掘进工作面局部通风安全保障系统设计及应用

1、2009年第5期河北煤炭 掘进工作面是矿井瓦斯爆炸事故多发地点。据统计分析,近10年以来全国煤矿瓦斯爆炸事故有60%70%均发生在井下掘进工作面。分析爆炸原因,其中因停风而造成掘进工作面瓦斯积聚,从而引起瓦斯爆炸,占全部事故的60%以上;从停风巷道或盲巷排放瓦斯,采用“一风吹”方法引起的瓦斯爆炸事故占22%;掘进工作面与采空区、煤层瓦斯分布富含区掘透造成瓦斯大量涌出而引起的瓦斯爆炸事故占10%。因此,针对掘进工作面瓦斯爆炸原因,研究预防对策,对搞好矿井“一通三防”工作,实现煤矿安全生产具有重大意义。1问题的提出金牛股份有限公司是由冀中能源集团有限公司控股的一家以煤炭生产为主,集电力建材等为一体

2、的上市公司。公司现有9对生产矿井,其中,7对矿井为低瓦斯矿井,2对矿井为高瓦斯矿井。近年来,随着公司各矿井开采深度的增加,矿井瓦斯涌出量也呈现出不断增大趋势,矿井的“一通三防”管理工作难度日益增大,尤其是掘进工作面的瓦斯管理,已成为全公司各矿井“一通三防”管理中的重中之重。据统计,2005年,全公司煤巷掘进工作面共布置116个,由于供电等原因引起的无计划停电停风日平均达10余次,影响正常掘进时间45h 。对于煤巷掘进工作面,频繁的无计划停电停风,不仅增加了生产成本,还造成瓦斯积聚。为确保掘进工作面的安全生产,保障通风系统稳定、可靠,在原有高瓦斯掘进工作面“双风机、双电源”基础上,设计了以双风机

3、、双电源、自动切换、“三专两闭锁”、通风机自动调速装置、安全监测监控等子系统组成的掘进工作面局部通风安全保障系统。2系统组成及功能掘进工作面局部通风安全保障系统由“三专”供电系统、双风机、通风机智能变频调速装置、安全监测监控系统、局部通风机隔爆型双路真空电磁启动器、风筒自动切换器、导风筒密封连接器及高强度风筒组成,如图1所示。掘进工作面局部通风安全保障系统设计及应用张振华(冀中能源邢矿集团公司,河北邢台054000摘要:设计了以双风机、双电源、自动切换、“三专两闭锁”、通风机智能调速装置、安全监测监控等子系统组成的掘进工作面局部通风安全保障系统,实现了对掘进工作面通风的智能控制,确保了局部通风

4、机稳定、可靠、连续地运转及瓦斯的自动安全排放,确保了煤矿掘进工作面的安全生产。关键词:掘进工作面;局部通风;安全保障系统中图分类号:TD72文献标识码:B 文章编号:1007-1083(200905-0025-03Design and application on the system of local ventilation safeguards ondriving work faceZHANG Zhen-hua河北煤炭2009年第5期2.2各子系统功能、特点2.2.1“三专”供电线路在采区变电所安设专用高压防爆开关,通过专用的变压器和专用的供电线路为掘进工作面的局部通风机供电,确保局部通风

5、机供电的稳定性。即为每个掘进工作面安设2台局部通风机,一台主用,一台备用。正常供风时,使主局部通风机运转供风;当主局部通风机因停电或故障停止运转时,备用的局部风机自动启动给工作面供风。双电源是为主局部通风机和备用局部通风机各接一路不间断的电源。为主局部通风机供电的为主用电源,为备用局部通风机供电的为备用电源。主用电源工作时,备用电源带电备用。局部通风机启动器选用QBZ-80/660SF局部通风机用隔爆型双路真空电磁启动器,它由2个独立的隔爆主腔组成。当主启动器运行中出现故障时,系统自动切换至备用启动器(也可手动启动,达到对掘进工作面进行不间断供风的控制功能;同时,该启动器代替了原来2台启动器和

6、中间切换装置及其连接电缆,节省一台启动器和多处电缆接头,减少了故障点。电源转换成功后,要求风筒在转换过程中做到自动切换。该系统所用风筒自动切换器为一由风袖改造制作的胶质切换器。在风袖三角接合部,安装一用风筒布缝制的长约1.5m,宽约0.751.2m,前面为长方形,后方为半圆形的分风舌。此分风舌厚度用89层风筒布缝在一起,半圆形的一边再缝制到风袖的三角处。当主风机开启时,分风舌在风力作用下关闭备用风机出风口,使风流无法从备用风机出风口外泄,而向掘进头供风;同理,当由备用风机供风时,分风舌在风力作用下关闭主风机出风口,使风流不从主风机出风口外泄,全部供向掘进头,从而确保工作面供风不间断。M ABZ

