3 種動力源應急局部通風機在礦井掘進工作面的應用

孫艷軍

（冀中能源峰峰集團有限公司，河北 邯鄲 056107）

煤礦井下掘進工作面的通風主要靠局部通風機供風，主要作用就是稀釋和排除掘進工作面的有毒有害氣體，并持續的向掘進工作面供給新鮮風流。煤礦井下環境復雜，供電線路和各種機電設備易受到不利因素的影響，一旦出現掘進工作面停電停風，不能持續向工作面供給新鮮風流，就會造成瓦斯積聚，嚴重威脅著礦井安全生產[1]。《煤礦安全規程》規定:高瓦斯、突出礦井的煤巷、半煤巖巷和有瓦斯涌出的巖巷掘進工作面正常工作的局部通風機必須配備安裝同等能力的備用局部通風機，并能自動切換。當正常工作的局部通風機發生故障時，備用局部通風機能自動啟動，保證掘進工作面正常通風[2]。因此，保證掘進工作面局部通風機的供電可靠性、連續性，對礦井的安全生產至關重要[3]。

1 第3 動力源概述

為進一步防范礦井掘進工作面因局部通風機停風，引發工作面瓦斯超限事故，保障掘進工作面供風連續性，在掘進工作面局部通風機原有“雙風機、雙電源”基礎上，增加1 套局部通風機動力源裝置，作為應急局部通風機“第3 動力源”使用。動力源裝置單獨配備1 套局部通風機，作為掘進工作面應急通風使用，以保障掘進工作面安全生產。根據各生產礦井的實際情況，設計了3 種不同方式的應急局部通風機動力源裝置。

1）第1 種動力源裝置。采用蓄電池裝備，作為應急局部通風機的動力源。

2）第2 種動力源裝置。采用風動局部通風機，利用壓風動力驅動，作為應急局部通風機的動力源。

3）第3 種動力源裝置。新敷設1 路供電電源，作為應急局部通風機的動力源。電源與現有局部通風機供電電源不在同一回路，可取自35 kV 變電站、中央變電所或采區變電所，且變電所級數不超過2 級。

2 第1 種動力源裝置

峰峰集團大淑村礦設計開發了井下“應急后備電源蓄電池裝置”，作為應急局部通風機的動力源，在井下四采區軌道坡頭專用硐室安裝應用，為172401 里下掘進工作面的應急局部通風機提供動力，應急局部通風機功率為2×30 kW，風筒長度145 m，供電距離為700 m。

1）第1 種動力源裝置設備布置。該裝置組成部分包括：NJ-90/960f 逆變器1 臺；DXT320/210 防爆特殊型電源裝置1 組；ZJC80/504K（A）充電機1 臺。設備布置如下：①蓄電池裝備安裝在具有獨立回風系統的硐室內，增加1 臺逆變器、1 套防爆特殊型電源裝置、充電機及1 臺局部通風機，作為該掘進工作面的1 套應急局部通風機裝置；②應急局部通風機與原主、備局部通風機風筒使用風筒專用三通并聯連接；③原主、備局部通風機功能及要求不變，應急局部通風機只作為主、備局部通風機均異常停運后應急使用，且具備自動切換功能。

2）第1 種動力源裝置工作原理。采用3 個隔爆特殊型電源裝置串聯輸出直流960 V 電源給逆變器供電，智能監測主、備局部通風機饋電開關帶電合閘運行情況。當主、備局部通風機饋電開關分別都失電掉閘后，逆變器自動切換投入運行輸出交流660 V電源向備用局部通風機備供電，在任意1 路主、備局部通風機饋電開關恢復供電時，逆變器由運行自動切換至備用。為了防止監測回路故障，在逆變器運行期間與備用局部通風機饋電開關形成閉鎖控制，逆變器運行期間備用局部通風機饋電開關報風電閉鎖故障不能復位合閘，形成控制回路互鎖保護[4-6]。172401 局部通風機后備電源供電系統圖如圖1。

圖1 172401 局部通風機后備電源供電系統圖Fig.1 172401 power supply system diagram of backup power supply for local fan

