礦井主通風機及電氣控制系統問題處理

宋兆貴

礦井主通風機是礦井通風的主要設備，其運行可靠性直接關系礦井和人員安全。近年來，對旋式主通風機和高壓變頻器等在技術改造和使用中出現一些問題，給礦井安全生產帶來隱患，影響企業經濟效益。下面介紹神華寧夏煤業集團石嘴山金能分公司礦井主通風機出現的問題及處理方法。

問題1 為避免對旋式主通風機掉下的螺絲等卡劃鋁質風機葉片和機體（鐵質外殼）產生火花造成從井下抽上的含瓦斯氣體發生爆炸，在機體兩級風機葉片正下方均裝入一層保護銅帶（一般厚度為10mm、寬度為100mm，銅帶與風機葉片摩擦不易產生火花），保護銅帶邊緣翹起，兩級風機葉片大部分被打斷，輪轂個別處開裂。

分析和處理 一般用銅鉚釘將保護銅帶直接鉚在風機殼體。對旋式主通風機抽出的（礦井通風方式為抽出式）井下腐蝕性潮濕氣體導致銅帶和銅鉚釘銹粘在一起，而且主通風機多安裝在室外，夏曬冬寒，銅鉚釘因銅、鐵膨脹系數不同（銅膨脹系數大于鐵）而產生的剪切力作用，大部分被剪斷（表面上銅鉚釘鉚接良好，即使用錘子敲擊也不易脫落）。當氣溫突變，銅帶受力使接頭處翹起或整塊脫落，由于銅帶與風機葉片間隙僅為2～5mm，翹起銅帶刮卡高速風機葉片，輕則兩者卡死，風機負荷增大，設備保護動作停機，重則打掉風機葉片。而一旦打掉一個風機葉片，該葉片被風機帶動在機體內高速旋轉，很快兩級風機葉片全部被打掉，沖擊力導致輪轂個別處開裂。近兩年此類問題僅在西北地區就發生過10多起，為此給出如下建議：

（1）風機安裝1年后，必須每半年打開風機仔細檢查保護銅帶，三年后更換。

（2）風機制造廠家不要選用長度≥2000mm的保護銅帶，若維護不及時將造成銅帶邊緣翹起，出現上述問題。應盡量選用長度約為500mm的銅帶，一旦銅帶邊緣翹起，被風機葉片刮卡容易掉下卡住葉片，造成風機保護裝置動作停機，避免發生事故。

（3）設計單位要明確要求風機制造廠家加裝保護銅帶時不能直接貼在風機外殼上，應在兩者之間加裝一層隔熱材料，可有效避免銅鉚釘被環境溫度變化產生的剪切力剪斷。

（4）風機制造廠家選用新材料或新工藝代替銅保護帶，如膠體材料等不易脫落，即使部分脫落僅導致風機保護動作。

問題2 金能分公司中高壓變頻器拓撲結構為五電平疊加（圖1），當電網電壓大幅波動時，變頻器的主控板、信號采集板、觸摸屏等部件燒壞率高達80%以上。為防止雷擊產生的跨步電壓使人員觸電，將建筑物防雷接地和設備保護接地接成一個大型接地網，接地電阻符合《煤礦安全規程》要求，但問題依然存在。

分析和處理 為確保礦井安全生產，《煤礦安全規程》要求主通風機停機事故時間不能大于10min，為此主通風機電氣控制系統多采用帶旁路啟動方式。電控廠家將變頻器、移相變壓器、旁路啟動器件安裝在一個整體柜內，主控板、信號采集板、觸摸屏等控制板安裝在柜內側板上，采用與柜子共地方式，直接通過銅螺絲和側板、柜子連接在一起（圖2）。由于控制板耐壓較低，當雷電等大電壓波動時，大電流通過接地網串入控制回路，燒毀控制板。

重做一個小型獨立接地極，將變頻器主控板等耐壓低的設備接地螺絲全部與高壓接地系統分開，單獨用銅線引至小型接地極上（圖2虛線）。

問題3 礦井主通風機以前多用反風道進行反風，反風系統復雜，投資及維護量大。目前對旋風機反轉反風量完全符合《煤礦安全規程》要求，因此現在多采用風機反轉反風。主通風機采用兩象限變頻器反風，變頻器啟動至30多赫茲時，直接跳閘，功率單元模塊損壞（圖3）。

分析和處理 這類故障多發生在中高壓變頻器，主要原因有：①功率單元模塊內部控制部分小電容質量差、IGBT及整流二極管耐反擊穿電壓能力低。②主控板某些元件耐壓低。為此給出如下建議：

（1）設計單位設計主通風機變頻器旁路時，一般設計成帶正反轉回路（圖4），避免出現進風巷道發生火災時礦井無法反風等情況。

（2）投運前一定要將主通風機葉片調到最大角度，且頻率調到50Hz，試驗變頻器反轉反風時能否正常工作。