1、1矿井智能局部通风系统矿井智能局部通风系统矿井智能局部通风系统矿井智能局部通风系统系统概述系统概述矿井智能局部通风系统是我公司承担的国家十五科技攻关项目， 煤炭工业十大重点科技推广项目。 系统开发过程中公开发明专利6 项，获得实用新型专利 12 项。该系统是根据国内矿井通风的现状,在大量深入煤矿井下调研的基础上， 为减少瓦斯事故研发而成的。 系统以 “安全可靠、 节能环保”为目标，以“模块单元、个性组合、实时监测、智能控制”为特点，达到“实时预警、人机双控、按需供风、防灾减灾”的效果，填补了我国在矿井局部通风智能控制领域的空白，达到了国内领先水平。功能概述功能概述矿井智能局部通风系统是一个闭环
2、控制系统， 它的主要功能是通过井下传感器、井下分站采集的参数来确定供风量的多少， 避免了现有局部通风机供风的“一风吹”现象，从而解决矿井局部通风按需供风的问题。系统从安全和节能的要求出发，采用 PLC 与变频器组成的控制系统，对风机转速实时调控，达到“实时预警、人机双控、 按需供风、防灾减灾”的效果，从而使矿井局部通风、瓦斯自动排放高效安全，降低瓦斯事故，节能省电。该系统由局部通风机、流道式变频器、智能控制开关、分风器、风筒等单元组成（见图一） 。系统采用带 PLC 的智能开关时，风量就能实现自动调节； 如系统采用普通开关，可以通过变频器手动调节风2量。对旋隔爆轴流式通风机对旋隔爆轴流式通风机
3、对旋隔爆轴流式通风机对旋隔爆轴流式通风机图一 智能局部通风系统1、按需通风功能自动调节局扇转速，调节输出风量、风压，避免瓦斯超限使局扇能节能经济运行。当系统检测到 T1、T2 浓度值低于设定值上限时，自动进入调速状态。根据 T1、T2 检测的迎头瓦斯浓度和掘进巷道回风流的瓦斯浓度（低于 T1、T2浓度设定值下限，则局扇减速；T1、T2浓度高于设定值上限，则局扇升速）控制变频器，自动调节风量。2、排放瓦斯功能人工或自动进入排瓦斯状态后，依据 T1、T2、T3 传感器检测的工作面、工作面回风流和总汇合风流的瓦斯浓度自动控制局扇转速。当 T3 浓度不超过设定值（1.5%）时，升速加大风量，当 T3
4、浓度超过设定值（1.5%）时，减速减小风量，依此原则调节输出风量，控制3排至回风流的瓦斯浓度在安全设定值的范围内， 即以最大效率进行安全排放瓦斯，能够避免瓦斯超限，减少瓦斯安全事故。3、人工调节风量功能可通过变频器显示面板和智能控制开关的显示面板的人机界面设置变频器输出频率，以控制局扇的转速来调节风量。4、瓦斯电闭锁功能系统主控制开关工作且各瓦斯传感器数据低于闭锁值时， 掘进工作面动力有电，能够正常进行生产。此时，备用控制开关的真空接触器断开，备用控制开关处于断电预备状态。当瓦斯传感器数据高于闭锁值时， 系统主控制开关输出控制信号控制馈电开关,馈电开关控制掘进工作面动力电源断电，实现瓦斯电闭锁
5、功能。系统备用控制开关处于工作状态时，仅仅实现巷道通风，不能控制掘进工作面动力电源实现瓦斯电闭锁。5、风电闭锁功能系统主控制开关故障时（主控制开关停机） ，系统主控制开关输出控制信号,馈电开关控制掘进工作面动力电源断电，实现风电闭锁功能。6、声光报警功能为了在异常情况下， 及时提醒现场工作的人员， 本系统可配接一个声光报警装置，此装置采用 36V 交流输入。当 PLC 通过探头检测到瓦斯传感器超限、 或通过 485 总线通讯发现变频器故障时， PLC 会江西犁程科技机械有限公司4发出声光报警，从而提示工作人员采取相应措施，解决异常情况。系统工作过程系统工作过程1、主系统启动系统上电智能控制开关
