周超

(潞安集團 司馬煤業(yè)有限公司, 山西 長治 047105)

0 引言

礦用局部通風(fēng)機是煤礦井下的重要通風(fēng)設(shè)施，它具有通風(fēng)能力強、適用區(qū)域廣及實用性好等優(yōu)點，已被廣泛用于井下采掘巷道、硐室等施工地點。常用的局部通風(fēng)機主要由通風(fēng)機主體、柔性風(fēng)筒、通風(fēng)機隔爆開關(guān)等部分組成。在工作時，利用通風(fēng)機旋轉(zhuǎn)扇葉將空氣以一定壓力抽入，并沿風(fēng)筒輸送至工作面，從而滿足工作面人員呼吸、有害氣體排除等需要[1]。但在實際煤礦生產(chǎn)過程中，因受通風(fēng)距離、風(fēng)阻及通風(fēng)機功率等影響，局部通風(fēng)機在通風(fēng)時，風(fēng)壓及風(fēng)阻不能滿足實際生產(chǎn)需要，且傳統(tǒng)的通風(fēng)機又不具備自動風(fēng)壓、風(fēng)速檢查的功能，從而導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)紊亂現(xiàn)象，甚至?xí)l(fā)生煤礦通風(fēng)的事故，如瓦斯、煤塵爆炸等事故。本文以司馬煤礦為例，為進一步提高通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，彌補傳統(tǒng)局部通風(fēng)機的不足，設(shè)計了一套局部通風(fēng)機風(fēng)壓檢測集控系統(tǒng)。

潞安集團司馬煤業(yè)有限公司1216運巷位于井田二采區(qū)，巷道設(shè)計長度為700 m，巷道設(shè)計斷面規(guī)格為寬×高=4.5 m×3.5 m，巷道掘進煤層為二疊統(tǒng)山西組下部的3#煤層，平均厚度為6.01 m，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜且不穩(wěn)定，煤塵揮發(fā)性大。

1216運巷采用機械化掘進施工工藝，截至目前巷道已掘進200 m，巷道掘進前期在施工巷道開口以北20 m新鮮風(fēng)流處，安裝了兩臺55 kW的局部通風(fēng)機對工作面供風(fēng)。由于傳統(tǒng)局部通風(fēng)機不具備風(fēng)速、風(fēng)壓的檢測功能，隨著巷道不斷開拓延伸，在巷道前100 m范圍內(nèi)風(fēng)速及風(fēng)壓遠遠超過允許范圍，造成工作面揚塵大且通風(fēng)機節(jié)能效率低。當(dāng)巷道掘進300 m后風(fēng)阻加大，出風(fēng)風(fēng)流風(fēng)速及風(fēng)壓達不到設(shè)計要求，造成工作面窩風(fēng)現(xiàn)象嚴重，已出現(xiàn)兩次工作面瓦斯超限現(xiàn)象，嚴重威脅著施工巷道掘進安全。對此，司馬礦通風(fēng)部通過技術(shù)研究，設(shè)計了一套風(fēng)壓檢測集控系統(tǒng)。

1 局部通風(fēng)機風(fēng)壓檢測集控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1) 風(fēng)壓檢測集控系統(tǒng)主要由變頻風(fēng)機、聯(lián)鎖開關(guān)、通風(fēng)機開關(guān)、遠程操控系統(tǒng)、PLC控制器及風(fēng)壓檢測裝置等部分組成，如圖1所示。

圖1 局部通風(fēng)機風(fēng)壓檢測集控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2) 變頻通風(fēng)機可實現(xiàn)風(fēng)機風(fēng)速、風(fēng)壓自動調(diào)節(jié)控制，風(fēng)機功率為55 kW，共計兩臺，變頻通風(fēng)機通過與直徑為1 000 mm的柔性風(fēng)筒連接，將風(fēng)流引入至工作面。

3) 聯(lián)鎖開關(guān)的額定電流為200 A，分別與PLC控制器、風(fēng)機開關(guān)連接，主要通過控制器控制作用實現(xiàn)通風(fēng)機開關(guān)的啟停動作[2]。

4) PLC控制器分別與變頻通風(fēng)機、聯(lián)鎖開關(guān)及風(fēng)壓檢測裝置連接，主要對風(fēng)壓檢測裝置收集的數(shù)據(jù)進行處理，并將處理后的指令發(fā)送至變頻風(fēng)機主控器內(nèi)，實現(xiàn)變頻通風(fēng)機自動變頻控制。

5) 風(fēng)壓檢測裝置主要由壓力傳感器、風(fēng)速傳感器、數(shù)據(jù)處理器、定位柱、風(fēng)力受壓板、彈簧件、固定架、金屬柱、金屬套管等部分組成，如圖2所示。該裝置主要安裝在距風(fēng)機出風(fēng)口50 m處，并與PLC控制器連接。

6) 遠程操控系統(tǒng)主要包括操控室、主機、顯示器、打印機等部分組成。遠程操控室安裝在地面，主機安裝服務(wù)器程序(Server 或Systry)，并通過顯示器顯示[3]。

