高压变频器在煤矿瓦斯抽放泵中的应用

韩三彩

（阳煤集团一矿，山西 阳泉 045008）

引言

随着社会经济的飞速发展，工业生产对煤矿资源的需求量逐渐增大。在煤矿开采的过程中，人们难以忽视的一个问题就是瓦斯泄露导致的安全事故。可以说，伴随着煤矿产量的逐渐增多、开采水平的持续蔓延，矿井煤矿层及岩石层的瓦斯涌出量、矿井采空区域的瓦斯涌出量也逐渐增多，给煤矿安全生产带来了极大的威胁与制约。通常来说，一旦矿井的采空区域大量涌出瓦斯，单纯的依靠通风很难将其稀释并排出。此时，就需要在采空区域的周围插上密集的钢管，或者是从巷道往采空区域的方向打孔，对涌出的瓦斯实施抽放，达到确保瓦斯含量、避免安全事故的目的。但是，如果一味地强调对瓦斯进行抽放，很有可能会造成抽放量过大的现象，使得工作面新鲜的风六道踩空层造成自然发火事故。因此，如何将高压变频器引入到煤矿瓦斯抽放泵中对瓦斯进行有效控制就成了煤矿行业需要着重考虑的问题。

1 高压变频器的应用

1.1 高压变频器

高压变频器是变频器的一种，变频器通常是指借助电力半导体的通断作用，把共频电源变换成另一种频率的控制装置，主要对电能进行控制。而高压变频器则是对高压电能实施控制的一种变频器，主要是通过器件串联或者是单元串联达到高压控制的效果。该装置往往被运用与大型煤矿生产、石油化工、能源电力行业的水泵、压缩机等部位。在硬件结构方面，高压变频器有低压串联型、高压器件型，两者之间价格差别比较大。我国当前主要使用的大多为低压串联型，该类型的优点体现在输出波形的谐波含量很低，能够在电磁兼容方面有很好的表现，不会在使用过程中对其他电子、电气设备造成影响。

1.2 瓦斯抽放泵

瓦斯抽放泵是确保煤矿顺利开采的重要零部件，其主要目的就是为了将煤矿开采过程中井下瓦斯抽掉，顺利排出井外，不造成安全事故，是治理煤矿瓦斯的有效措施。在使用瓦斯抽放泵的过程中需要注意对其进行定期的保养及检修。例如，对于瓦斯抽放泵内部，应当要保持15d清洗一次的频率，并且应当在每运转80d的时候对轴承体内的黄油进行更换。

2 煤矿实例简介

本文选择阳煤一矿维运区阳坡堰为实例，针对矿井瓦斯涌出量和回采后的瓦斯涌出量逐渐增大这一现状，提出将高压变频器利用于煤矿瓦斯抽放泵中这一建议，并对这一建议的可行性进行分析，希望有助于阳煤一矿维运区阳坡堰安全生产。

3 瓦斯抽放系统及设备主要参数

3.1 瓦斯抽放系统

煤矿瓦斯抽放系统设计需要集合煤矿所处的交通位置、井田地形与气候、井田地质构造情况、煤层赋存、矿井开拓方式、矿井通风方式以及邻近矿井瓦斯涌出等情况来进行设计。在设计瓦斯抽放系统的过程中，必须要对瓦斯抽放的必要性及可行性进行分析，对矿井瓦斯涌出量、涌出构成及来源进行精确的计算和和确定，方能设计出符合实际卓有成效的瓦斯抽放系统。

在本矿井中，在采空区域的底板瓦斯通道巷内安装入一节直径为1 000mm 的瓦斯抽放管道，并将该管道引出到地面采用区抽放泵房，选取的抽放泵为水环式真空泵，一般需准备2台抽放泵，1台正常使用1台备用，具体如图1所示。

图1 瓦斯抽放系统

瓦斯抽放泵应用的高压变频器为HARSVERT－A 系列，通过高压变频器对水环式瓦斯抽放真空泵进行控制，一方面让瓦斯抽放达到最佳效果，另一方面确保瓦斯抽放、节约能耗的需求［1］。

3.2 设备主要参数

选取的瓦斯抽放泵为水环式真空泵，型号为SKA－720，能够达到的最大抽速是635m3／min，额定的转速是340r／min，极限真空度是160 MPa。为其配用的电动机型号是YB63052－4，额定的功率是900kW，额定的电压是6kV，额定的电流则是104.2A，功率因数是0.87［2］。

4 变频器调速方式比较及选择

1）变频器调速方式比较，如表1所示。

2）变频器调速方式选择。通过上述表格可以看出，与其他变频器相比，高压变频器有着比较明显的节能效果，并且调速范围更宽，简单保养维护即可。因此，无论是在国内还是在国外，高压异步电机调速都是使用较多的方案。

表1 变频器调速方式比较

5 高压变频器的应用效果

将高压变频器使用于阳煤一矿维运区阳坡堰瓦斯抽放泵中，效果明显，主要体现在以下几个方面：

1）应用高压变频器能够较好地满足工况运行的需要。煤矿采空区瓦斯抽放泵是抽放系统的组成部分，该系统的存在主要是出于满足采煤工作面在回采的过程中不出现瓦斯超标的现象，达到安全生产的目的。通过对阳煤一矿维运区阳坡堰采空区的实际情况进行考察，再将高压变频器应用于煤矿瓦斯抽放泵之后，瓦斯抽放系统能够很好地满足煤矿生产运行的需求。煤矿瓦斯抽放泵的运用通常保持在35Hz～45Hz之间，通过对瓦斯抽放参数进行定期测量，来确定瓦斯抽放泵的运行频率，确保满足采空区瓦斯抽放的需求，以此达到既确保回采工作区域瓦斯不超标，又不会发生工作区域新鲜风流入到采空区造成发火事故［3］。

2）应用高压变频器能够较好地实现节约能耗的效果。通过上文论述已经得知，瓦斯抽放泵的运行频率一般保持在35Hz～45Hz之间，以该设备平均运行350d为例，选取瓦斯抽放泵运行频率为45Hz进行计算，瓦斯抽放泵一年的耗电量可以计算出来。通过计算可得，运用高压变频器之后瓦斯抽放泵一年大约能够节约的电费可达70多万元（每度电按照0.5元来计算）。

［1］丁斗章.变频调速技术与系统应用［M］.北京：机械工业出版社，2005.

［2］张燕宾.SPWM 变频调速应用技术［M］.北京：机械工业出版设，2002.

［3］王杰，许长志.大容量高压变频器在大型矿井主扇风机中的应用［J］.煤炭技术，2009（12）：90.