我国储备有丰富的煤炭资源,煤炭经济在我国的国民经济中的比重仍然较大,因此煤矿的高效运转对我国的经济发展速度具有直接关系,而煤矿的安全运转不仅能够保障煤矿工人的生命财产安全,还能够减免国家损失,确保社会的长治久安。目前,大部分煤矿开采的都是井下深层煤,深层煤开采环境与浅层煤相比具有温度高、瓦斯高等多方面特点,因此在深层煤开挖过程中,矿井通风显得尤为重要。矿井通风能够降低工作环境的温度、排除煤壁中以及开采过程中扩散的瓦斯、供给煤矿工人可以呼吸的新鲜空气和氧气等作用。但是目前大多数煤矿的通风系统还是采用静态的控制系统,以巷道掘进为例说明,在巷道施工进行局部通风设计以及布置,日常维护采用人工进行维护,传统的通风维护模式不仅浪费大量的人力物力,而且效率很低,无法使通风系统得到最优化的布置。而通风自动化系统能够应用相应的自动化技术来实现矿井通风的动态监控和控制,使得矿井通风以及风机得到动态优化,降低相应的经济投入,减免相应的经济损失。
自动化技术应用于矿井通风系统中可以让通风系统中存在的问题通过系统自行进行反馈,并根据所设定的程序自动控制风机进行相应参数的设置和改动,使得煤矿生产过程始终处于安全、稳定、高效的运转过程中,从而提升矿井通风的管控水平。控制精准度高以及控制效率高是自动化技术应用的主要优势,而将自动化技术应用到矿井通风系统中,能够使得煤矿的通风系统得到系统化和智能化的发展。现阶段,我国的许多煤矿都存在不同程度的自动化技术运用,但是仍然存在自动化技术之间无法平衡、自动化控制程序低以及对相应系统的应用缺乏系统化。尤其是矿井通风设备,维护数量大、处理不及时等对矿井的安全生产造成较大的影响和阻滞,因此煤矿应当根据矿井的实际情况以及设备数量型号等多方面因素设计具有本矿井特色的自动化通风系统,实现高效、有序、安全的矿井通风环境。
我国大多数矿井均存在通风系统不完善、通风效率不高等问题,尤其是掘进工作面和开采工作面,一旦空气质量不达标或者相应通风设备选型错误就会造成严重的问题,另外,一旦掘进工作面实际地质情况与作业规程内容有较大出入时,原来的通风设备选型以及通风参数设备将不满足实际需求或者过度满足施工需求导致浪费。
另外通风系统的漏风导致真正输入到掘进工作面的新鲜风流有效,造成较大的新鲜空气浪费,同时降低风机的通风效率。井下中断位置设置的溜井也是矿井通风系统漏风的主要因素。在矿井生产环境中,空气中的湿度和温度都是比较大的,而空气在矿井中的流通量比较小,通风风压较低,从而导致矿井通风系统的通风效率不高,无法将地热以及设备运转过程中释放的热量及时的疏散出去,进而导致工作面温度较高,安全隐患较大。例如,实际施工时,矿井下的实际温度甚至达到了35℃,相对湿度在85%以上,因此,对于施工人员的安全非常不利,甚至有可能发生事故。
本文主要针对杜儿坪煤矿北一辅助运输大巷作为研究对象,对该矿井开展局部通风自动化改造,来提升局部通风机的效率和降低人工维护成本投入。北一辅助运输大巷巷道断面为矩形,宽5.7m,高4.5m,断面面积为25.65m2。采用压入式通风方式,选用两组FBD2×55KW局部通风井,供风量469m3/min。风筒布设在掘进方面左侧,距顶板1.9m,出风口距工作面端头3～5m,风速约为10m/s。煤层特征情况如表1所示。
从煤层特征情况表可以看出,该掘进工作面的相对瓦斯涌出量为18.2m3/t,属于高瓦斯矿井,而从其煤尘爆炸指数17.43%可以看出,其属于有爆炸危险性煤层,因此尤为显得矿井通风自动化控制的重要性。结合本煤矿高瓦斯矿井的实际情况,应当将瓦斯浓度监测、瓦斯风电闭锁以及自动报警作为局部通风系统自动化的重点对象以及指标,另外风井的风量控制、主从风机转换以及风机故障监测也当作为一大监测重点。具体局部通风自动化系统应当实现的目标内容如图1所示。
