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煤炭工程2 0 1 0 年第8 期 矿井主通风机技术改造 曹莉1 ，孟庆妮2 1 ．平顶山天安煤业股份有限公司六矿，河南平顶山4 6 7 0 9 1 ； 2 ．平禹煤电有限责任公司，河南平顶山4 6 1 6 7 0 摘要平煤天安六矿北山工区原运行的G A F 一2 2 ．4 1 3 ．3 一l 型主通风机性能不佳，不能 适应高风阻的要求；主通风机内径向间隙过大，致使高压侧返回到低压侧风量加大，增加风机内 的涡流损失；主通风机使用期限已经达2 0 a ，存在主通风机扇叶老化、变形、锈蚀等问题，已经 达到其工作能力的极限，目前已无法满足生产供风的需求，安全生产和增产计划受到了严重制约， 文章介绍了对主通风机进行改造的内容，并分析了改造后的社会经济效益。 关键词矿井主通风机；技术改造；通风能力；安全性能 中图分类号T D 6 3 5文献标识码B文章编号1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 1 0 0 8 旬1 0 0 旬3 随着煤矿生产的不断发展，巷道不断的延伸与扩大， 平煤天安六矿北山工区原运行的G A F 一2 2 ．4 1 3 ．3 1 型风 机主通风机性能不佳，不能适应高风阻的要求；主通风机 内径向间隙过大，致使高压侧返回到低压侧风量加大，增 加风机内的涡流损失；主通风机使用期限已经达2 0 年，存 在主通风机扇叶老化、变形、锈蚀等问题，已经达到其工 作能力的极限，目前已无法满足生产供风的需求，使井下 工作人员的工作环境恶化，安全生产和增产计划受到了严 重制约，急需对原风机进行更新改造，决定安装新的通风 机，并对原来的电控系统进行改造。 新安装的型号为A N N 一3 6 0 0 ／2 0 0 0 N 、转速为7 4 5 f f l l l i n 、 额定功率为2 8 0 0 k W 风机最高运行效率达8 8 ％，为煤矿用 主通风机的较高水平。在电控系统上，由监控管理级的上 位机和P L C 组成的一个二级分布式计算机控制系统，由二 套冗余互备的上位机控制的两台风机的P L C 现场控制系统。 每套现场控制装置采用R S 一4 8 5 通讯协议实现与远程模块 的现场控制总线联网。在风机房控制室设二台监控管理上 位机，采用工业以太网通讯方式采集各控制装置的信号， 并进行集中控制和管理；同时预留了通过工业以太网与矿 井调度室或机电设备管理服务器进行通讯，实现两者数据 交换和共享，并同时可以接受矿井调度室或机电设备管理 服务器的控制、调度指令。 在调试安装中，又根据现场条件需要，在新风机原有 的控制方式基础上，增加了一套就地集中控制装置；另外， 在监控系统中，还增加了风机瞬时失电自动恢复功能等。 这样进一步保证了对井下供风的可靠性与安全性，也为长 期发展和提高产量提供了必要的前提条件。 1 新风机与传统风机相比具有的优点 1 控制方式。与传统的G A F 型风机和对旋风机相比 较，后两种风机只能进行就地操作，不能实现自动控制； 而新风机可以实现“一键启车”、“一键倒机”和“自动倒 机”的功能，这样可以大大减少操作人员的劳动量，还可 以减少人为的不稳定因素造成的误启动。 2 启动方式。原G A F 型风机和对旋风机都是重负荷 启动，这样造成电机启动冲击电流很大，给电网造成很大 波动，而且多配有串电抗器启动的启动方式，对电机本身 绝缘不好，会使电机受到冲击，降低电机寿命；而新风机 是“零角度”启动，而且配有软启动装置，这样可以大大 减小启动电流，减少对电网的冲击，而且对电机和风机没 有冲击，有利于延长设备寿命。 3 监控装置。新风机配有专门的在线监控装置，在上 位机可以直接监控风机各部分运行的详细情况，还具有对 风机各部分运行情况、电机的运行情况等参数进行历史查 询的功能。监控系统还可以绘制静压一流量曲线及运行工 况点、功率一流量曲线及效率一流量曲线及运行工况点。 4 故障判断和恢复。