6、操纵手柄合上按下智能控制开关启动按钮真空接触器闭合变频器得电，开始初始化，经过一段延时后，变频器给风机供电，输出频率从启动设定值（1.5Hz）开始逐渐增加，实现软启动。系统中 T1T4 为四个瓦斯浓度传感器，F1 为风速传感器，W1为温度传感器，如图二所示：图二 智能局部通风系统控制原理5T1 为工作面瓦斯浓度传感器，T2为回风流瓦斯浓度传感器，正常通风状态时 T1与 T2 一起作为控制风量的依据；T3 为回风巷处瓦斯浓度传感器，在自动通风状态时只采集数据，不作控制依据，排瓦斯状态时作为控制风量的依据； T4为风机进风口处瓦斯浓度传感器。2、初始运行状态系统初始上电，输出频率设定值为 20Hz
7、（也可设定为 30Hz） ；3、正常通风状态当掘进工作面瓦斯浓度传感器 T1和 T2 超过设定值上限（0.7%）时，变频器逐级增频，风机自动增加风量；当掘进工作面瓦斯浓度传感器 T1和 T2低于设定值下限(0.5%)时，变频器减频，风机风量自动减少。掘进工作面瓦斯浓度传感器 T1 或 T2 超过报警设定值（1.0%）时报警，系统进入稀释瓦斯状态。掘进工作面瓦斯浓度传感器 T1或T2 超过断电设定值（1.5%）时工作面非本质安全型电源自动切断，系统进入排瓦斯状态。括号内数值为出厂设定值， 可根据用户具体情况更改。4、排瓦斯状态当系统进入排瓦斯状态时，风机运行由瓦斯浓度传感器 T3进行自动控制，当
8、瓦斯浓度传感器 T3 超过设定上限（1.5%）时，变频器减频，减少风机风量，使 T3在设定上限范围（1.5%）内；当瓦斯浓度传感器 T3 低于设定下限（1.0%）时,变频器增频，增加风机风量，高效排放瓦斯。当瓦斯浓度传感器 T3 超过报警设定值（1.5%）时报警。当掘进工作面瓦斯浓度降到设定的安全浓度(1.0%)并保持在安6全浓度以下，工作面方可复电。括号内数值为出厂设定值，可根据用户具体情况更改T4 为风机入口瓦斯浓度传感器， 当 T4的浓度0.5%时， 依据 煤矿安全规程 ，风机自动停止工作，掘进工作面按停风断电处理。5、主、备风机自动切换当按下主风机智能控制开关停止按钮(或主风机故障)时
9、主风机智能控制开关真空接触器断电主风机的变频器失电 （主风机停止工作）主风机智能控制开关的 PLC 发出故障信号备用风机智能控制开关的 PLC 接收故障信号备用智能控制开关真空接触器闭合备用风机变频器得电备用风机开始运行。主、备智能控制开关之间联络线在正常运行状态下不带电， 仅在风机相互切换过程中短时带电（系我公司双风机双电源专利技术） ，使用更加安全。7智 能 开 关智 能 开 关变 频 器变 频 器局 部 通 风 机局 部 通 风 机智 能 开 关智 能 开 关变 频 器变 频 器局 部 通 风 机局 部 通 风 机显 示显 示、控 制控 制面 板面 板表 示 通 讯表 示 通 讯、控 制
10、 线控 制 线表示主回路电源线表示主回路电源线显 示显 示、控 制控 制面 板面 板瓦 斯瓦 斯、风风速速、温 度 传温 度 传感 器感 器瓦 斯瓦 斯、风风速速、温 度 传温 度 传感 器感 器显 示显 示、控 制控 制面 板面 板显 示显 示、控 制控 制面 板面 板声光报警器声光报警器声光报警器声光报警器图 3 智能局部通风系统框图6、系统的参数设置本系统为了适应各种矿井的实际情况， T1、T2、T3 的报警、 闭锁、 复电值可由供用户自行设置，用户可根据使用地点的实际情况来设定这些参数，这些值的设定都被限制在煤矿安全规程规定的范围内。安全保障安全保障1、主系统故障或停机时， 智能局部通