3）第1 種動力源裝置運行方式。①正常情況下逆變器處于熱備狀態；②3 臺局部通風機啟停順序：主局部通風機正常運轉期間因高壓“1 路”掉閘造成主局部通風機停機，備用局部通風機自動切換啟動，在發生高壓“2 路”同時掉閘后，（此時主、備局部通風機饋電開關分別全部失電掉閘，主、備局部通風機全部停運），逆變器自動由備用切換至運行，15 s 后輸出交流660 V 電源向應急局部通風機供電，應急局部通風機啟動運轉，在任意1 路主、備局部通風機饋電開關恢復供電時，逆變器由運行自動切換至備用，逆變器停止輸出，應急局部通風機停止運轉；③主局部通風機檢修時風電閉鎖切斷動力負荷，備用局部通風機運行與應急局部通風機1 用1 備，當備用局部通風機故障時，應急局部通風機啟動；④備用局部通風機檢修時，主局部通風機運行，與應急局部通風機1 用1 備，當主局部通風機故障時，應急局部通風機啟動，同時風電閉鎖切斷動力負荷；⑤應急局部通風機檢修時，主局部通風機與備用局部通風機1 用1 備。

4）第1 種動力源裝置應用效果。2021 年07 月31 日17 時30 分，大淑村礦當地出現37.4 m/s 的13級瞬時大風，通往礦井的高壓線鐵塔多處刮倒，造成礦井大面積停電。礦172401 里下掘進工作面的主局部通風機、備局部通風機同時停電停風，應急后備電源蓄電池裝置在監測到采區變電所高壓雙回路停電后，自動切換運行，保證了所供地區應急局部通風機正常運轉，確保了該地區正常通風。

3 第2 種動力源裝置

峰峰集團牛兒莊礦將風動壓入式軸流局部通風機（簡稱風動風機）與掘進工作面主、備局部通風機并聯相接，利用風動風機動力源為壓縮空氣的工作原理，研制了掘進工作面“三風機、雙動力源”局部通風裝置，實現了井下掘進工作面局部通風機“3 臺風機”、“2 種動力源”、“智能切換”，在發生掘進工作面主、副風機同時停止運轉后，保證能夠自動啟動風動風機，實現掘進工作面連續供風。

1）第2 種動力源裝置設備布置。該裝置組成部分包括：FQNo5.0 礦用氣動壓入式風機1 臺，KXJ127礦用隔爆兼本安型PLC 控制箱1 臺，FQNo-2 礦用自動軸流氣動風機專用控制箱1 臺，礦用風筒風量開關傳感器。設備布置如下：①在掘進工作面局部通風機“雙風機、雙電源”基礎上，新增1 套風動壓入式軸流局部通風機作為應急局部通風機；②新增1套風筒傳感器安裝于風筒上，新增1 套風動壓入式軸流局部通風機專用控制箱及礦用隔爆兼本安型PLC 控制箱，作為應急局部通風機切換控制系統；③在風筒上新增1 套鐵質三通風筒，實現應急局部通風機與原主、備局部通風機的連接和轉換。

2）第2 種動力源裝置工作原理。掘進工作面“三風機雙動力源”局部通風裝置主要包括現有的局部通風機“三專兩閉鎖”、“雙風機、雙電源”及自動切換裝置，和風動風機、PLC 控制箱、氣動風機專用控制箱、礦用風筒風量開關傳感器等。主、備局部通風機正常運轉時, 風動風機處于停機狀態。當主、備局部通風機同時停止運轉時，安裝于風筒上的風筒開停傳感器將信號傳輸給礦用隔爆兼本安型PLC 控制箱，PLC 控制風動風機專用控制箱內的電磁閥自動打開,從而使風動風機啟動,實現了與主、副局部通風機開停的無縫銜接, 保證了井下掘進面正常供風，從根本上杜絕了掘進工作面由于主、備局部通風機停運造成的瓦斯超限。風動風機在運行過程中，主、備局部通風機中的任意1 臺風機運行時，風筒上的風筒開停傳感器檢測到信號并將信號傳輸給PLC觸發信號，此時，控制箱中的電磁閥自動關閉，風動風機停止運行。

3）第2 種動力源裝置運行方式。①3 臺局部通風機啟停順序：主局部通風機正常運轉期間因故停機，備用局部通風機啟動；當主、備局部通風機同時停止運行后，風筒開停傳感器將信號傳輸給PLC 控制箱，PLC 控制應急局部通風機專用控制箱內的氣動閥門自動打開, 應急局部通風機啟動；②主局部通風機檢修時，風電閉鎖切斷動力負荷，備用局部通風機運行，備用局部通風機與應急局部通風機1 用1 備，備用局部通風機因故停機時，應急局部通風機啟動；③備用局部通風機檢修時，主局部通風機與應急局部通風機1 用1 備，主局部通風機因故停機，應急局部通風機啟動，同時風電閉鎖切斷動力負荷；④應急局部通風機檢修時，主局部通風機與備用局部通風機1 用1 備。