新风机对于不同的故障都有不同 形式的报警，而对这些故障报警，监控系统有不同形式的 响应。另外，监控系统还可以对风机的一些故障作出判断 后，可以自动消除故障。 2 新风机监控系统各部分的改造 2 ．1 就地集中控制箱的更改 新风机的原控制方式有三种，分别是上位机控制操 收稿日期2 0 0 9 1 0 - 3 1 作者简介曹莉 1 9 6 9 一 ，女，工程师，1 9 9 1 年毕业于华东工学院机电一体化专业，现在河南省平顶山天安煤业股 份有限公司六矿机械化科机电技术管理工作。 1 0 0 万方数据 2 0 1 0 年第8 期煤炭工程 作、各就地箱控制操作和遥控操作。在这 三种控制方式中。 现场使用的是前两种，遥控操作只是预留接口，尚未使用。 但是，前两种控制方式又存在一个实际问题，就是微机操 作室与风机现场就地箱操作距离太远。当上位机控制操作 系统出现通讯故障或受到配电室内高压部分的电磁干扰等 出现通讯故障时，需要进行就地倒台操作，而各就地箱太 分散，来回距离太远，这样需要的时间太长。在保证熟练 操作的前提下，从事故的发生，到发现事故，再加上判断 事故原因，到最后处理事故需要的时间已经远远超过了 煤矿安全规程要求的1 0 m i n 。另外，从实际出发，现在 如果风机倒台时间超过8 m i n ，就很有可能造成井下采掘工 作面的瓦斯超限。所以，为了解决以上问题，从实际应用 出发，决定在原有控制方式的基础上新加装一套控制装置。 就新加装的控制方式，提出了三种方案 方案一新加装一套独立于现在风机的控制系统的各 原控制就地箱装置，等于风机又增加了一套相同的就地控 制箱，可以实现远近控的转换控制，只是把新增加的各个 就地控制箱集中在微机监控室内，实现集中操作。 方案二新加工一控制箱，新增加的控制装置只使风 机就地控制箱远近控转换开关在远控位置时有效，这样只 把各个控制点的操作按钮引到微机监控室内。另外，加工 控制箱，把各个操作按钮集中到这个控制箱中，以此来实 现集中控制。 方案三也加工一控制箱，与方案二不同的就是加装 一套不受就地控制箱远近控转换开关控制的控制装置，把 风机各部分控制箱操作按钮引到风机的微机操作室。另外， 加工控制箱，把各个操作按钮集中到这个控制箱中。 对于这三种方案，进行了讨论研究。 首先，对于方案一，另外加装一套独立于现在风机的 控制系统的控制装置，需要的时间周期长，而且需要厂家 另外加工设计，重新敷设所用的电源电缆和控制电缆，显 然不能满足现场的需要。另外，再重新增加一套各个就地 控制箱，在监控室内占用空间太大，而且原就地控制箱上 部分按钮不需要再引接到微机监控室内。所以，这种方案 显然不适合现场需要。 第二种方案和第三种方案是可行的，只需要把需要的 操作按钮引接到微机监控室内，集中到一个新的控制箱即 可。两种方案的区别也就在新加装的这个控制箱的操作 按钮加装的位置，是在远控位置，还是不受远近控转换开 关的控制。 对于这个问题，考虑之所以加装这个装置，就是应急 操作。如果加装在远控转换开关之后，当就地控制箱中， 有一个转换开关打在就地操作位置，对于加装的这套装置 来说就不起作用，不能实现风机操作控制。这套操作装置 可以在紧急情况下，直接对风机进行控制。比较两者后， 显然选择第三种方案。 2 ．2风机的控制系统增加瞬时掉电自动恢复的功能 这套新的电控系统对电网的稳定性要求很高，不仅高 压部分影响风机的正常运行，低压部分也直接影响着风机 的正常运转。低压部分控制着风机的叶片调节机构、风机 和电机的润滑部分、风机的叶片液压调节部分、润滑站和 液压站的冷却部分及风门的执行机构等，这些部分的正常 运行都直接影响着风机的正常运行，所以它们的正常运行 都需要低压供电系统的可靠性。 这样当电网运行出现瞬时失电时，风机启动柜的失压 保护起作用会使风机高压跳闸，而低压控制部分也不起作 用。当电网恢复供电时，只能靠操作人员先把低压部分恢 复，然后才能开启风机。针对这个问题主要从两个方面进 行了改进。 首先，在硬件上保证在自动控制状态下，风机的各个 低压控制部分中原不能实现自动上电部分，应实现自动上 电。