快速切換裝置在煤礦通風系統中的應用研究

李 云

（山西長治經坊莊子河煤業有限公司，山西 長治 047100）

一、概述

在煤礦生產中，電能是主要的動力來源，煤礦的安全生產是依賴于安全可靠以及高效率的供電系統的。因此，對煤礦生產過程中的煤礦供電的可靠性的保證是煤礦安全生產的前提。在煤礦生產中，若發生機電設備突然斷電等事故，不僅對煤礦的生產安全帶來不利影響，對于礦工工人的人身安全也會產生相當大的威脅。以斷電時，設備突然停止轉動為例，通風設備不運轉，則使得井內瓦斯氣體因不能排出而大量聚集，則對礦工的生命產生了極大的威脅。因此，礦井供電的可靠性是礦井供電的基本要求，在本文中也會對不間斷供電的實現如何完成進行相應的探討。

二、在我國煤礦通風系統的發展現狀

1 通風系統的分類

我國所采用的通風系統到目前為止主要有六類：

（1）機械抽出式通風。此通風方式是井工煤礦在作業時最常采用的以及應用最廣泛。

（2）壓入式混合式通風。容易發生自然災害的礦井作業時比較常用此種方式。

（3）混合式通風。此種方式已經逐漸被淘汰，現在主要在一些老礦井中得以應用。

（4）分區式通風。這是一種新型的通風方式，一般常見于大型礦井或新型礦井中。

（5）對角式通風。這種方式一般財力雄厚的煤礦集團或者是生產條件比較好時采用。

（6）邊界式通風。一般適用于自然情況較好的小規模開采的礦井中。

2 通風系統設計

煤礦系統的組成主要包括：動力裝置、井巷網絡以及通風設施等。這些各自職能的發揮以及相互的配合是通風系統正常運行的保證。在對煤礦的通風系統進行設計時，要綜合考慮礦井的拓展以及開采計劃。在開采時要注意引進先進的科學技術，從而實現系統的安全可靠、經濟合理的要求。對一些變量參數如礦井的總通風量、礦井在通風是產生的總阻力以及礦井通風的資金預算進行充分的調查與分析，并得出相關數據，以數據為基礎，配置高性價比的通風設備，并設計出一套可行性高，安全可靠的方案。

三、煤礦通風技術發展面臨的難題

1 管理難度大。在現在的開采中，礦井面積日益增大，通風系統逐漸大型化，設備的體積越大其復雜程度必然隨之增加，這更加大了通風系統的管理難度。

2 不穩定。礦井作業面積的日益增加，挖掘速度的日益加快，通風系統的性能要求必須不斷與礦井的變化相適應，這就要求通風系統需要不斷的進行調整以及改造。而這樣的后果是直接對通風系統的穩定性產生了影響。

3 維護難度大。礦井井田面積的增加不僅僅只帶來了以上問題，井巷斷面積的增加使得通風系統的設計工藝變得十分復雜，而面積越大對系統的設備性能的要求也隨之增加，以及挖掘深度的增加意味著地溫這一問題要被重視，從而使通風系統對降溫設備的數量也有一定的要求，綜合以上因素，整個系統的工程量以及維護難度便大大增加。

四、煤礦通風的影響因素

1 環境因素

礦井的自然條件和礦井的通風結構是在煤礦通風中主要的環境因素，一般條件下，煤層的地質結構是很復雜的，尤其是挖掘深度的增加使其職稱條件，受力情況等等因素更加復雜，因此事故發生的頻率也尤其高。此外，考慮煤層的自燃情況的出現，爆炸、坍塌等事故特別容易出現。通風設施的不完善導致通風不順暢，使得井內設備不能正常運行，也容易造成監測數據的傳輸錯誤。這些因素都是對煤礦通風安全造成影響的主要因素。

2 人為因素

管理手段以及施工人員素質的參差不齊也對煤礦通風安全產生了較大的影響煤礦企業必須在提高系統安全性能方面給予足夠是重視。對事故的處理能力要具備，但同時要對事前和事中進行控制。不要讓煤礦企業自身處于被動狀態。人員要適當進行安全意識的培訓，在人員配置上注意通防人員的專業素質，盡量避免重生產、輕安全為主因的管理缺陷的存在。使作業人員在更加安全的環境中作業。

五、煤礦通風系統的作用與重要性

煤礦通風是指通過利用機械設備完成向礦井下空氣的輸入，從而使礦井下的氧氣含量得到保證，并保證施工人員的施工以及人身安全，同時將有害氣體以及粉塵排到井外，并使井下溫度得到降低的技術手段。而對以上所述的這一系列的作業的方式、方法、設備與技術的總稱成為煤礦通風系統。煤礦通風系統是施工的前提與保障，是礦井作業的“心臟”。礦井的通風系統出現任何問題都會導致井下的環境急劇惡化。這不僅使得作業人員的工作環境缺氧，同時有害氣體還會產生威脅。因而通風系統的穩定可靠是礦井作業中的重中之重。

