矿井主通风机不停风倒机系统功能与应用

黄 静

（兖州煤业股份有限公司济宁二号煤矿，山东 济宁272072）

0 引 言

矿井通风系统是矿井安全生产中的一个非常重要的部分，其主要作用是向井下输送新鲜空气、降尘、降温、除湿等，同时及时排除井下涌出的瓦斯气体，保障安全生产。《煤矿安全规程》第一百五十八条规定：必须安装2套同等能力的主要通风机装置，其中1套作备用，备用通风机必须能在10min内开动。

本文以济宁二号煤矿的主通风机为研究对象，使用具备高可靠性、多功能的矿井主通风机不停风倒机系统，该系统选用西门子PLC控制系统对主通风机房的主通风机及其相应的电机、风门等装置实施自动控制及运行参数自动检测、动态显示，可实现在5min内主备用风机间自动切换，能将数据传送至区队值班室、矿调度信息及煤业公司安全生产监控平台，进行实时监测、控制、报警及显示。矿井主通风机不停风倒机系统实现了对主通风机的实时在线监控、不停风“一键式”自动倒机等功能。

1 系统主要功能

矿井主通风机不停风倒机系统主要具备通风参数在线监测、不停风倒机自动控制和故障提示三大功能。

1.1 主通风机实时在线监控功能

主通风机监控系统画面主要包括：监控主画面、日报表、历史曲线、报警查询、润滑油站等。

1）主通风机实时在线监控主画面：实时显示风机的运行状态、风门的状态及开度、润滑站的开停、风机轴承、电机轴承和定子的温度、风机的振动、电机的电压、电流、功率及功率因数等。

2）日报表：每小时整点记录风机运行的一些参数，可以通过“手动保存数据”按钮实时记录。“查询历史报表”按钮可以查询过去的数据记录，如果没有该日报表数据，会提示重新选择查询日期。

3）历史曲线包括风量负压、振动、温度历史曲线，历史曲线记录了风机历史运行参数，通过查询过去参数分析风机的运行状态，预测风机可能会出现的故障。

4）报警查询：记录了模拟量和开关量的报警信息，通过画面上的按钮可以查询过去的报警记录。有以下几种查询方法：温度报警查询，振动报警查询，还可以查询全部报警。

5）润滑油站：界面展示的是油站的状态，它包括：油站当前运行油站泵的运行情况，加热器，冷却风机的运行情况，油温，油压和液位是否有超限报警等。用户登录后还可以在界面上远超控制泵的启停。