这就需要对部分低压柜进行更改，主要问题是当电 源出现失电后，部分低压柜必须手动送电才能恢复供电。 这样。即使控制部分增加了电网恢复供电风机自动恢复运 行功能，也因为低压电源不能自动送电而实现风机自动运 行功能。对部分低压柜进行加设的启动按钮部分都进行更 改，使低压柜可以实现电源有电即可自动得电的功能。 其次，在程序中，增加了瞬时掉电风机自动启动的功 能。当高压瞬时失电造成风机停止运行时，风机在4 0 s 之 内，可以自动启动，不需要操作人员的干预。在风机程序 中的高、低压柜及软启动、液压站、润滑站、风门、叶片、 启动条件等程序块中，增加部分程序，来实现该功能。 在程序中，主要是增加风机失电和得电的判断，然后 在规定的时间内根据判断来对风机进行控制。在程序中当 液压站和润滑站同时失电时，即判定为风机失电。然后在 规定的时间内置位一高压重合闸信号，待风机重新得电时， P L C 得电脉冲使风机重新启动。但这与风机的原控制顺序 不同，在这种情况下，风机柜只要进行重合闸，风门即停 止关闭，然后打开。待风门完全打开后，开始调节叶片角 度，然后风机正常运行。 3 工业性运行试验 新风机自安装调试结束后，投入运行至今，风机运行稳 定可靠，没有出现异常情况，风机各项运行参数均在正常范 围之内。风机的最初叶片角度设定值为3 5 。。风机的主要运 行参数如下风机运行叶片角度3 5 。，风机负压3 4 0 0 P a ， 风量2 3 5m ／s ，电机运行电流1 4 6 A ，电压6 ．1 k V 。 在2 0 0 8 年l O 月4 日根据矿通知，在风机正常运行中对 叶片角度进行调节，将原叶片角度3 5 。调节至3 6 。。调节过 程中风机一切运行正常，没有出现异常情况。角度调节后 风机的主要运行参数如下风机运行叶片角度3 6 。，风机 负压3 5 3 0 P a ，风量2 4 2m ／s ，电机运行电流1 4 8 A ，电 压6 ．1 k V 。 风机调节角度后，现在运行角度3 6 0 ，一切正常，没有 出现任何异常情况。 下转第1 0 4 页 1 0 1 万方数据 煤炭工程2 0 1 0 年第8 期 继电器K l 的l 、2 脚并上一个二极管D 2 ，使线圈产生的感 应电动势通过D 2 释放，消除感应电动势对其他电路的干 扰。同时接电容c 7 起到对电路的滤波作用。 3 软件设计 H C l 6 弼7 3 A 控制软件在M P L A BI D E 环境下用C 语言 开发，利用H i t c h 公司开发的P I C c 编译器进行编译。 继电器控制软件源程序中先通过调用v o i di m t 函 数将G P I O 口进行初始化，即将R C 口设置为输入口，R B I 口设置为输出口；然后判断R C 口的拨码开关为高电平的个 数，通过u i n tt e s t u c h a rx 实现；最后通过继电器开与关 的函数v d d 鸵g u i n ts 控制继电器的开关时间，当继电器 为开的时候将R B I 0 ，反之则为关。从而完成继电器的控 制过程。其流程如图5 所示。最后通过S U P E R _ P R O3 0 0 0 U 图5 应用程序流程图 编程器将目标文件烧写到H C l 6 礴7 3 A 中，当对控制电路加 电运行时，继电器可以在设定的时间内反复通断，来控制 高压喷水，从而实现了自动对采煤机机载视频仪外护玻璃 的除污。 4 结语 本文完成了一种基于H C 单片机1 6 F 8 7 3 A 的采煤机远 程监控系统除污装置的设计，通过拨码开关来灵活控制冲 洗时间，对采煤机机载视频仪外护玻璃自动进行高压喷水 除污。并且由于H C 单片机较强的抗干扰能力，保证了该 装置能够在综采面采煤机等大功率设备较强的电磁干扰环 境下正常工作。该装置的设计，解决了综采工作面远程可 视化开采的一个实际难题，对下一步综采工作面的自动化 推进具有一定的实际意义。 参考文献 [ 1 ]周俊峰．怎样选用继电器[ M ] ．北京国防工业出版社， 1 9 8 5 ． [ 2 ]赵祥明，赵英倩．