[發明專利]礦井回采工作面風壓動態平衡的風機變頻控制系統及方法

有效

• 申請號: 201110355250.3
• 申請日: 2011-11-10
• 公開（公告）號: CN102444606A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 于斌;鄧存寶;鄧漢忠;郝朝瑜;王雪峰;武福生;項榮;楊智文;王繼仁;王愛國;趙君
• 申請（專利權）人: 大同煤礦集團有限責任公司;遼寧工程技術大學;中國煤炭科工集團常州自動化研究院
• 主分類號: F04D27/00
• 分類號: F04D27/00;E21F1/00
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明涉及礦井災害防治領域，特別涉及礦井回采工作面風壓動態平衡的風機變頻控制系統及方法。

背景技術

[0002]?煤炭自燃不僅燒毀了寶貴的資源，產生大量的CO、CO₂和SO₂等有毒有害氣體，危害工人的健康和生命，污染環境，還能夠誘發瓦斯、煤塵爆炸事故的發生，是阻礙煤礦安全生產的重大災害。實現風壓平衡防止有害氣體涌入與漏風是預防煤炭自燃災害的有效手段之一。

大同礦區開采歷史悠久，近年來開采量逐年大幅上升，長期主采煤層為侏羅紀易自燃近距離煤層群。采用全部垮落法處理頂板，由于頂板堅硬整體性強，采空區內壓實程度低，存在大量相互連通的空隙。在回采下部煤層時將使本層與上部多個煤層的采空區相互連通，甚至與地表連通，加之井田范圍內小煤窯私挖亂采并與大礦貫通，形成的漏風通道更加復雜繁多。在壓差通風條件下，多層采空區流場內的有害氣體流入工作面危害作業人員的安全。為保證工作面的安全，可使用給工作面升壓的方法防止采空區有害氣體涌入，但過多給工作面升壓，又可能由于大量新鮮空氣涌入引發采空區遺煤的自燃和瓦斯爆炸。并且由于多層采空區與地表連通，氣壓隨時間不斷變化，且回采工作面不斷推進，升壓并不恒定。因此，如何能夠實現隨工作面氣壓變化而動態的升壓，并且控制升壓的幅度是問題的關鍵。

一般的升壓實現平衡的方法是局部通風機全速運轉,通過人工監測的方式來觀測工作面風壓與周圍環境壓差的變化，調整風壓則是通過調整風門、擋板來實現，如圖1所示。具體步驟為：

1、啟動升壓平衡通風系統前，工作面所有作業人員全部撤出，并將切斷工作面所有電氣設備電源。

2、啟動局部通風機（備用均壓風機出風口自動切換擋風板必須關閉嚴密），救護隊員同時關閉工作面進風巷和工作面回風巷風門。

3、通過人工調節回風巷風門墻上調節風窗的面積調節工作面的風量和壓力，使工作面有毒有害氣體不超限。

4、根據U型壓差計，人工控制工作面與周圍環境的壓差在一定范圍，使工作面風壓始終高于周圍環境風壓，但不能任意高。

5、經救護隊員檢查、確認工作面CH₄濃度小于1.0%、CO₂濃度小于1.5%、CO濃度小于24ppm且O₂濃度大于18%時，方可給工作面送電。

人工調節的方法需要人為讀取CO濃度與壓差監測數據，并采用手動調整風窗面積大小，由于條件限制這幾項工作并不能同時進行，并存在較大誤差，而且存在明顯的延遲性，在某一時刻調整風壓平衡以后，如周圍環境氣壓發生變化，升壓系統并不能做出及時調整，必須在人工檢測發現以后再被動的進行，這也為安全生產埋下隱患。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種礦井回采工作面風壓動態平衡的風機變頻控制系統，包括交流變頻器控制臺、對旋軸流風機、一氧化碳傳感器、風速傳感器、壓差傳感器、本安電源和本安接線盒，交流變頻器控制臺有兩套交流變頻器，變頻器、對旋軸流風機和本安電源布置在進風巷內，風速傳感器1布置在進風巷，壓差傳感器、風速傳感器2布置在回風巷，兩個一氧化碳傳感器布置在回風隅角區域，為達到可靠控制目的，兩套一氧化碳傳感器互為驗證，保證采集數據可靠性。

為達到可靠供電，由兩個不同的動力中心分別提供一路動力電源，經過自動電源切換裝置，分別連接兩套變頻器。動力電源經變頻器整流單元、逆變驅動單元電路，輸出兩組動力變頻電源，分別接入對旋軸流風機兩組電機。沿巷道布置屏蔽通信電源電纜，一氧化碳傳感器、風速傳感器、壓差傳感器均采用總線方式并聯連接，RS485通信信號電纜將所有傳感器以通訊方式接入變頻器控制臺的PLC，本安電源集中為傳感器并聯供電。變頻器是均壓調節驅動和控制核心單元，風機是均壓調節風源，壓差傳感器用于回風巷和頂部采空區測量風壓差，風速傳感器分別用于測量進風巷進風量、回風巷出風量，一氧化碳傳感器測量工作面上隅角一氧化碳含量。

采用上述系統進行風機變頻控制的方法，具體步驟如下：

步驟1：風速傳感器實時采集進風巷和回風巷風量數值，調整調節風門面積，保證供風量在工作面需風量要求范圍內；

步驟2：一氧化碳傳感器實時采集回風巷氣體一氧化碳含量，壓差傳感器實時采集回風巷風門內與頂部采空區壓差，監測風壓動態平衡；

系統各傳感器通過RS485總線傳送實時測量數值，與變頻器控制臺PLC通信，測量數值在控制中心屏幕顯示，測量值超過傳感器內部設置報警閾值，則現場聲光報警，在控制中心顯示屏上集中顯示報警信息并記錄；