4）第2 種動力源裝置試驗效果。氣動風機具有結構緊湊、體積小、質量輕、操作簡單、維護方便、安全性能好等特點。風動風機采用壓縮空氣驅動馬達，從而帶動葉輪，其適用于煤礦井下局部瓦斯體積分數較高的環境下使用。該裝置通過礦用風筒風量開關傳感器監測主、備局部通風機開停情況，反饋到PLC 控制箱，控制電磁閥動作，實現主、備局部通風機與風動風機的智能切換，全程無人操作，性能穩定可靠。在主、備局部通風機同時出現故障時，該裝置自動啟動風動風機，做到與原有主、備局部通風機無縫銜接,保證井下掘進面連續供風，從根本上杜絕了掘進工作面由于主、備局部通風機同時停運而造成的瓦斯超限事故[7-8]。

4 第3 種動力源裝置

峰峰集團萬年礦-240 泵房變電所有3 趟電源來自35 kV 變電站，為提高局部通風機供電可靠性，杜絕主備風機同時停電停機，從該變電所向掘進工作面引入第3 趟局部通風機專用電源，增加1 臺局部應急通風機，提高局部通風機可靠性。

1）第3 種動力源裝置設備布置。設備布置如下：①新增1 趟專用供電線路作為應急局部通風機的供電電源，該電源可取自35 kV 變電站、中央變電所或采區變電所，且變電所不超過2 級，與原主、備局部通風機供電電源處于不同的下井回路[9]；②新增1 套應急局部通風機及專用控制設備及線路。

2）第3 種動力源裝置工作原理。現有的局部通風機雙電源開關型號為QBZ-2×120SF（1#），增加1臺QBZ 80、120/1140（660）（2#）雙電源開關，控制第3 臺應急風機，利用QBZ-2×120SF 雙電源切換開關接主機、備機。QBZ80、120/1140（660）開關結構簡單，控制回路簡單，擴展改造方便，利用QBZ80、120/1140（660）開關接應急風機，在不增加任何控制元件破壞開關防爆性能的前提下，使用2 臺開關內部本身的控制元件實現局部通風機切換。通過對2 種開關的控制線路進行設計改造，當主機啟動后，應急風機為實現待轉狀態，將主機輔助觸點常開點KM1-1作為應急風機待轉狀態的啟動信號，此觸點與應急風機的10、11 號線串聯后達到應急風機待轉功能；此外，將備機輔助觸點常閉點KM3-2 引出后與應急風機KA 繼電器控制回路串聯，實現備機自動轉應急風機的功能。在實現3 臺局部通風機自動切換功能的過程中，關鍵設置是調節好轉換時間，主機轉備機的時間T1為開關保護器設定，使用中設定為0 s，應急風機QJ 時間繼電器的延時時間T2設定為4 s（為保證正常切換，時間T1＜T2，目的就是保證在T2時間內，備機正常情況下啟動而應急風機不得啟動，同時備機故障情況下應急風機正常啟動）。3 風機第3 趟電源接線示意圖如圖2。

圖2 3 風機第3 趟電源接線示意圖Fig.2 Schematic diagram of the third power connection of the third fan

3）第3 種動力源裝置運行方式。①3 臺局部通風機啟停順序：主局部通風機正常運轉期間因故停機，備用局部通風機啟動，當備用局部通風機停止運行后，應急局部通風機啟動；②主局部通風機檢修時，風電閉鎖切斷動力負荷，備用局部通風機運行，備用局部通風機與應急局部通風機1 用1 備，備用局部通風機因故停機時，應急局部通風機啟動；③備用局部通風機檢修時，主局部通風機與應急局部通風機1 用1 備，主局部通風機因故停機，應急局部通風機啟動，同時風電閉鎖切斷動力負荷；④應急局部通風機檢修時，主局部通風機與備扇局部通風機1用1 備。

4）第3 種動力源裝置取得效果。使用2 臺雙電源切換開關控制3 臺局部通風機自動切換，實現了局部通風機運行不間斷、風流不間斷，提高了局部通風機供風可靠性。3 臺局部通風機的供電方式、風機型號、性能完全相同，供風量基本相同，完全滿足現場生產需求。3 臺局部通風機自動切換過程中，延時均為0 s（備機電源停電情況下主機直接切換應急風機延時時間為4 s），實現了風機切換過程中供風不間斷的功能，尤其是主機啟動應急風機自動停機，主機不啟動應急風機不停機的功能，實現了應急風機恢復主機運行過程中不間斷供風[10]。

5 結 語

峰峰集團針對煤礦井下掘進工作面連續通風的特殊需求，在掘進工作面局部通風機原有“雙風機、雙電源”基礎上，從提高風機供電可靠性的實際出發，設計采用了3 種不同形式的應急局部通風機動力源裝置在各生產礦井應用，取得了良好的使用效果，確保了掘進工作面局部通風安全可靠。