P I C l 6 飓7 X 单片机的开发和应用[ J ] ．天津 理工学院学报，2 0 0 3 ， 0 2 5 0 5 2 ． [ 3 ]张建政，张建辉，刘伟．基于H C 单片机的新型冲水器的设 计E J ] ．微计算机信息，2 0 0 7 ， 2 0 7 0 7 1 ． [ 4 ]罗翼，张宏伟．P I C 单片机应用系统开发典型实例[ M ] ．北 京中国电力出版社。2 0 0 5 ． [ 5 ]武锋，陈新建．H C 单片机C 语言开发A t ] [ M ] ．北京北 京航空航天大学出版社。2 0 0 5 ． 责任编辑赵巧芝 上接第1 0 1 页 4 社会经济效益 4 ．1 经济效益 新风机安装改造后，与原系统相比 原系统参数电机为绕线式异步电动机，额定功率为 1 0 0 0 k W ，额定转速为9 8 8 r ／m i n ；风机为单级轴流式风机， 额定转速为9 8 5 m i n ，额定风量为1 5 2 m ／s ，风机最高静 压为4 3 7 6 P a 。 新风机安装改造后，电机为鼠笼式异步电动机，额定 功率为2 8 0 0 k W ，额定转速为7 4 6 I I l i n ；风机为单级轴流式 风机额定转速为7 4 5 m i n ，额定风量为3 9 5 m ／s ，风机最 高静压为4 7 7 8 P a 。 根据煤矿安全规程矿井对风量的要求。原风机提 供的二水平风量为7 9 0 0 m ／m i n ，新风机安装改造后提供的 二水平风量为1 4 5 0 0 m ／m i n ，按照吨煤利润计算，不仅为矿 增加了利润，对于风机的维护费用及人力投入也都大大 减少。 4 ．2 社会效益 1 新风机系统安装改造后为平煤天安六矿增产计划提 1 4 供了有效保证，还提高了矿井的安全系数改善了工人作业 环境。 2 就新风机后期运行维护上来说，后期维护方便，减 少了一般机电事故发生的几率，提高了运行可靠性，减少 了维修人员的工作量。 3 因为风机叶片角度可以根据负荷情况进行调节，这 样可以做到根据矿井实际需要风量进行调节，可以避免矿 井用风的损失，从而节能，提高企业经济效益。 参考文献 [ 1 ]罗自明，裴香娟，张来有，李慧萍．矿井主通风机技术改造 [ J ] ．煤，1 9 9 8 ， 0 3 ． [ 2 ]赵延惠，陈晓峰．矿井2 K 一6 0 主通风机的技术改造[ J ] ． 机电产品开发与创新，2 0 0 5 ，1 8 0 4 3 5 ． [ 3 ]王玉涛；矿井主通风机及电控系统升级换代技术改造[ J ] ． 山东煤炭科技，2 0 0 6 ， 4 ． [ 4 ]郭顺清，张敬军，于世功，崔忠．矿井主要通风机风量调整 方法初探[ J ] ．中州煤炭，2 0 0 7 ， 6 3 3 3 5 ． [ 5 ] 吴中立．矿井通风与安全[ M ] ．徐州中国矿业大学出版 社，1 9 9 7 ． 责任编辑赵巧芝 万方数据 矿井主通风机技术改造矿井主通风机技术改造 作者曹莉， 孟庆妮 作者单位曹莉平顶山天安煤业股份有限公司,六矿,河南,平顶山,467091， 孟庆妮平禹煤电有限责 任公司,河南,平顶山,461670 刊名 煤炭工程 英文刊名COAL ENGINEERING 年，卷期2010，““8 被引用次数0次 参考文献5条参考文献5条 1.罗自明,裴香娟,张来有,李慧萍.矿井主通风机技术改造[J].煤,1998,03. 2.赵延惠,陈晓峰.矿井2K-60主通风机的技术改造[J].机电产品开发与创新,2005,18043～5. 3.王玉涛;矿井主通风机及电控系统升级换代技术改造[J].山东煤炭科技,2006,4. 4.郭顺清,张敬军,于世功,崔忠.矿井主要通风机风量调整方法初探[J].中州煤炭,2007,633～35. 5.吴中立.矿井通风与安全[M].徐州中国矿业大学出版社,1997. 相似文献7条相似文献7条 1.期刊论文 潘守国.李中华.曹士勇 矿井主通风机技术改造 -山东煤炭科技2005,““2 山东丰源煤电股份有限公司北徐楼煤矿位于滕北煤田西北部,井田面积约25km2.