霍 鵬
(山西新元煤炭有限責任公司, 山西 晉中 045400)
煤礦井下主扇高壓雙電源自動切換系統(tǒng)的作用功能為當主扇風機在運行過程中遭受電源故障而停電時,立刻找到故障的地方并進行自動切除,同時直接連接備用電源,保證主扇風機持續(xù)不間斷地工作,不會受到電源故障的影響,持續(xù)調節(jié)井下瓦斯氣體及粉塵的濃度,避免瓦斯?jié)舛冗^高而引發(fā)事故。雙電源自動切換系統(tǒng)集就地控制、集控手/自動、遠程自動這三種控制方式[1-3],這三種控制方式滿足了井下工作中的一切需求,可以對電源實現有效的切換控制。這三種方式中集控自動是最為便捷的,只需要技術人員發(fā)出指令,便可以通過PLC控制器自動完成接下來的一系列動作,且在該模式下,雙電源自動切換系統(tǒng)可以對主扇風機中的參數及狀態(tài)進行實時監(jiān)控,可排除潛在的風險,分析可能形成故障的原因,當運行風機出現故障時,立刻完成自動倒機。同樣遠程自動控制也可以實現足不出戶便可完成實際操作,通過對顯示出來的參數直接進行判斷,自主選擇合適時機,按照指定實現遠程倒機操作。因此高壓雙電源自動切換系統(tǒng)的提出為井下作業(yè)有序推進提供了現實保障。
監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵組成部分包括工業(yè)控制CPU和SIEMENS的315CPU模塊。之所以選用兩套CPU是為了在其中一個模塊進入工作時,另外一個作為備用,保證監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。該系統(tǒng)的信號測量主要由數字輸入輸出端口、模擬值和串口通信模塊這三大模塊組成,供電裝置主要有UPS、SIEMENSPLC專用電源和兩級躲避雷電等裝置。
1)PLC采用西門子S7—315系列,帶電熱插拔;PLC的I/O接口應預留20%以上的備用量。
2)上位工控機硬件配置要求CPU不低于奔騰四核處理器,內存不低于4 GB,500 GB硬盤,22英寸液晶顯示器。
3)PLC控制器必須選用UPS且滿載持續(xù)時間不低于1 h,以保證控制器安全穩(wěn)定運行。
4)操作柜要求為琴鍵式結構,殼體防護等級為IP54,要求外形美觀、裝配牢固、維護便捷。
5)就地箱是控制系統(tǒng)必不可少的部分,應同風機附屬設施一道安置,且兩種操控方式(現場就地控制、集中遠程控制)輪流切換。
6)要求任何電氣控制柜包含供電和信號兩系統(tǒng)配備兩級防雷。
界面是用于直接觀測實際檢測的參數是否在不斷發(fā)生改變以及所變化大小的工具,通過界面可以有效掌握通風量大小和風壓大小,從而了解風門和風機是否處在正常運行狀態(tài)。這些數據都是在實際測試和測量之后上傳的真實數據,直接告訴控制者設備的真實狀態(tài)。另外,界面間還可以隨意來回切換,比如在主界面上,可以直接找到所有子界面的功能,同時執(zhí)行監(jiān)控、故障報警和存檔記錄等功能。
同時,高壓雙電源快速切換技術不僅在倒換風機條件上可以靈活設置,實現有效限制,還能預先校核倒換風機條件,當條件不滿足時會自動停止。將該系統(tǒng)在實際作業(yè)中進行應用,并花了三個月的時間進行觀察,發(fā)現這個界面在設置和檢驗倒換風機條件時非常方便,所有正常和故障倒換風機工作都完美實現。且在該界面的指引下,可以對風門的開合進行直接操控,包括與之相配套的開關絞車和電動執(zhí)行模塊等都可以實時操控。還有就是不管正常與否都能倒機,當設備處在正常狀態(tài)時,可以自動到換風機,當出現故障時,可手動倒機和檢修。
在實際作業(yè)中,可提前在報警界面設置好系統(tǒng)中重要參數的合理區(qū)間,如果風機風門等設備在界面上顯示異常,監(jiān)測得的數據超過合理范圍時,系統(tǒng)將直接進入報警狀態(tài),及時發(fā)現故障并提醒技術人員采取相應措施。每一次的故障報警都會自動存儲與記憶,在系統(tǒng)中預先設置的數據庫中自動整理形成記錄以供查詢,后續(xù)維護人員可根據系統(tǒng)記錄下來的每次故障報警的詳細信息如故障部位、故障時間、故障原因和解決辦法等對設備進行合理保養(yǎng)。在這三個月的試驗階段中,煤礦井下主扇風機一直處于正常運行狀態(tài),電路和電網等也沒有發(fā)現異常。因此通過這個界面可以有效實現對主扇風機運行的安全保障。
選擇陽煤集團某礦井作為該煤礦井下主扇風機高壓雙電源快速切換系統(tǒng)技術的集中試點,該礦井配備的主要通風設備類型為防爆型的對旋軸流式,型號為礦用FBCDZNO.20,該風機在工作時符合經典風機的特性,駝峰般的工作曲線,這類風機對工況配合要求比較高,如果不能良好配合電機和風機都會出現較大的安全隱患。因此在開始安裝之前要先進行設備測試,模擬故障狀態(tài)進行倒換風機,看過程是否順利,結果顯示該系統(tǒng)完美通過測試,可在該礦井中投入試用。
將改造前和改造后的倒換風機過程進行對比,發(fā)現礦井下風速的波動幅度有明顯改變,改造前正常通風狀態(tài)下是2.5 m/s,但經過一段時間后降低為0.5 m/s,這已然臨近于停風,并且這一波動持續(xù)了長達5 min;改造后的波動幅度變化顯而易見,風機正常狀態(tài)下是2.5 m/s,然后瞬間降到1 m/s,再之后又瞬間恢復正常,波動的持續(xù)時間低至1 min。風速波動時間越短,對礦井下通風作業(yè)的不良影響越微弱,因此這種將長時間波動轉為瞬間波動的可以對風機的穩(wěn)定性和安全性帶來保障。
改造前,倒換風機過程中井下空氣中瓦斯含量處于較大波動范圍,從第2分鐘開始,瓦斯氣體的含量驟升至2.5%,而煤礦井下的安全值僅為1%,因此屬于遠遠超出的狀態(tài),并且超出的時間為5 min左右,在這么長的時間里,瓦斯含量持高對礦井的安全工作帶來了極大的威脅。改造后,井下空氣中瓦斯氣體的含量最高為0.8%,未超出極限值,波動很小且持續(xù)時間不到2 min,工作環(huán)境安全。通過對實際數據對比發(fā)現,該新系統(tǒng)投入使用后,倒換風機時間大大縮短,而且在不停風的情況下均可進行倒機,并且瓦斯含量及波動范圍都很可觀,倒機作業(yè)過程中的安全性能得到很大提升。
本研究中首次提出通風設備和通風系統(tǒng)的雙重診斷思路,完美地解決了由于主通風機出現故障和異常帶來的通風不穩(wěn)定而引發(fā)的井下瓦斯含量超限的安全隱患。在加入雙電壓自動切換系統(tǒng)的優(yōu)化改造之下,對井下通風系統(tǒng)的影響由改造前的五六分鐘系統(tǒng)停風驟降為30 s的風量波動,真正做到了不停風倒機,消除了井下瓦斯積聚帶來的安全隱患,值得推廣到煤礦井下的實際作業(yè)中進行應用。