煤矿通风机通风失稳控制及系统改造

李沂玮

（潞安集团寺家庄有限责任公司，山西 昔阳 045399）

引言

据统计表明，煤矿瓦斯事故在所有事故中的占比较大，其均是由于瓦斯积聚而且工作面通风能力无法满足实际生产需求所导致。可见，工作面通风系统的可靠性和稳定性对于保证生产的安全性具有重要意义。煤矿通风机的可靠性可归纳为保证通风量与各个生产能力相匹配；工作面通风设施布置合理，抗灾能力强；通风机运行故障少、工况合理、运行效率高[1]。本文将着重对通风机在实际工况中的失稳现象进行研究，并以实例研究针对性的提出改造方案。具体阐述如下：

1 工程概况

本文所研究某煤矿在当前生产状态下对应的总进风量为10 732 m3/min。经专业团队测量可知，该煤矿瓦斯的绝对涌出量为17.75 m3/min，相对涌出量为11.73 m3/t。为保证生产的安全性，在采取最基本的通风措施外，从开采初期通过瓦斯抽放系统对煤层的瓦斯进行抽放，经统计每年约抽放瓦斯的量为200万m3。

根据《煤炭安全规程》的相关规定，需对工作面正在运行的通风机每月检修一次，而且在检修期间将主通风机切换至备用通风机。该煤矿采用人工手动方式实现主通风机与备用通风机的切换，即需对主通风机停机后才能倒至备用通风机工作。通过分析在停机倒机过程中工作面瓦斯量进行监测，在停机倒机过程中瓦斯量超限。经分析，导致瓦斯超限的主要原因为在停机倒机过程中工作面通风出现失稳，导致瓦斯积聚。同时，工作面通风失稳时间与停机到倒机的时间成正比[2]。除此之外，在倒机过程中存在备用通风机无法正常启动的可能性，从而导致工作面通风系统停机时间过程，带来极大的安全隐患。因此，针对通风失稳现象所带来的安全隐患，需从以下几个方面解决问题：

1）解决在停机倒机过程中通风失稳的问题，避免通风系统倒机过程中的瓦斯积聚现象；

2）提高备用通风机启动的成功率，并重点消除可能导致备用通风机无法正常启动可能性；

3）进一步强化对工作面的监控精度和及时性。

2 通风失稳控制方案的确定

对于瓦斯矿井而言，即便时在停机倒机过程中工作面通风系统无法正产进行通风3~5 min也会导致工作面瓦斯积聚甚至超标的问题。因此，通过实现通风系统在停机倒机过程中仍可保证风量的持续供应是解决工作面通风失稳的突破口。在充分论证分析的基础上，提出如下三种方案对工作面通风的失稳进行控制，具体如下：在停机倒机过程中对风叶角度进行在线调节，在停机倒机过程中对电机进行变速调节，在停机倒机过程中对风门开度进行调节。三种方案的对比分析如下：

风叶角度在线调节方案：基于该方案对工作面通风失稳进行控制，首先要求主通风机具备叶片的在线调控功能。目前，该煤矿所采用的主通风机不具备上述功能，若采用该方案还需更换主通风机；而且，基于该方案虽然能够实现通风机的轻载启动，但是无法从根本上解决在停机倒机过程中通风动力不连续的问题[3]。

电机变速调节方案：该方案的核心在于将主通风机电机的转速逐渐减小，与此同时启动备用通风机。该方案能够保证工作面在停机倒机过程中通风动力的连续。但是，不足之处在于电机变速调节装置昂贵，且存在通风风路短路的问题。

风门开度调节方案：其核心思路为对通风机的风道进行改造，并增加对空短路风门。具体操作为：在主通风机停止前就启动备用风机，并通过对主通风机和备用通风机的四个风门开度进行调节以确保工作面通风稳定。总的来讲，采用此方案对工作面通风失稳控制的成本较低且具有一定的可行性；但是，采用该方案存在通风机设备进入喘振区和风路短路的可能；而且，在一定风压下对风门开度进行调节存在一定的难度。

综合对比上述三种对通风失稳的控制方案，结合方案的有效性、可行性以及成本等因素，最终选择采用对风门开度调节实现对工作面通风失稳问题的控制。

3 通风系统的改造

对工作面通风失稳控制方案进行综合比对，本节将具体分析采用风门开度调节方案实现对通风失稳进行控制的措施。

在煤矿通风机两侧的风道上均加设立式挂网风门和对空水平短路风门。同时，鉴于煤矿环境相对恶劣，为了避免风门由于锈蚀无法进行调节的问题，还急需保留原通风机的立式闸板风门。该项措施的核心除了可实现备用通风机的预热外，还可解决通风系统风路短路的问题。主通风机风门改造前后对比如图1所示：

图1 主通风机风门改造前后对比

基于上述改造后，在停机倒机过程中当主通风机挂网运行时，对应的挂网立式风门处于打开状态，而对空水平短路风门处于关闭状态，具体如图2所示：

图2 主通风机挂网运行时各风门的工作状态

当备用通风机有冷备用切换为热备用的工作状态时，对应的对空水平短路风门处于打开状态，而挂网立式风门处于关闭状态，确保备用通风机可正常启动，具体如图3所示：

图3 通风机热备用运行时各风门的工作状态

与此同时，为了解决通风机停机倒机切换过程中风门开度带压进行调节存在极大的阻力，导致无法快速且方便的实现对风门开度调节的问题，对待调节风门采用百叶窗式的结构的改造。而且，基于百叶窗式结构的风门在调节过程中还可解决通风机偏流导致其振动剧烈的问题[4]。

除此之外，为提升通风失稳控制效果，为其配置监控系统。采用上述改造方案对实际改造效果进行对比，着重对停机倒机过程中工作面的风速和瓦斯浓度进行对比，对比结果如图4所示：

图4 改造效果对比

如图4所示，采用对风门开度调节的思路对通风失稳进行控制，经实践表明：采用该方案在停机倒机过程中工作面的风速波动减小，且不超过10%；同时，在停机倒机过程中工作面瓦斯浓度最高限制始终报警线。总的来讲，基于风门开度调节的思路可对通风失稳问题得到有效控制。

4 结语

通风机作为工作面的核心设备，根据《煤炭安全规程》的要求需每月对通风机进行检修，为解决在检修时停机倒机过程中工作面通风失稳的问题，本文提出采用对通风机风门开度调节的思路在现有基础上增加立式挂网风门和对空水平短路风门，从而在停机倒机过程中通过对两类通风机四个风门的协调控制解决通风失稳的问题[5]。经实践表明，采用上述思路可有效解决通风失稳的问题，具体表现为：在停机倒机过程中工作面风速波动不超过10%，而且工作面瓦斯浓度始终低于1%。