1.2 主通风机不停风一键倒机功能

主通风机不停风自动倒机指在集控室内由主通风机司机在PLC控制柜或上位机“一键操作”启动的倒机模式，其余操作均由PLC自动完成。

1.2.1 在PLC控制柜上一键倒机：（以1号主通风机倒2号主通风机为例）

1）检查“倒机条件”，在各条件满足之后，方可进行一键倒机操作，如图1所示。

图1 倒机条件

图2 主通风机一键倒机动作确认流程

2）在2号主通风机PLC控制柜上将“操作状态”转换开关转至“自动”位置，在2#主通风机PLC控制柜上将“一键倒机”转换开关转至“1倒2”位置。

3）主通风机开始自动倒机，按一键倒机动作确认流程检查确认，如图2所示。

4）倒机成功后，将2号主通风机PLC控制柜上“操作状态”转换开关转至“运行”位置，“一键倒机”转换开关转至“零位”位置。

1.2.2 在上位机上一键倒机：（以1号主通风机倒2号主通风机为例）

1）在系统主画面上登录用户管理员，主画面上“1?2”按键将会激活。

2）单击主画面上“1→2”按键，系统会弹出确认对话框，如图3所示。

图3 倒机确认对话框

3）单击“倒机条件”，会弹出倒机条件画面，检查无误后，在2号主通风机PLC控制柜上将“操作状态”转换开关转至“自动”位置，再单击确认，倒机开始。

4）主通风机开始自动倒机，按主通风机一键倒机确认流程检查确认，如图4所示。

图4 倒机确认流程

5）倒机完毕，系统自动弹出倒机完成对话框。

6）将2号主通风机PLC控制柜上“操作状态”转换开关转至“运行”位置。点击“OK”确认，返回主画面。

1.3 故障提示功能

系统投入使用前，用户根据现场实际情况进行报警设置，主要包括：轴承和定子温度设置高温报警限、线电压设低电压报警限、电流设过流报警限、风量设低限、负压设高限报警等。

系统根据设置的报警限及PLC控制系统的报警程序，对主通风机运行过程中出现的故障及时弹出报警提示，同时鸣笛警示主通风机司机，便于第一时间对故障进行处理或倒机操作，确保矿井主通风系统安全运行。

2 应用效果

2.1 缩短倒机时间

1）将插板风门更换为更安全可靠的立式旋叶式风门、水平对空旋叶式风门，立式旋叶式风门动作时间约40s，水平对空旋叶式风门动作时间约30s，仅此一项就可将倒机时间缩短约1.2min。

2）一键倒机系统应用后，全部操作自动运行并检查确认，主要通风机司机不用去现场检查确认，即避免了人员误操作，又减少人员在现场与主控室来往时间。

3）通过调试试运行统计倒机时间：约3min左右。

2.2 简化主要通风机倒机程序

1）电控系统改造：除保留风机稀油站PLC控制程序外，主控柜与电机稀油站、励磁柜、风机控制高压开关柜间线缆全部重新接线，重新定义各模块，对主要通风机电控系统进行升级改造，改造后所有的设备运行情况、检查确认流程全部由PLC自动检查确认完成。

2）完善主要通风机一键倒机程序：（以1#主要通风机倒2#主要通风机为例）

全面检查检修2#主要通风机各设备情况，具备开机条件——汇报矿调度信息中心——将2#主要通风机PLC控制柜上“操作状态”转换开关转至“自动”位置——在2#主要通风机PLC控制柜上将“一键倒机”转换开关转至“1倒2”位置——开始倒机，约3min后倒机完成——将2#主要通风机PLC控制柜上“操作状态”转换开关转至“运行”位置。

3）系统联网：硬件接口为以太网接口，通过网线接入以太网交换机，实时将主要通风机运行数据上传至济宁二号煤矿运转工区值班室、矿调度信息中心监控平台及煤业公司监控平台，满足兖州煤业股份有限公司矿井主要通风机“三化”融合技术标准要求。

2.3 实现不停风机倒机

主要通风机一键倒机系统，在倒机程序设计时，满足在运行风机不停的情况下，首先开启备用风机，待备用风机运转正常后，再进行风路的切换，整个倒机过程不停风，解决了传统倒机方式下倒机过程中通风系统短时无风的问题。经统计，煤矿主要通风机的故障多发生在风机切换过程中的电机启动时刻，该系统的倒机方式有效地避免了这一问题。

3 经济效益

1）风机监控系统实时监视设备运行状态，每小时自动保存一次运行数据，主通风机房每班可减少一名主通风机司机，按照每月内部市场工资3000元/人计算，年度创效：

2）原倒机过程中风门操作需一名检修人员进行，一键倒机系统投入使用后，可减少一名检修人员，按照每月内部市场工资5000元/人计算，年度创效：

3）主通风机一键倒机系统安全可靠，避免因主通风机倒机出现停机故障或人为误操作造成设备损坏，导致矿井停风停产撤人，影响矿井安全生产，按一小时1000t煤计，每吨煤按300元计算，每影响矿井生产一小时，每小时直接经济损失为：1000×300=30（万元），该系统有效地避免了类似事故的发生，安全效益为30万元/h。

4 结束语

1）一键倒机程序使倒机操作便捷化、自动化，倒机时间由原来的6min左右缩短至3min左右，主通风机司机工作效率提高一倍。并且减少了人员检查确认流程，降低人为误操作导致的故障发生率。

2）在运行风机不停的情况下，首先开启备用风机，待备用风机运转正常后，再进行风路的切换，整个倒机过程不停风，解决了传统倒机方式下倒机过程中通风系统短时无风的问题，有效地保障了井下矿工生命安全。