改造礦井主扇不停風(fēng)自動(dòng)倒臺(tái)技術(shù)的嘗試

韓閃閃

摘要：通風(fēng)機(jī)是礦井四大核心設(shè)備之一, 它的作用是為井下的作業(yè)環(huán)境保證氧氣的供應(yīng)、有害氣體的稀釋以及溫度和濕度的調(diào)節(jié)。按照相關(guān)規(guī)定要求主要通風(fēng)機(jī)每月至少檢查1次，此時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的通風(fēng)機(jī)和備用機(jī)之間就需要進(jìn)行倒換。主扇在進(jìn)行倒臺(tái)操作時(shí)，一般為先停后開，就會(huì)出現(xiàn)風(fēng)流中斷現(xiàn)象。在風(fēng)流中斷期間，容易造成瓦斯超限，給安全生產(chǎn)帶來極大隱患。因此，需要對(duì)礦井主扇進(jìn)行不停風(fēng)自動(dòng)倒臺(tái)的改造。

關(guān)鍵詞：主扇；自動(dòng)倒臺(tái)；風(fēng)流中斷；風(fēng)門

中圖分類號(hào)：TD441 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8937（2014）17-0023-01

1背景介紹

例如，某礦井主扇為軸流式風(fēng)機(jī)，型號(hào)FBCDZ-10-NO36，配套電機(jī)YBF710-10型，功率710×2，風(fēng)葉角度調(diào)整好后為固定的，啟動(dòng)時(shí)為避免風(fēng)機(jī)運(yùn)行在駝峰以左工作區(qū)域出現(xiàn)運(yùn)行不穩(wěn)定，應(yīng)采取帶負(fù)荷啟動(dòng)，開機(jī)前必須先將風(fēng)門打開。主扇在進(jìn)行倒臺(tái)操作時(shí)，備用風(fēng)機(jī)的開啟必須在運(yùn)行風(fēng)機(jī)停止后才能進(jìn)行，同時(shí)可能發(fā)生雙風(fēng)機(jī)停運(yùn)現(xiàn)象，引發(fā)事故。所以原有的倒臺(tái)程序存在著可靠度不高，產(chǎn)生風(fēng)流中斷等問題，有必要對(duì)主扇進(jìn)行不停風(fēng)倒臺(tái)技術(shù)改造。

2對(duì)風(fēng)門的改造

原有的原閘板風(fēng)門技術(shù)相對(duì)落后，開啟和關(guān)閉速度都較慢，無法帶壓開閉，不能實(shí)現(xiàn)不停風(fēng)倒機(jī)。并且開啟關(guān)閉程度完全靠操作人員經(jīng)驗(yàn)決定，在全開和全關(guān)之間的任何半開位置，都沒有傳感器標(biāo)定，無法實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)自動(dòng)化，不利于精確調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)風(fēng)量。為此我們采用自密式旋葉風(fēng)門作為新風(fēng)門系統(tǒng)的組成部分。

自密式旋葉風(fēng)門的扇葉葉片外形采用菱形流線型設(shè)計(jì)，表面光滑無突出棱角，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)完全符合流體運(yùn)行規(guī)律，將風(fēng)流經(jīng)過風(fēng)門時(shí)的損耗降低到最小，根據(jù)流體力學(xué)伯努利定理和流體連續(xù)定理，風(fēng)流在經(jīng)過葉片式風(fēng)速會(huì)有所升高，當(dāng)流出葉片之間較窄空間后，流速會(huì)因?yàn)榱鬟^面積增大而降低，因?yàn)槿~片為不銹鋼制作，表面光滑度極高，所以對(duì)風(fēng)流無粘滯阻力，所以風(fēng)門產(chǎn)生的風(fēng)阻很小，可以忽略不計(jì)。

旋葉風(fēng)門由于選用了電動(dòng)一體化執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所以在控制和檢測(cè)上有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，在角度調(diào)節(jié)上，所選電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可在90 ?的開啟范圍內(nèi)進(jìn)行≥100點(diǎn)的精細(xì)標(biāo)定，其精確度超過1 ?，在進(jìn)行風(fēng)量測(cè)試后可以將各角度對(duì)應(yīng)到具體風(fēng)量大小，并將角度信號(hào)輸入軟件，在風(fēng)機(jī)倒機(jī)或風(fēng)機(jī)風(fēng)量變化時(shí)，直接對(duì)上位機(jī)輸入相應(yīng)信號(hào)，風(fēng)門可直接開啟到所需要風(fēng)量要求的開閉角度，不需要再開機(jī)穩(wěn)定后，再由人工對(duì)其手動(dòng)調(diào)節(jié)。