采用立井开拓,多水平上下山开采,主采12下煤层和16煤层,水平大巷 沿16煤层布置,水平标高为-300m.矿井采用中央并列抽出式通风,副井进风,主井回风.原设计生产能力为0.45Mt/a,井下布置两个采煤工作面、四个掘进工 作面、四个硐室.使用的主要通风机型号为BDK65B-10-N022,功率为255kW,最大排风量为4100m2/min,工作负压为615～18125Pa;电动机型号为YBFe315M- 10,额定功率为55kW,额定电压为380V,额定电流为120A.采用四面XJOK2-4型自耦减压起动保护配电柜分别控制主通风机和备用通风机的四台电动机.供电 电源为双回路电源,分别引自地面35kV变电所不同段的380V母线,两路供电电缆沿电缆沟敷设进入主通风机房低压配电柜螺旋式刀开关刀开关额定电流为 400A,电缆采用U型矿用移动橡套软电缆,截面积为95mm2. 2.期刊论文 李文碧.LI Wen-bi 矿井主通风机变频调速控制及在线检测系统的应用 -河北煤炭2008,““6 为满足矿井生产及通风安全要求,涿鹿矿业公司黄土湾井对矿井主通风系统进行技术改造,主通风机采用变频调速控制并应用在线检测系统,系统改造 后大大提高了主通风系统能力,提高了矿井通风的安全性、可控性及节能减排效果. 3.期刊论文 霍红义.王韬.白宏峰.王克智.HUO Hong-yi.WANG Tao.BAI Hong-feng.WANG Ke-zhi 矿井主通风机高压 大功率变频器的应用 -煤矿机电2008,““4 为满足矿井生产及安全要求,常村煤矿对矿井主通风系统进行技术改造.系统改造后大大提高了主通风机系统通风能力,提高了矿井通风的安全性、可 控性及节能减排的效果. 4.期刊论文 宋兆贵.Sun Zhaogui 金能煤业公司二采区主扇风机技术改造 -西北煤炭2008,64 金能煤业公司矿井为老矿井,随着矿井的延伸,通风能力已不能满足矿井安全生产的需要,为此对矿井主通风机进行了改造并对其运行效果进行分析. 5.期刊论文 石峻.SHI Jun 弯掠组合正交型通风机在矿井中应用节能研究 -陕西煤炭2007,““3 简述了弯掠组合正交型叶片通风机的设计理论和技术特点,并以一个大型矿井主通风机为例,通过现场检测、运行数据统计以及借助国际上通用的技 术改造节能量验证等方法,分析、讨论了由普通离心通风机更新为弯掠组合正交型叶片通风机的节能效果,并进行了经济评价,对矿井主通风机节能改造和 技术更新有一定的参考价值. 6.期刊论文 霍红义.王韬.白宏峰.王克智 矿井主通风机高压大功率变频器应用方案探讨 -煤矿安全2008,3910 为满足矿井生产及安全要求,常村煤矿提出了矿井主通风系统技术改造方案.系统改造主要包括更换原德国托马克公司的GV1-40-2000/10型动叶可调 矿用轴流式通风机为沈阳航空发动机设计研究所生产的AGF37.5-22.4-1FB型静叶可调轴流式通风机.更换原2 000kw同步电动机为4 000 kW异步电动机,电 控部分改造选用ABB公司Acs5000高压交直交变频器.与原系统对比,系统改造后将大大提高主通风机系统通风能力,提高矿井通风的安全性,可控性和节能 减排的效果. 7.期刊论文 曲素荣.贾燕茹 矿井主通风机变频调速系统技术改造 -工矿自动化2009,358 针对目前煤矿主通风机存在风量实际需求与风机工作不匹配、启动电流冲击大等缺点,文章提出了一种采用IGBT直接串联变频器技术对煤矿主通风机 高压电动机驱动系统进行变频调速技术改造的方案,介绍了IGBT直接串联高压变频器的基本构成、功能,给出了由IGBT直接串联高压变频器构成的变频调 速系统主电路的几种常用结构形式和基本组成.实际应用表明,采用该方案后,实现了矿井主通风机的软启动和风量无级调节,提高了主通风机运行效率、 运行稳定性和自动化程度. 本文链接 授权使用黑龙江科技学院hljkjxy，授权号e3681a36-6fda-402e-a13b-9e0f00f4d516 下载时间2010年10月14日