，能夠?qū)崿F(xiàn)不停風(fēng)倒機(jī)，極大地提升了煤礦井下綜采作業(yè)的安全性和風(fēng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1 西坡煤業(yè)通風(fēng)機(jī)非穩(wěn)定性原因分析

為了更好地對(duì)井下通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的高穩(wěn)定性，技改小組首先對(duì)西坡煤業(yè)近3年來(lái)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行失穩(wěn)的原因進(jìn)行了分析，采用分類(lèi)匯總的方法，提取出了對(duì)通風(fēng)機(jī)通風(fēng)穩(wěn)定性影響最大的幾類(lèi)因素，主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的電機(jī)故障。由于煤礦井下工作環(huán)境較為惡劣，風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期處于高濕、高塵的復(fù)雜環(huán)境中，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)在長(zhǎng)期工作后極易出現(xiàn)主軸磨損，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)異響、抖動(dòng)等，嚴(yán)重的時(shí)候甚至出現(xiàn)整體風(fēng)機(jī)的劇烈抖動(dòng)。

（2）通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)切換過(guò)程中的通風(fēng)失穩(wěn)。由于西坡煤業(yè)的礦井通風(fēng)系統(tǒng)在工作過(guò)程中進(jìn)行風(fēng)機(jī)切換時(shí)采用了先將主通風(fēng)機(jī)完全停止運(yùn)行后再將備用風(fēng)機(jī)打開(kāi)的切換方案，且風(fēng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中的啟動(dòng)負(fù)載和電流均較大，因此導(dǎo)致風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中具有較大的慣性力，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)在啟動(dòng)最初階段會(huì)出現(xiàn)較大的震蕩。

（3）風(fēng)機(jī)在小流量運(yùn)行情況下的失穩(wěn)。由于最初設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)時(shí)考慮緊急供風(fēng)時(shí)候的需求，因此在風(fēng)機(jī)選擇時(shí)，風(fēng)機(jī)功率選擇了大功率風(fēng)機(jī)，而在實(shí)際應(yīng)用中，風(fēng)機(jī)90%以上的時(shí)間是處于小流量工況下運(yùn)行的。當(dāng)煤礦井下氣流出現(xiàn)變化時(shí)，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)供風(fēng)失穩(wěn)和運(yùn)行時(shí)的喘振現(xiàn)象，進(jìn)一步加劇風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的抖動(dòng)情況，出現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的失穩(wěn)現(xiàn)象。

以上3種影響通風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性的因素中，風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的停機(jī)切換不穩(wěn)定性和風(fēng)機(jī)在小流量運(yùn)行工況下的不穩(wěn)定性是導(dǎo)致風(fēng)機(jī)運(yùn)行失穩(wěn)的最主要因素，因此技改小組有針對(duì)性的開(kāi)展了井下通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化研究，提升風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性。

2 不停風(fēng)倒機(jī)穩(wěn)定性?xún)?yōu)化

風(fēng)機(jī)切換時(shí)采用先將主通風(fēng)機(jī)完全停止運(yùn)行后再將備用風(fēng)機(jī)打開(kāi)的切換方案不僅會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的震蕩，而且會(huì)導(dǎo)致煤礦井下空氣流通的暫時(shí)性中斷[1]，導(dǎo)致巷道內(nèi)的瓦斯和粉塵濃度急劇升高，因此存在著較大的安全隱患。在對(duì)目前先進(jìn)通風(fēng)方式進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合西坡煤業(yè)的實(shí)際情況，選擇了不停風(fēng)倒機(jī)改善方案[2]。

該方案是指當(dāng)主通風(fēng)機(jī)尚未停止運(yùn)行時(shí)就啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)進(jìn)行預(yù)熱運(yùn)行，當(dāng)備用風(fēng)機(jī)和主通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到各自的臨界點(diǎn)后就控制通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)門(mén)實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)路的切換。該方案既解決了風(fēng)機(jī)在緊急啟動(dòng)情況下啟動(dòng)沖擊大的難題，又解決了風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行后導(dǎo)致的井下氣流停止、影響井下通風(fēng)安全的難題。