風(fēng)門改造方案及步驟：由于主扇是雙風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)不能停風(fēng)，所以我們采取分階段單臺(tái)改造的方案。首先拆除水平測(cè)試風(fēng)門兩個(gè)，并對(duì)原水平門基礎(chǔ)進(jìn)行改造，安裝水平對(duì)空風(fēng)門2套。其次破除立式旋葉門所在的位置基礎(chǔ)2個(gè)，安裝立式旋葉風(fēng)門2套。具體的操作如下：①改造2#系統(tǒng)，我們提前把1#風(fēng)機(jī)檢修，確保無誤后，再把風(fēng)機(jī)倒至1#風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，停2#主扇并做安全措施。②關(guān)上2#風(fēng)道的原立式閘門。③破除立式旋葉門和水平對(duì)空風(fēng)門基礎(chǔ)。④2#水平對(duì)空風(fēng)門在風(fēng)道上，首先拆除舊水平門，拆除風(fēng)門時(shí)用75 T吊車進(jìn)行吊裝，水平對(duì)空風(fēng)門基礎(chǔ)繼續(xù)使用原有的基礎(chǔ)，安裝完畢后進(jìn)行二次灌漿。⑤安裝立式旋葉門時(shí)用75 T吊車進(jìn)行吊裝，根據(jù)到貨設(shè)備的實(shí)際尺寸，確定風(fēng)道底部需要破除的深度及寬度，立式旋葉門的中心往兩側(cè)各破除300 mm，破除立式旋葉門基礎(chǔ)寬度為600 mm，破除時(shí)把原有的鋼筋保留，立式旋葉門放入后找平找正，與風(fēng)道壁所預(yù)留的鋼筋進(jìn)行焊接固定。安裝完畢后進(jìn)行二次灌漿。安裝時(shí)注意風(fēng)門上平面露出，下平面略高于風(fēng)道底部，然后進(jìn)行支模打灰。⑥在主風(fēng)道上有一個(gè)預(yù)留孔，把預(yù)留孔打開用φ76鍍鋅管背風(fēng)面開孔，上端用鋁塑管接到操作控制室內(nèi)的U型壓差計(jì)上。⑦把操作臺(tái)安裝到配電室外的操作室內(nèi)，根據(jù)原理接線圖進(jìn)行電纜敷設(shè)及接線。⑧1#風(fēng)機(jī)水平風(fēng)門與立式旋葉門改造時(shí)需要拆除1#風(fēng)機(jī)水平門后立閘門的彩板房，其它與2#風(fēng)機(jī)施工方案相同。

不停風(fēng)倒機(jī)風(fēng)門系統(tǒng)對(duì)所轄的風(fēng)門可進(jìn)行近地集中控制，并對(duì)風(fēng)門的開啟程度、速度以及到位信號(hào)進(jìn)行全方位監(jiān)控，系統(tǒng)內(nèi)所有風(fēng)門配有獨(dú)立執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制開閉、就地開閉、無電手動(dòng)開閉。自密式旋葉風(fēng)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速快的特點(diǎn)，可以保證風(fēng)門在承受負(fù)壓的情況下在40 s內(nèi)順利開啟和關(guān)閉，勻速平穩(wěn)運(yùn)行，無振動(dòng)和抖動(dòng)現(xiàn)象。該類執(zhí)行器自帶限位開關(guān)，具有過轉(zhuǎn)矩（機(jī)械）保護(hù)和過電流（熱）保護(hù)功能，最大限度的減小故障發(fā)生概率，保證其帶動(dòng)風(fēng)門可靠運(yùn)行。同時(shí)，該執(zhí)行器帶有4~20 mA輸出反饋信號(hào)，可以在遠(yuǎn)程控制臺(tái)在線顯示風(fēng)門的開啟情況，便于對(duì)風(fēng)門現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)糾正錯(cuò)誤動(dòng)作。該執(zhí)行器具有點(diǎn)動(dòng)控制功能，因此，在調(diào)試風(fēng)道風(fēng)壓和風(fēng)向的時(shí)，主調(diào)風(fēng)機(jī)的同時(shí)可以微調(diào)風(fēng)門扇葉方向，從而保證輸送到井下的通風(fēng)量與設(shè)計(jì)風(fēng)量相符。