11、风系统的智能控制开关实现联机切换启动热备用风机供风，供风更可靠。2、改善作业现场工作环境。 正常通风情况下， 智能局部通风系统根据掘进工作面瓦斯涌出量的大小自动控制风速调节风量， 避免风量过大造成扬尘。83、最大效率自控排放瓦斯。 因意外停电或计划停风或瓦斯大量涌出而导致掘进工作面瓦斯超限时， 利用智能局部通风系统可自动以最快速度、安全地排放瓦斯4、智能局部通风系统工作在排瓦斯状态时，也可实现主备切换，确保安全。5、可防止“一风吹” 。风机转速可控制，风量可调节；风机的全压启动为软启动， 可避免因风机全压启动而引发的风筒故障。以及电流冲击引起的电源故障。6、智能局部通风系统与监控系统兼容，系统
12、安全可靠。系统特点系统特点 流道式变频器采用隔爆式壳体，隔爆壳体外径与局扇电机外径一致， 在不影响风机使用性能的前提下， 满足了变频器散热的要求；流道式变频器与局扇主机组成一体，外筒按局扇系列化尺寸设计， 并可独立装拆； 流道式变频器本体设置有本地操作盒，操作方便； 控制电路与主电路分开布置，避免干扰，系统更加稳定、可靠； 可实现按需通风； 可控排放瓦斯； 双电源双风机自动切换； 掉电记忆、锁定显示、闭锁接口；9 与井下分站联网； 运行状态控制； 可靠的保护功能；环境要求环境要求海拔高度1000m，当大于 1000 米时，降容选型；温度：-5+40；周围空气的年平均相对湿度：9598（25时）
13、 ；适用于有甲烷等气体同空气形成的爆炸性混合物的矿井中；与水平面安装的倾斜度15度；在无显着摇动和剧烈冲击振动的地方；在有防止滴水的地方；安装类别； 为类；污染等级： 为三级。选型方案选型方案选型原则选型原则井下空气成分必须符合煤矿安全规程第一百条要求：（1）采掘工作面的进风流中，氧气浓度不低于20，二氧化碳浓度不超过 0.5。（2）有害气体的浓度不超过煤矿安全规程表1规定。井巷中的风流速度应符合煤矿安全规程第一百零一条要求。（风速应 在 0.25-4m/s 之间） ；10掘进工作面必需保证每人每分钟4立方新鲜空气；局部通风机应按掘进巷道长度最困难时期来选型；局部通风机进风口处巷道风流量应大于
14、局部通风机最大进风量；为了便于增风， 系统选型时应考虑风机比普通风机稍大的富余量。节能分析节能分析节能原理节能原理一般情况下， 风机是根据最不利条件下进行选型的， 但大多数情况下，风机并非在最不利条件下工作， “一风吹”会造成电能的浪费，矿井智能局部通风系统能根据需要进行变频调节，实现节能。当风机的转速从n1变为n2时， Q、H、P大致变化关系为：Q2=Q1(n2/n1)H2=H1(n2/n1)2P2=P1(n2/n1)3Q-风量；H-风压； P-风机功率由上式可知风机流量与转速的一次方成正比， 压力与转速的二次方成正比，而轴功率与转速的三次方成正比。节能效果计算节能效果计算以我公司的 230
15、kW 的对旋风机为例，配备 BPBL-75/660F 变频器计算，风量在额定值的 100%-30%之间变化，设电机额定供风量为 Qn，空载损耗为：0.1(Y0cosnt)。11每天总供风量取 85%Qn，则全速时的功率为：Pn=60-600.1=54 kW；每天总供风量为 85%Qn,采用变频器控制的功率为：Pm=600.1+(85%)360kW=37kW ；节约功率为：Pj= 54-37 =16kw；如果电费按 0.7 元/kwh 计算，每年节约的电费：16kw24h3650.7 元/kwh=98112 元9.8 万元；节能效果显著。技术创新性技术创新性1、流道式变频器；2、一体式风机；3、瓦斯超限情况下的快速反应；4、联机无源信号实现双风机双电源自动切换；5、系统集成创新；6、系统兼容性。