在該方案中，當(dāng)打開(kāi)備用風(fēng)機(jī)使其開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，由于風(fēng)門(mén)沒(méi)有打開(kāi)，因此其處在空載運(yùn)行的狀態(tài)，即風(fēng)機(jī)的風(fēng)量從風(fēng)門(mén)處流入，直接從風(fēng)口處流出，不對(duì)井下供風(fēng)。當(dāng)主風(fēng)機(jī)和備用風(fēng)機(jī)達(dá)到轉(zhuǎn)速臨界點(diǎn)后，控制系統(tǒng)控制巷道內(nèi)的水平風(fēng)門(mén)打開(kāi)，原有主風(fēng)機(jī)的供風(fēng)風(fēng)門(mén)關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的不間斷供風(fēng)。在該系統(tǒng)中，重點(diǎn)是對(duì)風(fēng)機(jī)切換過(guò)程的控制，將風(fēng)門(mén)打開(kāi)時(shí)啟閉的速度由快入慢，避免兩股風(fēng)流交匯后產(chǎn)生的氣流干擾，影響風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。為了確保對(duì)風(fēng)機(jī)切換過(guò)程中控制的精確性，本文采用了模糊控制方案[3]，通過(guò)傳感器對(duì)巷道內(nèi)風(fēng)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，自動(dòng)根據(jù)風(fēng)量的變化對(duì)風(fēng)門(mén)的開(kāi)啟、閉合速度進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)切換過(guò)程的平穩(wěn)控制。模糊控制系統(tǒng)原理如圖1所示[4]。

圖1 不停風(fēng)倒機(jī)模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 改造后的實(shí)際應(yīng)用分析

對(duì)5#煤層的通風(fēng)系統(tǒng)改造后，為了對(duì)其實(shí)際運(yùn)行效果進(jìn)行分析，技改小組在通風(fēng)系統(tǒng)和煤礦井下設(shè)置了一系列的傳感器設(shè)備，對(duì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效果進(jìn)行分析。優(yōu)化前后風(fēng)機(jī)工作時(shí)的風(fēng)速波動(dòng)情況如圖2所示。

圖2 優(yōu)化前后風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的風(fēng)速變化曲線

由實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，優(yōu)化前風(fēng)機(jī)在切換過(guò)程中風(fēng)速會(huì)出現(xiàn)一段時(shí)間的停滯現(xiàn)象，而優(yōu)化后風(fēng)速僅在風(fēng)門(mén)閉合前后會(huì)出現(xiàn)輕微的波動(dòng)，波動(dòng)量約±0.5m/s，極大地提升了風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在工作過(guò)程中的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)也大幅降低了井下綜采作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)瓦斯事故的概率。該井下通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案在西坡煤業(yè)應(yīng)用，取得了較好的效果。

4 結(jié)論

針對(duì)西坡煤業(yè)井下通風(fēng)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中存在失穩(wěn)、嚴(yán)重影響煤礦井下綜采作業(yè)安全的現(xiàn)狀，本文在對(duì)引起通風(fēng)機(jī)失穩(wěn)的因素進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上提出了采用不停風(fēng)倒機(jī)的改造方案，對(duì)方案的應(yīng)用原理和控制核心點(diǎn)進(jìn)行了分析，同時(shí)對(duì)優(yōu)化前后的實(shí)際效果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明：

（1）不停風(fēng)倒機(jī)是指當(dāng)主通風(fēng)機(jī)尚未停止運(yùn)行時(shí)就啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)進(jìn)行預(yù)熱運(yùn)行，當(dāng)備用風(fēng)機(jī)和主通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到各自的臨界點(diǎn)后就控制通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)門(mén)實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)路的切換，既解決了風(fēng)機(jī)在緊急啟動(dòng)情況下啟動(dòng)沖擊大的難題，又解決了風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行后導(dǎo)致的井下氣流停止、影響井下通風(fēng)安全的難題。

（2）優(yōu)化前風(fēng)機(jī)在切換過(guò)程中風(fēng)速會(huì)出現(xiàn)一段時(shí)間的停滯現(xiàn)象，而優(yōu)化后風(fēng)速僅在風(fēng)門(mén)閉合前后會(huì)出現(xiàn)輕微的波動(dòng)，波動(dòng)量約±0.5m/s，極大地提升了風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在工作過(guò)程中的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)也大幅降低了井下綜采作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)瓦斯事故的概率。