改造過程中出現(xiàn)的問題及應(yīng)急方案：由于對(duì)風(fēng)門改造過程中，施工和水泥凝結(jié)的過程比較長(zhǎng)，運(yùn)行主扇長(zhǎng)期處于單機(jī)狀態(tài)，對(duì)礦井的安全通風(fēng)造成極大的威脅，需要做到以下幾點(diǎn)：①對(duì)運(yùn)行主扇進(jìn)行檢查，確保其處于完好狀態(tài)；②準(zhǔn)備了鐵板、卡子和風(fēng)布，隨時(shí)處于應(yīng)急狀態(tài)，一旦發(fā)生運(yùn)行主扇停機(jī)而不能啟動(dòng)的問題，將以最短的時(shí)間對(duì)破口的風(fēng)道進(jìn)行封堵，盡最大可能的減少漏風(fēng)量，從而啟動(dòng)正在施工的風(fēng)機(jī)；③要求施工方實(shí)時(shí)的對(duì)落入風(fēng)道內(nèi)的雜物進(jìn)行清理，防止發(fā)生意外情況是來不及清理風(fēng)道，從而造成雙風(fēng)機(jī)停機(jī)；④值班人員輪番盯崗，對(duì)改造的全過程進(jìn)行監(jiān)督和隱患排查，確保萬無一失。

3對(duì)電控及軟件的安裝調(diào)試

KJZ-5型不停風(fēng)倒機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是不停風(fēng)倒機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，其包含了控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及監(jiān)控執(zhí)行元件等。控制系統(tǒng)采用基于現(xiàn)場(chǎng)總線的先進(jìn)的分布式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，其中高可靠性、高性能的西門子PLC（S7-300）作為下位核心處理單元，通過相應(yīng)選擇輸入輸出模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)采集、異常報(bào)警與輸出控制；上位工控機(jī)完成監(jiān)測(cè)參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示，歷史數(shù)據(jù)查詢，報(bào)表打印以及用戶登錄等相應(yīng)的管理工作。監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備選型配置，不僅充分考慮現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的需求，從用戶今后功能的擴(kuò)展考慮，要保證具有可擴(kuò)展性。控制屏內(nèi)插件空間及對(duì)外連接的端子排留有備用裕量；系統(tǒng)主存容量和輔助存儲(chǔ)器容量保證有30%的裕量；對(duì)信號(hào)輸入、輸出通道都適當(dāng)留出一些備用，即通過冗余來保證系統(tǒng)的可擴(kuò)展和可靠性。另外，所有輸入、輸出接點(diǎn)，通信線、電源單元、傳感器供電單元等，均能承受相應(yīng)的絕緣耐壓和沖擊耐壓實(shí)驗(yàn)而無損壞，而保證在線監(jiān)控系統(tǒng)自身的可靠運(yùn)行。

4改造后的效果

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、論證、理論分析和現(xiàn)場(chǎng)改造、試驗(yàn)研究、軟件編程、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試等多個(gè)環(huán)節(jié)后，主扇的運(yùn)行達(dá)到以下的預(yù)期效果：①主扇由原來的人工停風(fēng)倒機(jī)改造后成為不停風(fēng)自動(dòng)倒臺(tái)。②將原來的倒機(jī)時(shí)間從7 min降低至4 min 50 s，縮短了倒機(jī)時(shí)間，簡(jiǎn)化了倒機(jī)程序，提高了礦井通風(fēng)的安全系數(shù)。③將原有的提升時(shí)閘板門及固定式水平門改造為旋葉式風(fēng)門，同時(shí)原閘板門作為檢修備用風(fēng)門，提高了安全系數(shù)。④完善了丁一主扇振動(dòng)及風(fēng)量負(fù)壓的在線監(jiān)測(cè)，提高了八礦丁一主扇通風(fēng)的安全系數(shù)。⑤將單PLC控制系統(tǒng)改為雙PLC控制系統(tǒng)，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5結(jié)語

通過對(duì)礦井主扇的改造，實(shí)現(xiàn)了不停風(fēng)自動(dòng)倒臺(tái)，對(duì)軸流式風(fēng)機(jī)在自動(dòng)化改造方面提供了很好的借鑒和經(jīng)驗(yàn)，提高了原有系統(tǒng)的安全性，保障了風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，為礦井的通風(fēng)安全提供可靠的保障。

參考文獻(xiàn)：

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