7、通风机智能变频调速装置由变频调速系统和瓦斯监控系统组成,它将变频调速和超导热管散热技术以及模糊控制理论应用于通风机自动调速装置中,通过智能调节风量,以实现安全、高效、自动地快速排放瓦斯的目的,彻底消除瓦斯爆炸事故;在正常通风时,还可调节局部通风机风量,改善工作面工作环境,并达到显著节能效果。3装置主要性能及特点自动调节局扇转速,调节输出风量避免瓦斯超限使局扇节能经济运行。当系统检测到接入调速装置上的3只瓦斯传感器T1、T2、T3处于正常瓦斯浓度时,自动进入自控通风状态。依据T1、T2所检测的迎头瓦斯浓度和掘进巷道回风流的瓦斯浓度,通风机自动调速装置自动控制局扇的转速(T1、T2浓度变小,则局扇

8、减速;T1、T2浓度变大,则局扇升速,自动调节风量避免瓦斯超限。在正常通风,确保涌出瓦斯浓度不超限的前提下,可根据掘进工作面所需风量,自动或手动调节风扇输出风量,改善工作面环境。同时避免了以往局扇额定运转造成的大量电能浪费,达到了显著节能的效果。当回风巷混合处瓦斯浓度T3超过安全规定值时,通风机自动调速装置进入自控排瓦斯状态。通风机自动调速装置进入自控排瓦斯状态后,依据T2、T3传感器检测的工作面回风流和总汇合风流的瓦斯浓度自动控制局扇转速。当T2、T3浓度减小时升速加大风量,当T2、T3浓度增大减小风量,依此原则调节输出风量,控制排至回风流的瓦斯浓度在安全设定值的范围内,实现瓦斯最大效率无超

9、限排放。改变局扇的全压启动方式为软启动,延长了局部通风机及风筒的使用寿命。根据瓦斯浓度自动调整风量,避免了“一风吹”现象。3.4瓦斯电闭锁、风电闭锁当瓦斯浓度超限时,通过控制动力电源开关,实现瓦斯电闭锁。当主风机停止运转时,通过控制动力电源开关,实现风电闭锁。262009年第5期河北煤炭3.5人为干预调节局扇转速、调节风量通风机自动调速装置运行时,同时可与矿井安全监控系统的井下分站接口实现与煤矿安全监控系统的联网,使通风机自动调速装置在矿井安全系统监控状态下进行工作。且将T1、T2、T3处的瓦斯浓度通过井下分站传到井上安全监控系统中心站。掘进工作面通风机自动调速装置安装布置如图2所示。4注意事

10、项(1主风机实行瓦斯电、风电“两闭锁”,备用风机实行瓦斯电闭锁,但不实行风电闭锁。(2当高压电源发生故障,或主、备用2趟低压电源同时发生故障,停电时,必须将主、备用风机开关位置置于零位,避免出现复电时在瓦斯排放人员不在场的情况下,风机自动启动排放停风区瓦斯现象。(3高瓦斯区域掘进工作面主、备用局部通风机均采用“三专”供电时,线路引自不同的采区变电所,备用风机电源必须热备用。(4主、备用局部通风机均设置开停传感器。5结论该系统自2006年开始在全公司煤巷、半煤岩巷掘进工作面逐步推广使用,后拓展至有瓦斯涌出的岩石巷道掘进工作面。2005年,全公司发生无计划停电停风事故达10余次/d;2006年,无

11、计划停电停风降至1次/ d,2007年,减少到0.4次/d,同比分别下降90%和96%。无计划停电停风次数、影响范围、停风时间及引起瓦斯超限次数大幅度减少,为搞好瓦斯管理,保证工作面安全、顺利掘进创造了有利条件。2007年公司在掘进队伍没有增加的情况下,巷道总进尺由2006年的73251m提升为2007年的78924m,提高了5673m;在瓦斯排放方面,应用通风机智能变频调速装置安全排放瓦斯26次,较采用接三通人工控制风量法排放瓦斯缩短排放时间近200h,取得了明显的经济效益和社会效益。为进一步提高煤矿瓦斯治理水平,有效防范和遏制重特大瓦斯事故发生,自2006年以来,国家已下发了多个文件,就强

12、化掘进工作面通风管理提出了要求,规定了高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井掘进工作面必须实行“三专两闭锁”,采用“双风机、双电源”,并实现运行风机和备用风机自动切换;低瓦斯矿井的煤与半煤岩掘进工作面要积极推广使用“双风机、双电源”(安委办200817号。以上措施的采取,对于保障掘进工作面供风稳定、可靠可以说起到了一定作用,但在改变局扇的全压启动方式、避免“一风吹”、自动风量调节、瓦斯自动排放等方面还有一定程度的欠缺,需进一步提高,向实现掘进工作面局部通风系统本质安全化转变。河北金牛能源股份有限公司开发使用的掘进工作面局部通风安全保障系统,实现了对掘进工作面通风的智能控制,确保了局部通风机稳定、可靠、连续地运转,有效消除了掘进工作