巷道排瓦斯自动调速装置的设计与应用

姚斌重

（霍州煤电集团有限责任公司通风部，山西 霍州 031400）

1 工程概况

煤矿井下局部通风机的恒速运转带来的“一风吹”现象是导致瓦斯爆炸事故的主要因素，因此霍州煤电集团通风部根据李雅庄煤矿井下局部通风机的现状，与煤科院重庆研究院联合开发了基于变频调速技术的“巷道排瓦斯自动调速装置”，来解决李雅庄矿井下通风安全问题。

该装置可以对该地点的瓦斯浓度进行实时的监测，同时基于变频调速器和自动控制系统实现自动调节通风机输入电源的频率，自动控制局部通风机转速及瓦斯排放量，从而达到按需求进行通风的目的，实现了煤矿井下瓦斯的智能安全排放，消除了因“一风吹”造成的安全隐患。在正常通风情况下，根据所需风量可自动或手动调节，无需风机长期满负荷运行，达到节能的理想效果。在局部通风机供电线停电时，本装置可自动切换到正常线路上保障运行，同样在主用通风机与备用通风机之间也可以实现故障时自动切换。本装置具备瓦斯电闭锁、风电闭锁功能，可以简化煤矿相关其他配置所需（如馈电开关、软启动器等），达到集成化，EMC设计能与监控系统等完全兼容，具有良好的匹配性。

2 主要技术原理及特点

2.1 系统工作原理

巷道排瓦斯自动调速装置是根据掘进巷道瓦斯浓度的大小采用模糊控制技术自动调节局部通风机风量的一种专用变频器。调速装置依据3只瓦斯传感器（分别放置于工作面、回风处和全风压混合口）所检测的瓦斯浓度，通过自控排瓦斯和自控通风两种工作模式来调节局部通风机的转速。

该装置井下布置示意图见图1所示。装置的调速系统启动后，系统自动进到自控排放状态，利用传感器T3对全风压混合口瓦斯浓度进行检测，通过检测数据来自动调节局部通风机F的转速，从而实现瓦斯排放的高效性和安全性。当传感器T3检测到的瓦斯浓度低于安全值时，装置会自动进入到自控通风模式。通过T1、T2处的瓦斯浓度，共同完成局部通风机F转速的自动调节，保障井下供风的要求。在自控通风模式下，如果T3浓度超过设定值，又自动进入自控排瓦斯模式，将全内压混合口处瓦斯浓度控制在《煤矿安全规程》规定的安全值以下，避免瓦斯超限，减少瓦斯事故，彻底杜绝了“一风吹”。

图1 巷道排瓦斯自动调速装置井下布置示意图

2.2 主要技术参数

该装置的主要技术参数见表1。

表1 主要技术参数

2.3 关键技术及特点

巷道排瓦斯自动调速装置的设计采用了模糊控制理论、SVPWM变频调速技术、高效热管自冷散热技术等关键技术。针对煤矿井下通风因“一风吹”而形成的瓦斯浓度超限问题设计的自动排放装置，取代了以往需要人工辅助控制的模式，实现了煤矿瓦斯排放自动化，避免瓦斯浓度超限，降低瓦斯爆炸事故率，彻底解决了因通风机恒速运转而造成的“一风吹”排放瓦斯问题。

该装置具有双电源双变频自动切换、局部通风机软启动、手动控制频率、节能环保、安全可靠、功能齐全、人机界面友好、保护完善等特点，避免“一风吹”，安全高效排放瓦斯，自动化程度高，技术领先。

2.4 该装置的技术适用性分析

该装置是一种双电源双变频煤矿排瓦斯专用设备，适用于各大中型煤矿井下控制分巷道掘进工作面的局部通风机（功率≤110kW），通过对各关键点瓦斯浓度的自动检测来对局部通风机进行智能风量调节。而且一台该设备可控制两台通风机，实现安全、高效、自动排放瓦斯的目的，不但减少了设备投入，还保障了煤矿安全生产，同时节省能源。

3 应用情况及其效果

2015 年“巷道排瓦斯自动调速装置”设计研制成功，在霍州煤电集团李雅庄煤矿进行了工业性试验和现场运行。经过对该装置的自控通风状态、自控排瓦斯状态、双机切换功能、整机长期运行等性能的工业性试验，表明该产品已经达到设计要求。该煤矿各井应用装置的数据情况如表2所示。

表2 巷道排瓦斯自动调速装置应用数量情况

该装置自控排瓦斯过程示意图如图2所示。

图2 自控排瓦斯过程示意图

从以上分析可知，巷道排瓦斯自动调速装置在霍州煤电集团李雅庄煤矿的实践应用效果良好。该装置能改善井下通风环境，实现了安全高效瓦斯自动排放。

巷道排瓦斯自动调速装置与传统工作方式性能对比如表3所示。

表3 性能对比表

此后该矿陆续采购了50余套该设备并进行了应用，解决了困扰煤矿的安全生产问题，同时为企业年节约电能1000余万千瓦时，使煤矿转变为高效节能型企业。