1-金屬套管； 2-風(fēng)速檢測儀； 3-固定架； 4-定位柱； 5-一號彈簧件；6-金屬固定環(huán)； 7-安裝架； 8-二號彈簧件； 9-壓力傳感器； 10-金屬柱；11-密封墊； 12-金屬圈; 13-橡膠密封圈。圖2 風(fēng)壓檢測裝置結(jié)構(gòu)

2 工作原理

1) 風(fēng)速檢查工作原理。變頻通風(fēng)機進行供風(fēng)后，風(fēng)壓檢測裝置中的風(fēng)速檢測儀在風(fēng)流帶動下出現(xiàn)轉(zhuǎn)動，數(shù)據(jù)處理器直接記錄單位時間內(nèi)的風(fēng)速，計算出風(fēng)流速度，然后將風(fēng)流速度數(shù)據(jù)以電信號方式通過信號電纜傳遞至PLC控制器。PLC控制器接收信號后進行信號處理[4]。當(dāng)風(fēng)流速度大于或小于最大風(fēng)速時，PLC控制器及時控制局部通風(fēng)變頻器，對通風(fēng)機頻速進行調(diào)整，保證通風(fēng)機供風(fēng)風(fēng)流速度穩(wěn)定。

2) 風(fēng)壓檢查工作原理。風(fēng)筒內(nèi)風(fēng)流經(jīng)過風(fēng)壓檢查裝置后，在風(fēng)壓作用下擠壓風(fēng)力受壓板，并帶動彈簧件收縮。安裝在安裝架上的壓力傳感器在彈簧收縮下，檢測出風(fēng)流壓力,然后經(jīng)數(shù)據(jù)處理器轉(zhuǎn)換及時將信號上傳至PLC控制器。PLC控制器接受信號后進行轉(zhuǎn)換處理。當(dāng)風(fēng)壓大于或小于調(diào)定值時，控制器及時對通風(fēng)機變頻器進行控制，實現(xiàn)通風(fēng)機一級或二級開啟模式，并調(diào)整頻速，實現(xiàn)風(fēng)機恒壓通風(fēng)。

3) 遠程操控工作原理。局部通風(fēng)機風(fēng)壓檢測集控系統(tǒng)在運行過程中檢測的風(fēng)速、風(fēng)壓及風(fēng)機頻速、開啟模式、各設(shè)備運行安全參數(shù)可直觀地在顯示器界面顯示，操控人員實時對系統(tǒng)進行監(jiān)控。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，具有報警功能，操控人員利用界面控制按鈕，對系統(tǒng)進行人工遠程控制，保證通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

3 系統(tǒng)優(yōu)點

1) 結(jié)構(gòu)簡單。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，便于操作維護，故障率低，不僅可用于井下采掘工作面，還可用于隧道、建筑等領(lǐng)域中，適用性強，應(yīng)用范圍廣[5]。

2) 自動化水平高。該系統(tǒng)利用風(fēng)速、風(fēng)壓檢查裝置對通風(fēng)機供風(fēng)流進行自動檢查，并利用PLC控制器對變頻通風(fēng)機進行控制調(diào)節(jié)，達到供風(fēng)風(fēng)流風(fēng)速、風(fēng)壓穩(wěn)定的目的，全程無需專人操作，實現(xiàn)了自動化控制，大大提高了通風(fēng)系統(tǒng)的自動化水平。

3) 應(yīng)用效果好。與傳統(tǒng)局部通風(fēng)機相比，該系統(tǒng)可實時對供風(fēng)風(fēng)流風(fēng)速、風(fēng)壓進行調(diào)整，動作靈敏度高、誤差率低，保證了采掘工作面安全穩(wěn)定通風(fēng)，解決了巷道開拓延伸，風(fēng)流、風(fēng)壓變化大導(dǎo)致工作面通風(fēng)紊亂等技術(shù)難題。

4 實際應(yīng)用效果分析

1216運巷掘進至200 m處，對巷道原通風(fēng)系統(tǒng)進行了優(yōu)化，安裝了局部通風(fēng)機風(fēng)壓檢測集控系統(tǒng)。截至2018年7月1216運巷已掘進到位。通過8個月對該系統(tǒng)應(yīng)用效果觀察分析發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定性強，隨著巷道開拓延伸能夠及時對風(fēng)速、風(fēng)壓進行調(diào)整，可保證工作面具有充足的風(fēng)流及穩(wěn)定風(fēng)速、風(fēng)壓。后期掘進期間采用該通風(fēng)系統(tǒng)后，工作面粉塵濃度可控制在20 mg/m3以下，工作面未出現(xiàn)因通風(fēng)不穩(wěn)定，而造成瓦斯集聚現(xiàn)象。

5 結(jié)論

潞安集團司馬煤業(yè)有限公司通風(fēng)部針對傳統(tǒng)礦用局部通風(fēng)機存在的問題進行了分析，并對原通風(fēng)系統(tǒng)進行了優(yōu)化，設(shè)計了一套風(fēng)壓檢測集控系統(tǒng)。通過在1216運巷應(yīng)用效果來看，該系統(tǒng)彌補了傳統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)的不足，提高了采掘巷道通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，保證了工作面通風(fēng)安全，取得了顯著的應(yīng)用成效，具有一定的推廣意義。