六、快速切換裝置以及主扇供電系統的工作原理

圖1、快速切換裝置以及主扇供電系統安裝圖

1 通風系統供電電源的快速切換裝置的切換方式

快速切換裝置以及主扇供電系統的安裝圖在上面已經給出，其開關方式主要有兩種一是進線電源開關互備，另一個是母聯開關切換。第一種情況在圖一所示的安裝圖中表現為1#為正在運行，2#是備用設備。當1#開關失效時，2#備用開關開始工作；第二種切換方式是1#、2#開關均帶電，母聯熱備。1#、2#電源與其對用主扇相對應，在發生電源或其他用電故障時，母聯運行完成切換。此切換方式對于減少實際中發生的由于母線故障發生的大規模停電現象非常有效，這是由于它可以使備用設備迅速恢復，避免了大面積停電帶來的財產損失以及人員傷亡。

圖1 快速切換裝置以及主扇供電系統安裝圖

2 快速切換裝置的基本工作原理

通風系統的供電系統中其快速切換裝置的主要工作原理是：首先對主扇開關的電流、電壓等等物理參數信息進行采集，然后裝置內的邏輯程序工作對這些參數進行分析判斷，這樣使得故障點能夠被快速被檢測出，并及時切除。對于系統的殘壓相位角能夠進行同期捕捉，并使備用電源能夠以同相角投入，這樣可以對主扇以及電網的沖擊減少到最低使煤礦同分系統能夠不間斷的運行。互備切換與母聯切換的本質上的區別就是是否具有同期捕捉功能，這是是否能使通風系統平穩運行前提。

七、主通風機供電方式的改進方案

1 供電的可靠性問題：針對該公司的通風機供電系統提出的策略是一次系統中采用雙路或多路供電，并在二次系統中之輔以備自投裝置。但在實際中，備自投裝置存在切換時間長可能造成主扇風機已經停止；切換時沖擊電流較大，造成設備損壞；自投成功率低以及母線永久性故障產生的擴大事故范圍的種種缺陷。

2 具體切換方案

（1）系統正常運行時，采用工況l供電時，安裝一套電源快速切換裝置，無論何種原因當進線1(或進線2)失電時，快切裝置動作合上母聯開關，投入到另一側進線電源，保證風機不停轉。

（2）系統正常運行時，采用工況2或工況3供電時，即母聯開關在合位或母聯為刀閘，或無母聯時，安裝一套電源快速切換裝置，無論何種原因當進線l(或進線2)失電時，快切裝置動作，投入另一側進線電源，保證風機不停轉。

八、快速切換裝置的運行邏輯

本文中我們以快速切換裝置在某煤礦通風系統中的應用為例進行簡單的介紹。該煤礦通風系統供電電源來上級變電站，主線路是一條35KV架空電力線路,導線為兩條LGJ-150架空線路長為17.5千米。礦井電源為高壓側電壓值為110kv，二次電壓值為35kv。

1 快速切換裝置的運行邏輯進行介紹

下面我們將對快速切換裝置的運行邏輯進行簡單介紹：

當進行電源切換時，如果只是簡單的將備用線路電源接入，很容易使事故擴大化，因此，在對電源進行切換前必要的邏輯判斷是必須的，以對是否投入程序進行判斷。具體情況如下：

情況1：過流故障跳閘：當跳閘電源比較大時，同時故障電源在進線開關的電流互感器上會有一定的反映，此時切換裝置所設定的電流門檻值便開始起作用，當時機的電流值高于此電流門檻值時便會發出警報并鎖定切換裝置，然后倒機操作使備用主扇投入運行。

情況2：進線開關無電流通過或被檢測到的電流極小時，啟動切換裝置：當沒有電流通過時，有兩種情況，一是進線開關已經被檢測到斷開，此時直接投入母聯開關即可；二是進線開關檢測顯示未斷開時，切換裝置首先發出開關指令，當開關斷開后產生跳閘信號后，再發出投入母聯指令，從而能夠使風機保持連續運轉的狀態。這樣當出現故障或以他原因造成的意外斷電等情況時，備用電源就能夠及時投入使用，使主扇風機不會意外停電。

當切換裝置的檢測信號顯示備用線路無壓、無頻時，不進行切換，要對快速切換裝置實行閉鎖，防止人工送電的時間被延長。

2 閉鎖功能的簡單介紹：

若運行方式為大分列運行，若主扇房配電室發生母聯誤投入的情況會使系統發生并聯運行的情況，容易造成因環流過大而引起的故障。此時需要快速切換裝置具備以下功能使閉鎖功能得以實現：

自檢功能，防止當自身發生故障或備用電源異常啟動。

當備用電源沒電時閉鎖切換

P.T斷線會引起因失壓造成的閉鎖切換

在進行檢修時要閉鎖切換功能。

3 切換裝置的調試和和使用

切換裝置進行快速切換時要具備邏輯判斷功能、同期捕獲功能、殘壓檢測功能，這是使通風系統的電機的沖擊達到最小的基本功能。

結語

在礦井作業時，煤礦的通風系統是最關鍵設備，尤其是高瓦斯礦井中通風系統的安全運行與礦井的安全是直接相連的，在進行作業中要保證做到不停電不停風。在以往的礦井事故中可以得知，大部分的礦井事故是由電源線路故障或上級電源故障造成的停電而引起的。而快速電源切換裝置可以對故障進行快速的判斷，對故障點進行及時的切除以快速恢復供電，使不停電不停風的目的得以實現。

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[2]趙華峰,煤礦通風系統安全現狀的評價檢查方法[J],科技與生活,2012(2)

[3]張俊同,安林煤礦通風系統優化應用[J],現代企業教育,2012(2)