风量风压可控式局部通风机的设计构思

汪波

摘要:煤炭采掘生产常因工作面温度过高而影响作业质量,高温增加了设备运行的不稳定因素,也不利于操作人员的身心健康。为应对气温过热对矿井造成的不利影响,对于热害严重的矿井必须采取制冷降温措施,而研究显示,风机供风量的变化对井下制冷设备的制冷能力有很大的影响。本文分析了送风量与井下制冷设备制冷量的关系,并以此为依据,提出了通过风量、风压可变化的智能型局部通风机系统控制井下制冷设备的设计构思。

关键词:局部通风机风量井下制冷设备

中图分类号:TD52 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)06(c)-0010-01

1 矿井制冷降温措施概述

煤炭采掘生产常因工作面温度过高而影响作业质量,高温增加了设备运行的不稳定因素,也不利于操作人员的身心健康。为改善井下作业的延伸热害问题,为采掘生产提供良好的作业环境,我国《煤炭安全规程》中明确规定了采掘工作面中空气温度不得超过26℃,而机电设备酮室的气温不得超过30℃;若气温超出规定则需采取降温措施降低热害威胁;一旦工作面气温高于30℃,必须停止工作。为应对气温过热对矿井造成的不利影响,目前井下采取的降温措施一般分为制冷降温及非制冷降温等两大类,对于热害严重的矿井(深大、出露热水、岩温过热等)则必须采取制冷降温措施。

作为矿井生产的重要设施,局部通风机的可靠性直接关系到井下瓦斯的排放效果和作业的质量与安全,而研究显示,风机供风量的变化对井下制冷设备的制冷能力也有很大的影响。目前大量智能型局部通风系统已取代了传统的恒速风机,以获得高效率、低能耗的可控转速及风量,并通过风量和风压的变化实现对井下制冷设备的控制。

2 风机送风量与制冷量之间的关系

井下制冷降温设备的工作原理在于将被压缩为高温高压液体的制冷剂,经冷凝和节流降压后注入蒸发器,在蒸发吸热后使流经蒸发器的水冷却,并以低温冷水的形式,输出到空气冷却器,在空气冷却器中,冷凝水与通过采煤工作面的风流进行热交换,而使采煤工作面风流冷却降温。虽然制冷系统存在各种不同的设备和形式,但都是通过冷却器,将采掘工作面中的空气气流作为载体进行热交换的,工作面内风量、风速的大小,决定着余热是否能够高效、稳定地排出矿井。因此,必须在设计时明确制冷量与风速的定性、定量关系,最终通过实际情况,实现其的最优配合方式。

工作面制冷设备的制冷量与通过设备的质量风量及流经其入口和出口的焓值有关,其中通过设备的风量与工作面风量成正比例关系,而流经设备入口和出口的焓值则可通过入、出口的空气温度及混合温度设置工作面风流焓值方程。最后得出工作面需冷量QW:

QW=GK(h0-ha)-hkΔd

其中GK为通过制冷设备的风量,h0和ha分别为设备入口、出口的风流的焓值,hk为凝结水的焓值,而Δd则为凝结水量。

也可通过该式得出温度t与风量间的变化规律,即在确保制冷后工作面温度的基础上,风量越大,进入制冷设备入口的气温越高,但在风量值达到一定的程度后,该气温值变化不再明显。这说明风量在降低工作面气温方面的效果,在其增大到一定值之前比较明显,此后变化不再显著,再提高风量只能造成能源的浪费。因此,应根据不同工作面的具体情况,通过上述算法或直接应用计算机程序予以计算,得出最适供风量以获得最佳的制冷效果。

3 局部通风机设计中应注意的几点问题

应使局部通风机的设计达到功效高、结构紧凑、风压可调、运行稳定、适用范围广等要求,并设置智能控制开关,避免误操作给供风系统及整个井下作业带来的威胁。开关内部应通过元件安装和走线实现PLC模块控制、信号采集以及主回路电路强、弱电的最优布置,以实现下列功能:降低强、弱电电路之间的干扰,使系统运行更加稳定、可靠;充分利用开关内部的空间节省原材料;开关外部设置机械电气联锁机构避免使用中的操作失误。变频器应采用隔爆式壳体,壳体外径须与局扇电机外径一致,在不影响风机使用性能的前提下,满足变频器散热的需求;变频器总成设计成局扇主机组型式,外筒按局扇系列化尺寸设计,并可独立装拆,从而实现与局扇的组合;为降低电磁干扰,使实测参数符合国家标准,变频器控制操纵盒应与变频器设计成一体,并设置与智能控制开关联结的端口,以满足用户的个性化需求。

通风系统应可根据工作面的瓦斯浓度与实际空气温度实现局扇转速的自动调节,在保证井下瓦斯、气温安全的基础上,实现节能、稳定的运行。在必要的情况下,可通过局部通风系统的变频器操作盒控制按钮或智能控制开关操作按钮,通过人为干预进行局扇的运行转速设定,转速一经设定就应不受瓦斯传感器的影响,局部通风机运中设定的转速始终应保持不变。启动时,可便捷地通过智能局部通风系统的变频器操作盒控制按钮的“启动、启动、增大、减小和停止”五个按钮进行正、反转的切换,而无需改变局扇接线即可改变其转向。在通风机自动调速装置断电后仍可记忆运行状态,下次重新复电,仍保存为原来值,无须重新设定。同时,可以连续记录变频器一个月的运行参数方便操作人员和检修人员的查询。风机还应实现软启动功能,以避免全压启动情况下初始高强度电流对设备的冲击,并有意识地降低其运行时的噪音。此外,智能局部通风系统运行时应与煤矿安全监控系统联网,使智能局部通风系统在矿井安全系统监控状态下进行工作,以完善其自我诊断、自我保护的功能。

在局部通风机的选型上,应注意:井下风流速度应控制在0.5m/s～4.0m/s,以符合《煤矿安全规程》中的相关规定,局部通风机应按掘进巷道长度最困难时期来选型;局部通风机进风口处巷道风流量应大于局部通风机最大进风量;智能局部通风系统选型时风机型号应比普通局部通风机型号(电机功率)大一个数量级。

4 结语

综上所述,局部通风机的控制不但与井下瓦斯的排除有关,也关系到对矿井热害的防治。作业中应全面参考工作面的地质条件,对其瓦斯、岩温等情况进行详细的勘察和科学的计算,从而得出通风系统的最适供风量,并通过对通风系统设备的智能改进提高其运行效率及可靠性。

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