另外,当通风机运行稳定的时候,通风机的功率、风量、风压以及转速存在以下关系:
式中,n、Q、P以及Psh分别为风机的转速、风量、风压以及功率。由公式可以得知,如果减小局部通风机的转速,那么相应的风量、风压以及功率都会以相应的比例较小,因此可以通过改变风机的转速来改变功率,以此来节省电能,而转速的调整可以通过在局部通风机部位设置变频器,通过调整输入电源频率,来调整转速。
将原有的自动化控制设备与变频设备形成并联状态,通过控制变频设备来实现对通风机相关系统参数的控制,以此来完成原控制设备在工频与变频之间形成自动转换,其中自动化编程系统中的控制器需要由变频器自动化系统设备直接进行操作。
在通风系统自动化改造中,应当根据掘进工作面的实际掘进长度及时布设相应的瓦斯浓度、风量等监控联网探头,为自动化系统提供实时准确的数据来供系统做出相应的自动化判断,即通风系统监控设施的远程控制以及检测功能需要根据掘进工作面的实际情况进行调整。另外需要实现局域联网,确保在任意一个办公地点都能够实现对矿井井下通风系统的观察、监控以及控制。自动化通风系统当中应当设置自动控制操作模式和手动控制操作模式两种,便于相关人员通过手动和自动两种模式都能够实现对自动化通风系统的控制,例如通过调节变频自动化系统中的变频设备的电源输出频率可以实现通风机相关通风参数的调整,也可以通过手动来直接调整通风机的风量,而手动的调节风量模式一般应用在特殊情况之下,需要以最快速度来实现调节风量,以此来防止事故的发生。
在系统报警装置功能改造方面,除了需要对瓦斯超限、超压、超流等基本安全报警功能之外,还应该实现自动性的保护功能以及频率的显示、运行状态的指示和电源显示的功能,确保我们能够对通风自动化系统的运转状况做到实时了解。对于设备的故障报警,应当采用冗余系统进行自动化改造设计,以此来防止危险或者错误的发生。
通过对局部通风系统自动化改造主要是为了实现两大功能,首先就是变频设备的设置,使得通风机能够在正常的工作频率以及变频之间进行相互转换,确保系统运转连续,及时变频设备出现故障,通风机可以在正常的工作频率状态下进行运转。另外,通风系统自动化改造实现了节能,通过自动化编成程序,能够测算通风系统在某一时刻所需要最低风量转速等通风机参数,然后通过自动地调整变频自动化系统,来实现通风机在较低的工作频率下较好的完成相应的工作,实现通风系统的节能、高效以及环保。
矿山井下通风自动化的改造,本文主要是通过对自动化变频的改造,以此来实现了通风机能够在0～50Hz范围内实现无极调速,通过对变频器设备的控制来根据工作面实际需求通风参数进行调整,实现通风机的高效运转,同时还能够有效地降低通风机的温度和噪声,以此来延长通风机的使用寿命。通过变频改造使得相应的运行电流得到了减少,节约用电的同时能够在较短的时间内收回改造所需要耗费的成本。
摘要：随着煤矿开采埋深逐渐增加,矿井通风显得越来越重要。传统的矿井通风系统无法实现通风系统参数的实时监控以及调整,以此造成工作面风量供求不足或者风量资源浪费等现象。本文以局部通风自动化改造为例,主要通过变频自动化改造来实现通风机在0～50Hz范围内自动调整通风机参数,以此来实现局部通风机的最优工作效率,同时达到节省通风运行成本以及节能环保的作用。
关键词：矿井通风,自动化改造,变频,成本
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